Analysis of the Micro-Rotation Compliant Mechanism Based on the Corner-Filleted Flexure Hinges

The purpose of this thesis is to derive the flexibility formula of the corner-filleted flexure hinge easily and conveniently and use it to design a micro-rotation compliant mechanism. Firstly,we get the corner-filleted flexure hinge flexibility formula by methods of symmetry transformation and coordinates translation. The correctness of this formula is validated on the basis of the finite element method and under the premise that the effects of shear stress are taken into consideration. Then a micro-rotation compliant mechanism is designed in accordance with the corner-filleted flexure hinge,and the deduction and analysis of its working moment/rigidity are conducted. Moreover,this theoretical formula is proved to be accurate and reliable through the finite element analysis and the experimental verification,based on which the structural design and optimization can be made on the rotating part of a micro adjustment device. The results illustrate that designing and optimizing the structures by the analysis model is convenient and reliable so that complicated 3D modeling and finite element analysis are not needed.

沿流向放样的轴流压气机叶道设计方法

针对高负荷压气机角区流动质量差、流动损失显著的问题,以NASA Rotor37为研究对象,提出了一种轴流压气机叶道几何定义与参数化建模新方法,实现了叶片、角区和端壁结构的协同设计及叶片到端壁的高阶光滑过渡,在此基础上,开展了前缘边条和叶身融合对压气机转子气动性能和内部流场影响的数值研究。结果表明,针对NASA Rotor37流道,采用该叶道设计方法对压气机转子角区改型后:绝热效率提高了0.3%,喘振裕度由11.85%增加至18.8%;下凹端壁可以帮助稳定压气机转子通流能力并减少改型过程的流量漂移;叶身融合结构在叶根处提供径向向上的压力梯度,将低能流体从叶片角区吹向主流区以减少角区流动损失,而近叶根处主流区流动损失略有增加。研究成果对发展轴流压气机先进设计方法应具有参考价值。

焊接机器人视觉系统对焊缝的标记方法研究

依托机器视觉技术,焊接机器人技术现已发展到了第三代。为了实现机器人的智能焊接,在前期工作中,机器人的焊接系统需要对焊缝进行标记和智能提取。课题组选用了Sobel算子、Canny算子、Forstner算子、Harris算子对模拟焊接件进行了焊缝标记,通过实验对比发现,对于课题组所选取的研究对象,Forstner算子效果优异。

光纤激光切割机碳钢板拐角毛刺研究

本研究旨在探究光纤激光切割机辅助气体为空气环境下对厚度6mm的Q235-A碳钢板进行直角拐角切割时,拐角处毛刺问题的产生原因,并提出一种有效的优化方法:通过增加拐角处的绕角,保持高速切割,减少毛刺的发生。本研究详细介绍了实验过程,包括材料元素含量、切割参数设置、毛刺观察和数据分析[1]。实验结果表明,通过合理增加绕角,可以显著降低直角拐角处毛刺的大小和密度,提高切割质量。

热成形零件转角开裂问题的研究

介绍了某车型A柱热成形件在工业化中的转角开裂问题,冲压成形性仿真分析零件不存在开裂的风险,但零件实际工业化中开裂。开裂主要发生在外凸转角且有长法兰面的位置,通过对比零件开裂位置成形状态与冲压仿真分析参数,分析了问题产生的原因,总结了热成形零件转角开裂问题的影响因素,总结了此类零件冲压成形性仿真分析策略,分别从产品和工艺角度阐述了解决方案。

