基于柔性铰链的杠杆-平衡机构的运动特性分析与参数设计.pdf

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1、第29卷第3期传感技术学报V01．29No．32016年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．2016KinematicsAnalysisandParameterDesignofLeverageBalancingMechanismBasedonFlexibleHingesL／UQinggang*,SUNGeng，QINZirui，LANGYaopu(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandI

2、nstrument，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：LeveragebalancemechanismbasedonflexiblehingesforsinailforcemeasurementwithuNorderresolu—tionandNorderrangeisdescribedinthispaper，andthemotionmodeliSderived．Finiteelementmethod(FEM，ANASYS)isusedto

3、validatethemathematicalmode1．AccordingtotheresultsofbothmathematicalmodelandtheFEManalysis，aconclusionthatthedisplacementofthetestforcegeneratedcanbeincreasedbyreducingthestif—nessoftheflexiblehingesandincreasingthelengthoftheparallelfour-rodmechanismi

4、sobtained．Requiredlever-ageratioandmotionmodelcanbeobtainedbyreasonablychoosingtheleveragelengthofthehingepivotonbothsides．Thusatheoreticalbasisforthedesignofthemechanismisprovided．Keywords：leveragebalancingmechanism；Kinematicsanalysis；ANSYSFEM；flexibl

5、ehingesEEACC：7320Mdoi：10．3969／j．issn．1004-1699．2016．O3．002基于柔性铰链的杠杆一平衡机构的运动特性分析与参数设计刘庆纲，孙庚，秦自瑞，郎壶璞(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072)摘要：基于微小力测量(uN级分辨力，N级测量范围)的柔性铰链杠杆一平衡机构，建立了此机构的运动数学模型，并利用有限元方法对该数学模型进行了验证。数学模型计算及有限元分析结果表明，减小柔性铰链的刚度、增大平行四杆机构的长度能增大被测力产生的位移，通过

6、合理地选择铰链支点两侧的杠杆长度，能设计出所需的杠杆比及运动模型，从而为该机构的设计提供了理论依据。关键词：杠杆平衡机构；运动特性；ANSYSFEM分析；柔性铰链中图分类号：TH82文献标识码：A文章编号：1004—1699(2016)03—0313一O7力平衡法是实现精密力测量的一种常用方产的高精度电子天平即采用基于柔性铰链设计的法n，该原理为被测力与作为测量系统的特定机构平衡机构，但未见到该机构的数学运动模型；国内所施加的力经平衡机构平衡，通过测量施加力得到也有厂家及高校对该结构进行研究，如湖南

7、大学的被测力的大小，而设计高精度的平衡机构，是实现邵万里等人应用簧片替代柔性铰链设计平衡机被测力高精度测量的关键b]。构]，并对该机构的挠度进行了研究，但也未对该柔性铰链是一种小体积、无机械摩擦、无间隙机构的数学运动模型进行解析；张霖n们等人用材料和运动灵敏度高等特点的传动机构，是为实现小范力学能量法对平行四杆柔性铰链机构的运动模型围的偏转和定位而提出的一种机构，因此被广泛应进行了推导，并用有限元方法对数学模型的正确性用在各种精密机构的设计中]。应用柔性铰链设进行了验证，但同样没有建立测力的一体化杠

8、杆放计精密力测量设备的平衡机构是实现高精度力测大一平衡机构的数学模型。由于平行四杆柔性铰链量的一种常用方法，如梅特勒一托莱多有限公司生机构为杠杆一平衡机构的一部分，相比于平行四杆项目来源：国家自然基金项目(51575387)；教育部博士点基金项目(20120032110059)；天津市自然基金重点项目(14JCZDJC31100)收稿日期：2015—09—30修改日期：2015—1卜21314www急．chinatransducers．eo报m29卷罨柔性铰链机构，杠