弧形薄板机构参数对刚度特性影响规律研究.pdf

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1、机械设计与制造第5期144MachineryDesign&Manufacture2014年5月弧形薄板机构参数对刚度特性影响规律研究马壮，张彦斐，宫金良(山东理工大学机械工程学院，山东淄博255049)摘要：传统柔性铰链四边形结构很难实现大的位移变形，故其应用领域受到一定的限制。通过分析变截面杆件的变形刚度，利用变截面杆件组合形式，得到几种既可以保证变形刚度又可以实现大变形的柔顺四杆机构。利用MATLAB计算分析各机构变形刚度随尺寸参数的变化关系，得到尺寸参数对机构刚度性能的影响，确定机构刚度的主要影响参数，并通过比较几种机构在受相同作用力

2、的条件下变形与尺寸参数的对照关系，得出两种柔顺四杆机构各自的应用场合。关键词：柔性铰链；变形刚度；结构参数；变截面结构中图分类号：TH16；TP24文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)05～0144—03InfluenceRuleResearchofArcPlateStructureParametersonRigidityCharacteristicsMAZhuang，ZHANGYan—fei，GONGJin-liang(SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversityofT

3、echnology，ShandongZibo255049，China)Abstract：Thetraditionalquadrilateralflexiblehingestructureisdifficulttoachievealargedeformation，andthescopeofitsapplicationhasbeenlimited．Analysisofvariablecross-sectionroddeformationstiffness，l$e$thecombinationsofvariablecross-sectionrod

4、gettingthreefiexiblebodies．UsingMATLABtoanalyzeandcalculatethedeformationstiffnessofthebodieswiththerelationshipofesizeparameters．comesoutthepeformanceimpactofthesizeparameters．ItcomparesthetwobodiesdeformationwhichthesizeofthecontrastrelationshipinforceunderthesaInecondit

5、ions．Twokindsofstructuresfordiferentapplicationsarealsog／ve,~KeyWords：FlexibleHinge；DeformationStifness；StructureParameter；VariableCross-SectionStructure1引言式中：(，F，M)，U：(，u，0)，K。一刚度矩阵嘲，RK。=传统柔性四边形机构【-嗵过将刚性机构中宏观运动副柔性CI10el3化，利用柔性单元自身变形来实现机构末端微小位移。此种形0C220式可以满足运动精度和变形刚度要求，但是由

6、于位移变形量较C3l0e33小，难以实现大的行程，因此应用领域有限。传统四杆机构能够实现大的行程，但是变形刚度太小难以保证运动精度，会出现中心漂移现象。利用变截面杆件可以增大机构的变形刚度，引入新型变截面四边形机构，分析各机构静刚度，并比较尺寸参数对刚度的影响，通过Matlab分析两种结构在参数相同、受力相同时的变形。2变截面薄板利用变截面杆件增加刚度可得到新型四杆机构，如图1所示。图中：B、卜-机构的变截面杆件最厚与最窄处宽度；一变截面(a)(b)杆件高度；6—拉伸厚度；R一机构变截面杆件弯曲半径。由位移图l变截面杆件与力的对应关系[41

7、：Fig．1TheVariableSectionRodsF=KlU力作用下的方向的变形：来稿日期：2013．．11-24基金项目：国家自然科学基金(61303006)；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS2012ZZ009)山东理工大学青年教师发展支持计划项目(2013--02)作者简介：马壮，(1988一)，男，山东潍坊人，硕士研究生，主要研究方向：柔性机构设计与分析；张彦斐，(1977一)，女，河北衡水人，博士，副教授，主要研究方向：微操作机器人技术第5期马壮等：弧形薄板机构参数对刚度特性影响规律研究145向变形刚度，绕轴的转动刚度

8、与的对应关系，如图3(a)所=⋯示。b=10mm,R=20mm、H=40mm时，和Y向变形刚度，绕轴转力作用下的绕轴的转动角度0：动刚度与t对应关系，如图3(b)所示。：[]力作