椭圆导角混合柔性铰链的设计计算与性能分析

为满足柔顺机构的大柔度要求,设计了一类新型椭圆导角混合柔性铰链。首先,以卡氏第二定理为基础推导了柔度和回转精度的计算公式,在参数的极限条件下,椭圆导角结构演化出其他三种铰链形式:直圆导角、椭圆直圆和直圆柔性铰链,使得多种柔性铰链的柔度和回转精度的计算公式合并在一组方程中,通过有限元分析验证了计算公式的正确性。其次,讨论了结构参数对柔度、回转精度和柔度精度比的影响趋势,分析结果表明,柔度与回转精度随参数的变化趋势具有相反性,且减小最小厚度是提高柔度的最佳方式。再次,比较了所提四种柔性铰链的性能,椭圆导角混合柔性铰链具有最大的柔度但回转精度较低,而直圆柔性铰链具有较高的回转精度且综合性能也较优越,但柔度最小。最后,对椭圆导角和直圆柔性铰链进行了应用研究,研究结果表明,椭圆导角混合柔性铰链在回转能力和应力水平方面具有显著优势。

三种形状柔性铰链转动刚度的计算与分析

本文针对3种形状的柔性铰链进行力学分析,推导出它们各自绕z轴的转动刚度计算公式;通过计算、比较和分析得出柔性铰链中外形、几何尺寸等设计参数对转动刚度的影响程度。根据分析结果确定3种形状柔性铰链各自的微制造工艺及适用场合。

直梁圆角形柔性铰链的柔度矩阵分析

对直梁圆角形柔性铰链的柔度矩阵进行了研究。首先,基于悬臂梁理论推导了直梁圆角形柔性铰链平面内变形的解析计算方法,建立了柔性铰链平面内柔度矩阵的闭环解析模型,并给出了rt(r为铰链圆角半径,t为铰链厚度)时柔度矩阵的简化计算公式。然后,建立了直梁圆角形柔性铰链的有限元模型,得到了柔性铰链结构参数r/t和l/t(l为铰链长度)变化时柔度矩阵解析值和有限元仿真值的相对误差,以及r/t变化时柔度矩阵简化解析值和仿真值的相对误差。结果表明:采用悬臂梁理论建立的柔性铰链柔度矩阵模型,当l/t≥4时,柔度矩阵各项参数的理论解析值与有限元仿真值相对误差在5.5%以内,当0.1≤r/t≤0.5时,两者的相对误差能够控制在9%以内,当0.2≤r/t≤0.3时,两者的相对误差能够控制在6.5%以内;当r/t≤0.3时,简化解析值与仿真值的相对误差控制在9%以内,当r/t≤0.2时,简化解析值与仿真值的相对误差控制在7%以内,从而验证了柔度矩阵闭环解析模型的正确性。建立的直梁圆角形柔性铰链柔度矩阵闭环解析模型可为柔性铰链以及柔性体机构的设计和优化提供理论依据。

倒圆角直梁型柔性铰链刚度研究

为研究倒圆角直梁型柔性铰链的刚度性能,利用材料力学和微积分的相关知识推导出该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。改变倒圆角直梁型柔性铰链的各结构参数,根据所推导出的刚度公式,利用Matlab软件编程计算出刚度值,并分析倒圆角直梁型柔性铰链的弯曲刚度与其各结构参数之间的关系。

新型单边复和型柔性铰链的柔度计算及其性能分析

提出了一种新型柔性铰链——单边直圆导角复合柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导了单边直圆导角复合型柔性铰链的柔度计算式.利用所得结果对实例进行柔度的理论计算,同时对其作限元分析,通过结果对比,验证了柔度计算式的正确性.同时对单边直圆导角复合柔性铰链的性能进行分析,分析了结构参数对其柔度性能的影响,通过与双边直圆导角复合柔性铰链比较,得出了单边直圆导角复合柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于双边直圆导角复合柔性铰链,为柔性铰链在结构紧凑、大位移场合的工程应用提供了新的思路.

