复合载荷作用下柔顺机构的PR伪刚体新模型.pdf

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1、第49卷第l5期机械工程学报V_oI_49NO．152013年8月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGAug．2013DoI：1O．3901／JME．2013．15．009复合载荷作用下柔顺机构的PR伪刚体新模型水余跃庆徐齐平周鹏(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124)摘要：基于伪刚体模型，综合考虑平面柔顺机构中柔性杆件的横向变形和轴向变形影响，提出具有移动副的两自由度伪刚体新模型。分别用移动副和转动副描述柔顺杆件的轴向位移和横向位移，模拟末端受力和力矩复合载荷作用时柔顺杆的变形，建

2、立平面柔顺机构的PR伪刚体模型，通过三维搜索得出了模型的最优特征半径系数，应用线性回归方法得到了模型的刚度系数。通过与IR、2R伪刚体模型以及柔顺杆的数值算例对比，说明了PR伪刚体模型的优越性。关键词：柔顺机构伪刚体模型移动副复合载荷中图分类号：TH132NewPRPseudo--rigid--bodyModelofCompliantMechanismsSubjecttoCombinedLoadsYUYueqingXUQipingZHOUPeng(CollegeofMechanicalEngineeringandApplie

3、dElectronicsTechnology,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124)Abstract：Basedonthepseudo-rigid-bodymodel(PRBM)，anew2-Degreeoffreedompseudo-rigid—bodymodelwithaprismaticpairisproposed．111eaxialdisplacementandlateraldisplacementispresentedbytheprismaticpairandrev

4、olutepaJr,respectively,andSOthedeflectionofacompliant1inksubjecttoacombinedforceandmomentloadsCanbesimula~d．ThePRpseudo．rigid．bodymodelofplanarcompliantmechanismisdeveloped．Athree．dimensionaloptimizationforthecharacteristicradiusfactorsandalinearregressionmethodfor

5、thespringstiffnesscoeficientsarepresented．TheadvantageofthePRpseudo-rigid-bodymodelisillustratednumericallythroughthecomparisonwiththe1R,2RPRBMmodelsandcompliantlink．Keywords：CompliantmechanismPseudo．rigid-bodymodelPrismaticpairCombinedloads的前沿领域和研究热点，已在柔顺机构的结构和运0前

6、言动分析与设计方面取得了大量成果。柔顺机构的一个重要问题是建立高效的模型。柔顺机构是一种利用构件自身的柔性变形来由于柔顺机构中构件大变形引起的几何非线性使得完成运动、力和能量的传递或转换的新型机构【lj。柔顺机构的分析过程较为复杂。为了简化柔顺机构它与传统刚性机构相比，具有构件数量和装配时间的分析过程，HOWELL等[3-5l提出了“伪刚体模型”，少、加工工序简化、无运动副间隙及其带来的摩擦、如图1a所示，将自由端受力的柔顺杆等效为由个磨损、振动和噪声等优点【2J。近年来，柔顺机构已转动~rJ(R副1连接的两个刚性杆件，并在

7、铰接处安得到机械学者和工程师们的高度重视，研究成果在装一个扭转弹簧，用来模拟柔顺杆末端的运动轨迹。很多场合得到应用，如柔顺超越离合器、微型柔顺LYON等l6]把柔顺杆分解成了两段，每段用伪刚体双稳态开关和微型发动机等，特别是在微机电系统模型来近似模拟。SAXAENA等通过引入两个线(Microelectro．mechanicalsystems，MEMS)hh有着巨性弹簧来限制特征半径系数的方法对伪刚体模型进大的优势和潜力【2】。正是由于其具有诸多优点和应行了修正。但此1R模型的模拟精度不高，SUL8J提用价值，柔顺机构引起了

8、广泛的关注，成为机构学出了一种3R伪刚体模型，如图lb所示，它比1R伪刚体模型的模拟精度高，并且不受载荷形式限制，·国家自然科学基金资助项I~(51175006)。20121031收到初稿，20130410但其运动学反解条件较为苛刻，导致迭代过程繁琐，收到修改稿10机械工程学报第49卷第1