对称“弓”字形抗拉压平面折展铰链的设计与分析

为了提升平面折展铰链的抗拉压性能,设计了一种新型抗拉压平面折展铰链,将其命名为对称“弓”字形倒置抗拉压平面折展铰链,简称对称“弓”字形IT-LEJ铰链。设计了铰链的结构,利用弹簧等效法,推导了铰链的弯曲等效刚度与拉压等效刚度计算式。选定材料铍青铜,设计了铰链实例进行理论计算同时进行有限元仿真,二者之间误差在5%~6%,验证了所得等效刚度计算式的正确性。对具有相同结构特征尺寸的对称“弓”字形IT-LEJ铰链与IT-LEJ铰链、IST-LEJ铰链进行性能对比分析,结果表明,对称“弓”字形IT-LEJ的拉压刚度分别是IT-LEJ铰链、IST-LEJ铰链的1.22倍、1.41倍,同时保留了弯曲变形能力,具有较好的综合性能,验证了对称“弓”字形IT-LEJ铰链结构设计的合理性与有效性。

新型大变形LEJ铰链的结构设计与变形分析

采用柔性片段外侧串联布置,同时考虑倒置设计原则,设计了两种大变形平面折展铰链,分别命名为OSD-LEJ(Outside-series-deployed lamina emergent joint)与IOSD-LEJ(Inverted-outside-series-deployed lamina emergent joint)。设计了铰链的结构,推导了铰链的弯曲等效刚度计算式。设计两种铰链实例,分别进行弯曲变形的理论计算与有限元仿真,并计算两种结果之间的误差,误差结果分别在4%与4.2%左右,验证了弯曲等效刚度计算式的正确性。对具有相同特征尺寸的OSDLEJ、IOSD-LEJ与文献中的大变形铰链OD-LEJ进行性能对比分析,结果显示,OSD-LEJ与IOSDLEJ的弯曲变形分别提升到OD-LEJ的1.2倍与1.31倍,拉伸变形仅是OD-LEJ的1.16倍与1.18倍,铰链的综合性能得到了提升。验证了铰链结构设计的有效性与合理性,为大变形铰链LEJ的结构设计提供了思路与参考。

打通型双串联与三串联柔性铰链设计与性能比较

平面折展柔顺机构(lamina emergent mechanisms,LEMs)的重要组成部分之一是柔性铰链,因此设计新型的平面折展扭转铰链(lamina emergent torsional joint,LET)能够对其运动起到十分关键的作用.本文提出了一种打通型LET柔性铰链,设计了打通型双串联柔性铰链和打通型三串联柔性铰链的两种结构形式,分别推导出了两种铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过对设计实例的理论分析与有限元分析,验证了等效刚度计算公式的正确性.将外形尺寸相同的打通型双串联、三串联柔性铰链与外LET铰链进行了弯曲以及拉压性能的对比,结果表明,打通型三串联LET柔性铰链在拉压性能下降不明显的情况下,能够较大幅度地提升弯曲性能.

对称倒“几”字形T-LEJ铰链设计与性能分析

设计了一种新型抗拉压平面折展铰链T-LEJ(Tension Lamina Emergent Joint),命名为对称倒“几”字形抗拉压平面折展铰链(Symmetrical Inverted“几”shaped Tension Lamina Emergent Joint),简称对称倒“几”字形T-LEJ铰链。设计了铰链的结构,采用弹簧等效法,推导了铰链的弯曲等效刚度与拉压等效刚度计算式。设计了铰链实例进行理论计算同时进行有限元仿真,二者之间的误差在3%~6%之间,验证了所得等效刚度计算式的正确性。对具有相同结构特征尺寸的对称倒“几”字形T-LEJ铰链与Howell提出的I-LEJ铰链、IT-LEJ铰链进行性能对比分析,结果表明对称倒“几”字形T-LEJ铰链的抗拉压能力是I-LEJ铰链的6.25倍,略低于IT-LEJ铰链。针对对称倒“几”字形T-LEJ铰链与IT-LEJ铰链进行失效对比分析,其弯曲变形能力是IT-LEJ铰链的2.09倍。表明对称倒“几”字形T-LEJ铰链具有更好的综合性能,验证了铰链结构设计的合理性与有效性。