微夹持机构中椭圆弧柔性铰链的模糊优化设计.pdf

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1、2011年12月机床与液压Dec．2011第39卷第23期MACHINETOOL&HYDRAULICSV01．39No．23DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．23．030微夹持机构中椭圆弧柔性铰链的模糊优化设计尹文韬，芮延年，李瑞(苏州大学机电工程学院，江苏苏州215021)摘要：以增大椭圆弧柔性铰链的偏转角为目标，通过模糊优化设计，结合ANSYS仿真，研究微夹持机构中柔性铰链的优化问题。建立柔性铰链的参数优化模型，采用MATLAB对铰链的最小厚度t、长半轴a、短半轴b和力矩进行优化，并通过ANSYS仿真进行检验。结果证明：优化后的柔性铰链偏转角大小与

2、有限元仿真结果的相对误差为5．39％，比较吻合，说明了优化设计方法的正确性。关键词：椭圆弧柔性铰链；偏转角；模糊优化中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1001—3881(201lJ23—104—4FuzzyOptimizationoftheEllipticalFlexureHingeinMicro-gripperYINWentao，RUIYannian，LIRUi(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering，SoochowUniversity，SuzhouJiangsu215021，China)Abstract：Theopt

3、imizationofthedeflectionangleoftheellipticalflexurehingewasinvestigatedwithfuzzyoptimizationmethodandANSYSsimulationforincreasingthedeflectionangle．Bysettinguptheoptimizationmodel，theminimumthicknesst，thesemi—majoraxisU，thesemi-minorbandthemomentwereoptimizedwithMATLABandtheresultswereverifiedwi

4、thANSYSsimulation．Theresultsdemonstratethattherelativeerrorbetweenthefiniteelementsimulationresultandtheoptimizedresuhofthedeflectionan—gleis5．39％whichindicatesthefuzzyoptimizationmethodiscorrect．Keywords：Ellipticalflexurehinge；Deflectionane；Fuzzyoptimization微夹持机构是一种微夹持技术，可以完成微小零为通过柔性铰链一端的三维坐标轴上

5、的力和弯矩的合件的夹取、运送和装配，在微机构零件的加工和装成，另一端为固定端。配、生物工程和光学研究等领域有着广泛的应用前图1为椭圆弧柔性铰链的几何结构和受力示意景，发展非常迅速，对其研究也越来越深入¨。图，柔性铰链分别受到三维力、、和三维弯柔性铰链作为一种特殊的传动机构，应用于转轴矩、：的作用，椭圆切口的长，短半轴分别的转动角有限、而要求没有摩擦和空程的场合，柔性为a和b(a≥b)，W、h和t分别为铰链的厚度、宽铰链的中部较为薄弱，在力矩的作用下可以产生弹性度和最小切割厚度。变形，力矩去除后能恢复到原形，在机械结构中起到铰链的作用；与一般铰链相比，没有机械结构上的间隙，消除了运动中的

6、摩擦和回退空程。为达到微夹持机构的精度要求，在驱动力作用下，柔性铰链的偏转角度应尽可能大，同时又必须满足相应的强度要求，柔性铰链的设计参数较多，要获得同时满足强度和尺寸要求的最佳值，必须进行优化设计。文中以椭圆弧柔性铰链为例，采用模糊优化设计方法对椭圆弧柔性铰链参数进行优化计算，并通过ANSYS进行检验。1椭圆弧柔性铰链偏转角计算当柔性机构中某一个杆件上有驱动力或者承受外载荷时，这些力会对其他杆件上的柔性铰链产生附加图1柔性铰链受力图的力和弯矩的作用。其所受的复杂外力总是可以转化轴是柔性铰链的输出轴，柔性铰链产生绕z轴收稿日期：2010—11—16作者简介：尹文韬(1986一)，男，硕

7、士，研究方向为夹具设计。E—mail：ycitywt@163．con。第23期尹文韬等：微夹持机构中椭圆弧柔性铰链的模糊优化设计·105·的角变形：是柔性铰链最重要的参数。下面给出椭圆弧柔性铰链仅在力偶矩作用下产生绕轴的角变形公式的推导过程。根据材料力学，铰链中性面曲率半径：一PEI()式中：E为弹性模量，M(x)为作用于微小段dx的弯矩，，()为微小段dx处的截面对z轴的惯性矩)=根据高等数学，曲线上任一点的曲率为图3微元划分图h(西)=2b