柔性四杆机构的分析及MATLAB仿真.pdf

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1、机电技术2014年4月柔性四杆机构的分析及MATLAB仿真舒建生(中北大学机械工程与自动化学院，山西太原030051)摘要：柔性铰链四杆机构在精密机械领域应用日益广泛，全柔性机构不能简单的用为刚体模型进行动力学分析。文章构建了柔性丝四杆机构的模型，并采用伪刚体模型法对集中柔度的四杆机构进行理论分析，得出了杆件转角与外作用力的普适性公式；对紊陛铰链四杆机构的实例进行了计算分析，并用MATLAB软件对实例进行仿真分析，得出的结果误差为3％，验证了该理论方法的可行性；最后得出在弹性变形内外作用力与危险点应力成正比。关键词：柔性四杆机构；伪刚体模型；MAT

2、LAB；仿真分析中图分类号：TH122．1文献标识码：A文章编号：1672—4801(2o14)o2—028—03柔l生机构是一种利用柔性元件的弹性变形来实现运动、力或能量的传递或转换的新型机构。在精密场合，与传统的刚性机构相比，柔性机构具有明显的优势：结构简单体积小、无间隙及摩擦、运动精度高等。在精密工程、智能材料、微纳米技术、机器人学等学科等领域，柔性机构有着良好的应用前景。图1柔性铰链四杆机构伪刚体模型本文对集中揉度四杆机构进行了理论方面的F，计算与仿真分析，对高性能的柔性机构的设计有Ki=竽(1，2，3，4)表示铰链处等效弹簧所产生i一定意

3、义。的力矩。1柔性四杆机构建模由=0，整理式(1)得到不同杆长及载荷的在分析机构的真实运动时，研究对象通常是柔性铰链四杆机构的一般公式中低速的运动机构，故对模型作以下假设：与利用A+832+Ch42=0(2)机构刚体动力学分析方法得到的整体运动位移相A=(一X22一y262一F2X3一X4r2)sin2+(一X2b2+】，202比，由杆件的弹性变形引起的位移很小，不会对机+r2l，3)c0s2+2++构的整体运动产生影响。为了使模型能够更加准曰=(一X3a3一y363-X4r3)sin03+(一3b3+y3口3)cos3确地反映出机构的特性，采取有

4、限单元的分析方+』)l一一法，即把整个柔性系统按结构的不同分别划分为C=(4r4一X4口4+Y4b4)sin4+(4b4+Y4a4)cos04+++多个单元，针对各个单元进行运动学分析并建立4运动方程，最后将各个单元的运动方程整合为柔=性系统的运动学方程，。柔性铰链四杆机构的经典伪刚体理论模型=(见图1)。据伪刚体分析理论，，由虚功原理可2实例分析得44图1所示的四杆机构，假设只有杆4上端点处=∑+∑+∑(1)=2i=2受到沿一轴方向的集中载荷如图2所示。式中：：+，，表示方向的力，表示Y当M2：M3=M4=0，X2=3=Y2：Y3==0，方向的力

5、；．表示在i杆上的力矩；嚣表示为点a=口3：b=63=b4=0，若l=0，由图3所示四杆P机构的几何关系，可得：：-0=0：，则：，的虚位移，可通过链式微分法对乏求导得出、Y分别表示和Y轴方向的位移=一K，A=一4r2sin2++T2；作者简介：舒建生(1987一)，男，硕士研究生，研究方向：机械制造系统人一机一环境理论分析应用与研究。