柔性四桿機構(gòu)的分析及MATLAB仿真.pdf

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1、機電技術(shù)2014年4月柔性四桿機構(gòu)的分析及MATLAB仿真舒建生(中北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，山西太原030051)摘要：柔性鉸鏈四桿機構(gòu)在精密機械領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，全柔性機構(gòu)不能簡單的用為剛體模型進行動力學(xué)分析。文章構(gòu)建了柔性絲四桿機構(gòu)的模型，并采用偽剛體模型法對集中柔度的四桿機構(gòu)進行理論分析，得出了桿件轉(zhuǎn)角與外作用力的普適性公式；對紊陛鉸鏈四桿機構(gòu)的實例進行了計算分析，并用MATLAB軟件對實例進行仿真分析，得出的結(jié)果誤差為3％，驗證了該理論方法的可行性；最后得出在彈性變形內(nèi)外作用力與危險點應(yīng)力成正比。關(guān)鍵詞：柔性四桿機構(gòu)；偽剛體模型；MAT

2、LAB；仿真分析中圖分類號：TH122．1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672—4801(2o14)o2—028—03柔l生機構(gòu)是一種利用柔性元件的彈性變形來實現(xiàn)運動、力或能量的傳遞或轉(zhuǎn)換的新型機構(gòu)。在精密場合，與傳統(tǒng)的剛性機構(gòu)相比，柔性機構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)簡單體積小、無間隙及摩擦、運動精度高等。在精密工程、智能材料、微納米技術(shù)、機器人學(xué)等學(xué)科等領(lǐng)域，柔性機構(gòu)有著良好的應(yīng)用前景。圖1柔性鉸鏈四桿機構(gòu)偽剛體模型本文對集中揉度四桿機構(gòu)進行了理論方面的F，計算與仿真分析，對高性能的柔性機構(gòu)的設(shè)計有Ki=竽(1，2，3，4)表示鉸鏈處等效彈簧所產(chǎn)生i一定意

3、義。的力矩。1柔性四桿機構(gòu)建模由=0，整理式(1)得到不同桿長及載荷的在分析機構(gòu)的真實運動時，研究對象通常是柔性鉸鏈四桿機構(gòu)的一般公式中低速的運動機構(gòu)，故對模型作以下假設(shè)：與利用A+832+Ch42=0(2)機構(gòu)剛體動力學(xué)分析方法得到的整體運動位移相A=(一X22一y262一F2X3一X4r2)sin2+(一X2b2+】，202比，由桿件的彈性變形引起的位移很小，不會對機+r2l，3)c0s2+2++構(gòu)的整體運動產(chǎn)生影響。為了使模型能夠更加準(zhǔn)曰=(一X3a3一y363-X4r3)sin03+(一3b3+y3口3)cos3確地反映出機構(gòu)的特性，采取有

4、限單元的分析方+』)l一一法，即把整個柔性系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)的不同分別劃分為C=(4r4一X4口4+Y4b4)sin4+(4b4+Y4a4)cos04+++多個單元，針對各個單元進行運動學(xué)分析并建立4運動方程，最后將各個單元的運動方程整合為柔=性系統(tǒng)的運動學(xué)方程，。柔性鉸鏈四桿機構(gòu)的經(jīng)典偽剛體理論模型=(見圖1)。據(jù)偽剛體分析理論，，由虛功原理可2實例分析得44圖1所示的四桿機構(gòu)，假設(shè)只有桿4上端點處=∑+∑+∑(1)=2i=2受到沿一軸方向的集中載荷如圖2所示。式中：：+，，表示方向的力，表示Y當(dāng)M2：M3=M4=0，X2=3=Y2：Y3==0，方向的力

5、；．表示在i桿上的力矩；囂表示為點a=口3：b=63=b4=0，若l=0，由圖3所示四桿P機構(gòu)的幾何關(guān)系，可得：：-0=0：，則：，的虛位移，可通過鏈?zhǔn)轿⒎址▽Ψη髮?dǎo)得出、Y分別表示和Y軸方向的位移=一K，A=一4r2sin2++T2；作者簡介：舒建生(1987一)，男，碩士研究生，研究方向：機械制造系統(tǒng)人一機一環(huán)境理論分析應(yīng)用與研究。