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《柔性構(gòu)件和柔性機(jī)構(gòu)自由度分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第26卷第4期機(jī)械設(shè)計(jì)Vo.l26No.42009年4月JOURNALOFMACHINEDESIGNApr.2009*柔性構(gòu)件和柔性機(jī)構(gòu)自由度分析夏尊鳳,許焰(長(zhǎng)沙學(xué)院機(jī)電工程系,湖南長(zhǎng)沙410003)摘要:柔性機(jī)構(gòu)由剛性構(gòu)件、剛性鉸鏈、柔性構(gòu)件和柔性鉸鏈4個(gè)元素組成,4個(gè)元素的不同組合可以得到11種不同類(lèi)型的柔性機(jī)構(gòu)。文中分析了其中5種常用的結(jié)構(gòu)形式與特征。柔性構(gòu)件的自由度及其變形規(guī)律在機(jī)構(gòu)功能中起重要作用,它們是幾何特性、材料特性和載荷特性的函數(shù)。在分析柔性構(gòu)件自由度的基礎(chǔ)上,給出了柔性機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式,并用實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)算。關(guān)鍵詞:柔性機(jī)構(gòu);柔性構(gòu)件;自由度計(jì)算中圖分類(lèi)號(hào)
2、:TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-2354(2009)04-0051-03機(jī)構(gòu)和機(jī)器人等的微型化是目前機(jī)械領(lǐng)域的重要方向之柔性運(yùn)動(dòng)副代替了全部傳統(tǒng)意義上的剛性運(yùn)動(dòng)副,構(gòu)件仍然是一。柔性機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于微型并聯(lián)機(jī)器人、微機(jī)電系統(tǒng)剛性構(gòu)件,其分析和設(shè)計(jì)方法可以采用偽剛體模型法,該方(MEMS)、微傳感器、微定位機(jī)械、微操作機(jī)械等。柔性機(jī)構(gòu)是法的設(shè)計(jì)和分析精度能滿(mǎn)足工程應(yīng)用要求。一種通過(guò)機(jī)構(gòu)組成元素的彈性變形輸出運(yùn)動(dòng)或力的機(jī)構(gòu),其自第2種是剛性鉸鏈+剛性構(gòu)件+柔性構(gòu)件,如圖1b所示。由度的多少不僅與組成機(jī)構(gòu)構(gòu)件的多少和運(yùn)動(dòng)副的種類(lèi)有關(guān),其特征是剛性構(gòu)件和剛性鉸鏈仍然存在,只是
3、其中的某個(gè)剛性也與柔性構(gòu)件的變形或柔性運(yùn)動(dòng)副的變形有關(guān)。構(gòu)件被柔性構(gòu)件替代,沒(méi)有柔性鉸鏈,柔性構(gòu)件參與變形,輸出柔性機(jī)構(gòu)中柔性元素的變形與機(jī)構(gòu)所受外力(矩)的大小運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,柔性構(gòu)件的自由度形式和變形大小對(duì)機(jī)構(gòu)功能起和方位相關(guān),因此它的運(yùn)動(dòng)很大程度上取決于作用力(矩)的大重要作用。小和方位。柔性機(jī)構(gòu)是一種變自由度機(jī)構(gòu),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已第3種是柔性鉸鏈+剛性鉸鏈+柔性構(gòu)件+剛性構(gòu)件,如對(duì)柔性機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算做了許多研究,但公式應(yīng)用仍然很復(fù)圖1c所示。其特征是剛性構(gòu)件、柔性構(gòu)件、剛性鉸鏈、柔性鉸鏈雜[1~4]。同時(shí)存在,柔性構(gòu)件和柔性鉸鏈的自由度形式和變形大小對(duì)機(jī)在文中,首先分析了柔性機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型