单边导角形柔性铰链的计算与性能分析

提出了一种单边导角形柔性铰链,以力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了单边导角形柔性铰链柔度和转动精度的闭环解析公式,利用有限元和实验的方法对柔性铰链的柔度公式进行校验。结果表明:有限元和实验方法与闭环解析式的结果基本一致。对单边导角形柔性铰链的性能进行分析,得出了结构参数对其柔度性能的影响关系,并通过与双边导角形柔性铰链比较,分析了单边导角形柔性铰链的转动能力、转动精度和对轴向载荷的影响,为柔性铰链在结构紧凑、大位移场合的工程应用提供了有价值的参考。

直梁型柔性铰链制造误差对刚度性能影响的建模与分析

柔性铰链制造误差会影响铰链性能,为了减小柔性铰链性能对制造误差的敏感性,应用多变量函数Taylor级数展开的方法,建立了直梁型柔性铰链制造误差与其性能的对应关系。通过建立的直梁型柔性铰链参数与其性能关系图,分析了直梁型柔性铰链各参数变化对其性能的影响,并给出了对柔性铰链影响最大的关键加工参数和设计准则。

直梁圆角型柔性铰链的回转精度分析

首先,基于悬臂梁理论推导了直梁圆角型柔性铰链回转精度的解析计算方法,建立了柔性铰链回转精度的闭环解析模型,并给出了rt时的回转精度简化计算公式。然后,采用与有限元分析结果相比较的方式对解析模型进行了验证,结果表明两者的相对误差小于5%,从而验证了回转精度矩阵闭环解析模型的正确性。最后,分析了柔性铰链的材料参数和几何参数对其回转精度的影响,结果表明:直梁圆角型柔性铰链材料的弹性模量E越大、泊松比ν越小,其回转精度越高;直梁圆角型柔性铰链的高度h越大,其回转精度越高;当量纲一参数0≤s≤1,3≤q≤10时,随着s的增大、q的减小,回转精度越来越高;柔性铰链的厚度t一定时,圆角半径r越大,铰链长度l越小,其回转精度就越高;当0.5mm≤t≤4mm,几何参数h、r、l一定时,随着t的增大,其回转精度越高,且其变化速率越来越小。建立的直梁圆角型柔性铰链回转精度矩阵闭环解析模型,可为柔性铰链以及柔性机构的设计优化提供理论依据。

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。

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。

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。

倒圆角直梁型柔性铰链应力分析

为研究倒圆角直梁型柔性铰链的内部应力,利用材料力学的相关知识推导出该型柔性铰链的弯曲正应力和拉/压应力计算公式。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应力;将有限元解与所推导出的解析解进行比较,验证所推导应力计算公式的正确性。根据所推导出的应力公式,讨论倒圆角直梁型柔性铰链的内部应力与其各结构参数之间的关系。

直梁形柔性铰链结构参数对其刚度性能影响的分析

柔性铰链是目前被广泛用于微动机器人的主要部件之一,其刚度性能直接影响微动机器人的终端定位。由于实际需要的多样性和复杂性,使得其实际结构的几何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件,因此影响到对其性能的准确分析。采用有限元软件ANSYS分析了多个不同尺寸参数的直梁形柔性铰链的转动刚度,并与其解析计算结果进行了比较,分析了二者间产生误差的根本原因。

倒圆角直梁型柔性球铰柔度计算与分析

柔性铰链广泛用在微动机器人的关节,其柔度性能直接影响微动机器人的终端定位。以材料力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了直梁型柔性球铰柔度的解析公式,并利用ANSYS10.0软件对柔度公式进行校验,分析结果与解析公式的计算结果基本一致。分析直梁柔性球铰的性能,得出了结构参数对其柔度性能的影响关系,为柔性球铰的工程设计提供了参考。

内圆角铣削加工几何分析及铣削力预测

为实现内圆角加工瞬时铣削力预测,提出了工件轮廓和刀具路径的参数化表示方法,依据圆弧角大小不同将内圆角铣削分为两类,分析了其铣削过程。建立了瞬时铣削力模型,采用等参数间隔法,推导了刀具瞬时位置和位置角计算公式。针对不同铣削阶段,给出了实际径向切深计算模型,提出了基于实际径向切深的瞬时未变形切屑厚度计算方法。对内圆角加工的铣削力预测,并进行试验验证。仿真结果与试验结果在变化趋势和幅值方面均具有良好的一致性,仿真耗时显著减小,表明提出的铣削力模型具有较高的精度和计算效率,从而为恒负载铣削和颤振抑制提供了理论基础。