圆弧型柔性球铰柔度设计计算-论文.pdf

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1、第21卷第4期工程设计学报VoI_21No．42014年8月ChineseJournalofEngineeringDesignAug．2014DOI：10．3785／j．issn．1006-754X．2014．04．014圆弧型柔性球铰柔度设计计算杨春辉，刘平安(华东交通大学轨道交通学院，江西南昌330013)摘要：通过研究圆弧型柔性球铰的柔度性能，使该柔性球铰可代替传统的双轴柔性铰链应用于空间多自由度柔顺机构．根据《材料力学5中的卡氏第二定理，圆弧型柔性球铰柔度的解析公式被推导出，然后利用ANSYS12．0软件对其进行有限元分析，结果表明有限元分析与解析式的计算结果基本一致．通过

2、改变圆弧型柔性球铰的各结构参数来分析其性能，得出各结构参数对其柔度的影响大小依次为：最小截面直径t、圆弧的圆心角0、圆弧半径R、杨氏模量E．此设计计算和特性分析为柔性球铰在柔顺机构的应用提供了依据．关键词：圆弧型柔性球铰；卡氏定理；柔度；有限元中图分类号：TP24文献标志码：A文章编号：1006-754X(2014)04—0389—04DesignandcalculationofcomplianceofarcflexuresphericalhingeYANGChun—hui。LIUPing—an(SchoolofRailwayTracksandTransportation，East

3、ChinaJiaotongUniversity，Nanchang330013，China)Abstract：Thecomplianceperformanceofarcflexuresphericalhingeswasstudiedwhichcanre—placetraditionalbiaxia1flexurehingesandbeusedincompliantmechanismswithmulti—DOF．BasedonCastigliano’Ssecondtheorem，complianceequationsofthearcflexuresphericalhingewerefo

4、rmulated．AnalyticformulasofthearcflexuresphericalhingewereverifiedbyAN—SYS12．0analysis．Theresearchresultsshowedthatthefiniteelementanalysisandtheoreticalcalculationwerebasicallythesame．Afteranalyzingtheperformanceofarcflexuresphericalhingebychangingstructuralparameters，theinfluenceordertoitsco

5、mpliancewasobtained．Thegrea—testimpactparameterwastheminimumdiametert，followedbythearccentralangle0，thearcradiusRandtheYoung’SmodulusE．Thismethodprovidesavaluablereferenceforthedesignandapplicationoftheflexuresphericalhinge．Keywords：arcflexuresphericalhinge；Castigliano’Stheorem；compliance；fini

6、teelement全柔顺机构主要依靠柔性铰链的弹性变形来产而单轴柔性铰链相当于刚性平面运动副，只能沿一生运动，消除了刚性运动副传动过程中的机械摩擦，个轴弹性弯曲变形．双轴柔性铰链(即柔性球铰)可具有紧凑的机械结构、无间隙和很高的刚度等特点，以沿两轴弹性弯曲变形，且容易加工．Paros等J、从而能够实现机构的精密定位．柔性铰链在微位移吴鹰飞等[4对圆弧型柔性铰链的刚度计算公式进行机构中得到广泛应用，如微机电系统(MEMS)、微了推导和简化；Lobontiu_5]，Smith等_6]、陈贵敏加速计、机器人、高精度微位移工作台和生物医学等等_7对常用柔性铰链(直梁型、椭圆型和抛物线型领域

7、[．等)刚度的性能进行了研究；侯文峰等L8]、LO—BONTIU等]、朱仁胜等[10]利用换元法和能量法目前有关单轴柔性铰链设计计算的文献较多，对双轴矩形截面柔性铰链的柔度进行了设计计算．收稿日期：2014—03—11．本刊网址·在线期刊：http：／／www．journals．zju．edu．cn／gcsjxb基金项目：江西省教育厅基金资助项目(GJJ13344)．作者简介：杨春辉(1972一)，男，江西丰城人，副教授，硕士，从事机械设计、并联机器人等研究，E—ma