S-LET复合型柔性铰链设计与性能研究

综合LET型铰链与S型铰链结构性能特点,提出了一种S-LET复合型柔性铰链,设计了该铰链的外形结构,并对其等效刚度进行分析,推导出铰链弯曲时的等效刚度计算公式。通过对不同尺寸S-LET复合型铰链弯曲等效刚度的分析,得出弯曲等效刚度修正系数,并验证了该系数的有效性。最后,通过对S型、LET型及S-LET复合型铰链弯曲变形及扭转变形的有限元仿真结果的比较,得出S-LET弯曲变形能力在S型与LET型铰链之间,而扭转变形则是三者中最小。

复合型柔性铰链机构特性及其应用研究

复合型柔性铰链是目前在精密机械中广泛应用的一种新型铰链形式,可作为全柔性和部分柔性机构,应用于存储释放能量以及高频振动等场合。本文概括了复合型柔性铰链的特点,对直梁型、圆弧型和复合型柔性铰链作了分析比较,并采用自由度计算公式,对刚性机构、基于复合型柔性铰链的部分柔性机构和全柔性机构进行了自由度分析,以探讨它们的机构能力和可控性。最后介绍了复合型柔性铰链在微机器人的应用,包括仿生扑翼机构的研制和实验。

新型双曲线直梁复合型柔性铰链刚度研究

提出一种新型双曲线直梁复合型柔性铰链,以卡氏第二定理和微积分的相关知识为基础,推导双曲线直梁复合型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸或压缩刚度计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定、另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分析该型柔性铰链的刚度。将有限元解与所推导出的解析解进行比较,以验证所推导刚度公式的正确性。分析双曲线直梁复合型柔性铰链的结构参数对其刚度性能的影响,并与倒圆角直梁型柔性铰链进行比较,结果表明双曲线直梁复合型柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均次于倒圆角直梁型柔性铰链。

新型直圆导角复合型多轴柔性铰链的柔度计算及其性能分析

设计出一种新型多轴柔性铰链——直圆导角复合型多轴柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导了柔度计算式。利用所得结果进行实例计算,并进行有限元分析,通过结果对比验证了计算式的正确性。定义了铰链的厚长比λ,分析了柔度相对误差与λ之间的关系。利用所得柔度计算式,分析了铰链结构参数对其柔度的影响。通过与直圆型多轴柔性铰链的对比,得出直圆导角复合型多轴柔性铰链的转动能力与对载荷的敏感性均优于前者的结论。

抛物线直梁复合型柔性铰链刚度计算与分析

提出了一种新型抛物线直梁复合型柔性铰链,以卡氏第二定理和微积分的相关知识为基础,推导了其弯曲刚度和拉伸/压缩刚度计算公式。为验证所推导刚度公式的正确性,采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型进行数值模拟,计算分析该型柔性铰链的刚度。分析抛物线直梁复合型柔性铰链的结构参数对其刚度性能的影响,并与倒圆角直梁型柔性铰链进行比较,结果表明抛物线直梁复合型柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均次于倒圆角直梁型柔性铰链。

外置-串联复合型LET铰链的设计与性能分析

针对LET铰链存在拉压刚度低、工作精度差的问题,基于外置LET铰链,设计了外置-串联复合型抗拉压LET铰链,推导了铰链弯曲等效刚度与拉压等效刚度的理论计算式。实例计算与有限元分析误差在5%以内,验证了理论分析与等效刚度计算式的正确性。将外置-串联复合型LET铰链与相同尺寸的外置LET铰链、Nested-LET铰链进行性能对比,在保持弯曲变形能力的前提下,外置-串联复合型LET铰链拉压刚度是外置LET铰链的43.3倍,是Nested-LET铰链的1.43倍,充分表明该铰链结构设计的合理性与有效性。

新型直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算及其性能分析

多轴柔性铰链应用于空间柔性机构。提出一种新型多轴柔性铰链——直圆椭圆复合型多轴柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算式。采用所得计算式对一组实例进行柔度计算,同时对其进行有限元分析。通过对比分析,二者误差在14%以内,验证了计算式的正确性。借助于推导的计算式,分析直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的结构参数对其柔度的影响。定义相对柔度比,得出直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于直圆型多轴柔性铰链。综上,直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的提出,为柔性铰链在空间柔性机构的工程应用提供了新的思路。

仿昆扑翼微飞行器中高效传动铰链的研究

针对仿昆扑翼微飞行器对高效传动铰链的要求,从几何约束、应力条件、临界屈曲条件等方面,结合电磁驱动仿昆扑翼微飞行器对异质复合型柔性铰链进行了研究,给出了铰链的设计方法;研究了预应力对整个传动机构并联刚度以及铰链连接方式对整个传动机构串联刚度的影响;得到了传动机构中各铰链的宽度、厚度、长度、旋转刚度等设计参数.结果表明,整个传动机构的串联刚度是其并联刚度的135倍,满足了高效传递能量的要求;翅膀扑打角峰峰值达到了99.6°,较好符合了仿昆扑翼微飞行器的设计要求.

椭圆直梁复合型柔性铰链的刚度分析

提出了一种新型椭圆直梁复合型柔性铰链,以小变形悬臂梁和微积分的相关知识为基础,推导了其弯曲刚度和拉伸/压缩刚度计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定、另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分析该型柔性铰链的刚度;将有限元解与所推导出的解析解进行比较,以验证所推导刚度公式的正确性。分析椭圆直梁复合型柔性铰链的结构参数对其刚度性能的影响,并与倒圆角直梁型柔性铰链进行比较,结果表明椭圆直梁复合型柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于倒圆角直梁型柔性铰链。

内置-串联复合型平面折展柔性铰链的设计与性能分析

基于内置LET铰链,设计了一种内置-串联复合型LET铰链,利用弹簧等效法,推导了铰链弯曲等效刚度与拉压等效刚度的计算式。通过实例计算与有限元分析,二者结果误差在3%~6%,验证了理论分析与等效刚度计算式的正确性。将内置-串联复合型LET铰链与相同尺寸的内置LET铰链进行性能对比,结果表明,内置-串联复合型LET铰链在保持弯曲变形能力的前提下,拉压刚度是内置LET铰链的近50倍,充分表明铰链结构设计的合理性与有效性。

人工假体在膝关节周围恶性骨肿瘤保肢术中的应用

膝关节周围恶性骨肿瘤的治疗,目前多采用保肢术。在保肢重建中,人工膝关节置换逐渐成为应用最广泛,效果最好的方法。该文主要介绍旋转铰链型、可延长型、定制节段型、同种异体骨复合型等假体在膝关节周围恶性骨肿瘤保肢术中的应用现状。