多层LEMs性能与结构参数的关系-论文.pdf

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1、第36卷第3期北京科技大学学报VO1．36NO．32014年3月JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingnar．2014多层LEMs性能与结构参数的关系邱丽芳¨，楚红岩’，杨德斌，史改改1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)天津工程机械研究院，天津300409囡通信作者，E—mail：ydb@ustb．edu．CB摘要建立一多层LEMs柔顺机构的一般伪刚体模型．基于LET铰链等效弹簧刚度模型，推导出LEMs输入载荷和输出角位移的一般理论计算公式．分析了影响机构角位移输出的主要结构

2、参数，以及相同载荷下这些参数对角位移输出的影响趋势．根据分析结果．对机构实例的结构尺寸参数设计了一组初始值．通过实例的理论计算与有限元仿真，分析得到机构的LET外铰链扭转片段长度和宽度尺寸变化对角位移和误差的不同影响效果．关键词柔顺机构：多层；伪刚体模型；性能；结构；铰链分类号TH122Relationshipbetweenmechanismperformanceandstructuralparametersofmulti—layeredlaminaemergentmechanismsQIULi-fang”，CHUHong—yah，，YANGDe

3、—bin，SHIGai—gai1)SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China2)TianjinResearchInstituteofConstructionMachinery，Tianjin300409，China囡Correspondingauthor．E—mail：ydb@ustb．edu．enABSTRACTAgeneralpseudo—rigid—bodymodelwasbuiltformulti—lay

4、eredlaminaemergentmechanisms(LEMs)．Basedontheanalogouslinearcoilspringmodeloflaminaemergenttorsional(LET)joints，ageneraltheoreticalformulawasderivedtodescribetherelationshipbetweentheinputloadandtheoutputangulardisplacementofLEMs．Themainstructuralparametersinfluencingtheoutpu

5、twereanalyzed，andtheirinfluencetrendswerestudiedinthesameloadcase．Accordingtoanalysisresults，asetofinitialvalueswasdesignedtothestructuralparametersforanexampleofthemechanism．TheeffectsofthelengthandwidthofLETjointtorsionalhingesontheangulardisplacementanderrorofthemechanismw

6、erediscussedbytheoreticalcalculationsandfiniteelementsimulation．KEYWORDScompliantmechanisms；muhilayers；pseudo—rigid—bodymodels；performance；structure；hingesLEMs机构(1aminaemergentmechanisms)是在航空器件和医学植入装置；同时，它在运输和存储等同一材料平面内加工完成，并可在加工平面外实现需节省空间成本的场合也得到了广泛应用，如外科运动的一类新型柔顺机构l】]，是利用自身

7、柔性构手术器械、太空使用装置和搜救设备[4]．件的弹性变形来传递或转换力、运动或能量．与传本文结合刚性机构分类方法l5和刚体代替综统的刚性机构相比，除具备柔顺机构零件数量少、重合法(rigid．bodyreplacementsynthesisdesignap-量轻、加工装配维护成本低、磨损小、精度和可靠性proach)，即先设计满足功能要求的刚性机构，再直高等优势外[3]．LEMs机构具有的独特特点，不但加接用相应的柔顺构件代替刚性构件；或把复杂的刚工过程简单、经济，加工材料种类多、成本低，而且在性机构分解成功能简单的刚性机构后，用具有相似设备空

8、间受限时，能够满足设计需求，如电子设备、功能的柔顺构件代替刚性构件的设计方法[6书]，设收稿日期：2012—12—22基金项目：国家自然