4、式和特點(diǎn),然后在構(gòu)功能起關(guān)鍵作用。分析柔性構(gòu)件自由度的基礎(chǔ)上,給出了適于工程應(yīng)用的柔性機(jī)第4種是剛性構(gòu)件+柔性構(gòu)件,如圖1d所示。其特征是沒(méi)構(gòu)自由度的計(jì)算公式。有剛性鉸鏈和柔性鉸鏈,在剛性構(gòu)件上施力,利用柔性構(gòu)件的大變形完成機(jī)構(gòu)功能,若采用偽剛體模型法對(duì)此類(lèi)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,會(huì)產(chǎn)生較大誤差。1柔性機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式與特點(diǎn)第5種是結(jié)構(gòu)式全柔性機(jī)構(gòu),即分布柔度柔性機(jī)構(gòu)。它沒(méi)有剛性構(gòu)件和剛性鉸鏈,只有柔性構(gòu)件和柔性鉸鏈。在外力的現(xiàn)有研究資料將柔性機(jī)構(gòu)分為部分柔性機(jī)構(gòu)和全柔性機(jī)[5,6]作用下,任何一個(gè)柔性構(gòu)件都可能參與變形而產(chǎn)生自由度,柔構(gòu)兩種。部分柔性機(jī)構(gòu)是既含有柔性構(gòu)件或(和)柔性運(yùn)動(dòng)性構(gòu)件與柔性構(gòu)
5、件之間的柔性鉸鏈連接也可能參與變形而產(chǎn)副又含有剛性構(gòu)件或(和)剛性運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。全柔性機(jī)構(gòu)不生自由度。這類(lèi)機(jī)構(gòu)已演變成一種結(jié)構(gòu),其柔度分布于整個(gè)結(jié)含剛性運(yùn)動(dòng)副,全部由柔性構(gòu)件或(和)柔性運(yùn)動(dòng)副組成。全構(gòu)中,如圖1e所示。柔性機(jī)構(gòu)又包括兩種:一種是具有集中柔度的全柔性機(jī)構(gòu)(LCCM),其特征是用柔性運(yùn)動(dòng)副代替了全部傳統(tǒng)意義上的剛性運(yùn)動(dòng)副,存在剛性構(gòu)件;另一種是具有分布柔度的全柔性機(jī)構(gòu)(DCCM),其特征是整個(gè)機(jī)構(gòu)中并無(wú)任何運(yùn)動(dòng)副存在,其柔性全部分布在整個(gè)機(jī)構(gòu)中。不同型式的柔性機(jī)構(gòu),其運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生(變形)機(jī)理不同。即便是同一柔性機(jī)構(gòu),若作用力(矩)的大小和方位不同,其自由度也不相同。為了更詳細(xì)
6、地分析各類(lèi)柔性機(jī)構(gòu)的自由度,可以把柔性機(jī)構(gòu)的型式分得更細(xì)一點(diǎn)。柔性構(gòu)件、柔性鉸鏈、剛性構(gòu)件、剛性鉸鏈?zhǔn)墙M成柔性機(jī)構(gòu)的4種元素,根據(jù)排列組合,共有15種形式,工程實(shí)際應(yīng)用上有11種,下面所述的是其中常用的5種。第1種是柔性鉸鏈+剛性構(gòu)件,如圖1a所示。其特征是用圖1柔性機(jī)構(gòu)型式*收稿日期:2008-07-16;修訂日期:2008-11-27基金項(xiàng)目:湖南省科技廳資助項(xiàng)目(06FJ3175)作者簡(jiǎn)介:夏尊鳳(1966-),女,湖南澧縣人,副教授,碩士,研究方向:機(jī)構(gòu)學(xué)、CAX及相關(guān)技術(shù),發(fā)表論文20余篇。52機(jī)械設(shè)計(jì)第26卷第4期如圖4b所示,柔性桿在P的作用下產(chǎn)生彎曲變形,存在彎2柔性
7、構(gòu)件自由度種類(lèi)及分析曲自由度,在F的作用下產(chǎn)生拉伸變形,存在軸向移動(dòng)自由度,共有2個(gè)自由度,其端部的位移為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成,水平力產(chǎn)生在上述柔性機(jī)構(gòu)中,柔性構(gòu)件的自由度和變形規(guī)律在機(jī)構(gòu)的變形為F提供一個(gè)力臂。功能中起重要的作用,所以有必要對(duì)柔性構(gòu)件的自由度進(jìn)行分F1=Fcos析。F2=Fsin筆者認(rèn)為在機(jī)構(gòu)中參與了變形的構(gòu)件即為柔性構(gòu)件。柔x方向位移為:性構(gòu)件的柔性自由度有3種類(lèi)型。如圖2a所示
