基于伪刚体模型法的平行板簧机构动态性能分析

本文以伪刚体（PRB）动力学模型为基础,对微纳米定位平台中的柔顺导向机构进行了分析．有限元分析的应用验证了柔顺导向机构在微纳米定位平台中伪刚体的动态特性．计算分析证明伪刚体模型法用于研究微纳米定位平台结构的动力学分析的可行性和有效性．     

四自由度全柔顺并联机构刚度分析

利用动力学方程求出4 CRU型全柔顺并联机构支链的刚度,并用ANSYS软件仿真结果验证此种方法的正确性,为求全柔顺并联机构整体刚度提供了依据;本文基于4 CRU并联机构的运动特性,采用传统柔性并联机构的构成方式设计了具有全柔顺特性的新型4 CRU的全柔顺并联机构;利用动力学方程对全柔顺支链刚度进行计算;采用ANSYS软件建立4 CRU型全柔顺机构支链模型,并对其刚度进行仿真实验对比研究;仿真结果与计算结果基本上一致,验证了分析方法的正确性.     

基于拓扑优化的平面2-DOF柔顺并联机构构型设计

目的运用拓扑优化技术设计一种平面2-DOF(Degrees-of-Freedom)柔顺并联机构,使其具有微米级别的微运动特性。方法依据平面2-DOF并联原型机构的受力情况进行运动特性分析,基于同构封闭矢量映射原理构建平面2-DOF柔顺并联机构的微分运动Jacobian矩阵,表达多自由度的柔顺并联机构从输入到输出间各关节的运动关系。定义柔度为优化目标函数,微分运动Jacobian矩阵为运动条件,材料体积分数为约束条件,构建平面2-DOF柔顺并联机构材料属性的有理近似模型,并运用移动渐进线法优化求解。结果优化后的平面2-DOF柔顺并联机构构型在x方向的位移为-0.0089mm,在y方向的位移为0.0053 mm,同时,其沿x方向和y方向的微位移理论值为-0.0031 mm和0.0067 mm。结论与并联原型机构的运动特性相比,平面2-DOF柔顺并联机构优化后的微运动特性具有一致性,均为微米级。     

大行程串联柔性机构分析与设计

为提高柔性支承精密定位系统的行程,以传统直圆型柔性铰链为基本单元,提出一种新型大行程串联柔性机构.刚度与最大应力是影响大行程柔性机构性能的两个重要参数.采用伪刚体模型法,结合材料力学相关理论,建立了该柔性机构刚度和最大应力的理论模型.理论计算结果与非线性有限元分析结果相符,证明理论模型的正确性.在此基础之上,分析了大行程串联柔性机构的设计方法,验证了设计实例在大行程内的可靠性.脉冲响应测试实验结果表明由大行程串联柔性机构支承的精密定位系统定位误差不大于60nm.     

架空线路风偏计算的多刚体动力学模型及其分析

为准确高效地计算架空线路动态风偏位移响应,进而预防风偏闪络事故发生,结合架空线路风偏摆动的运动特征,考虑绝缘子串中各个绝缘子的相对运动,采用多个刚杆与扭转弹簧相互连接模拟架空导线,根据风偏变形的力学关系与能量守恒原则,建立了连续档架空线路风偏位移响应的多刚体模型与动力学方程;通过量纲分析与相似理论构建物理仿真模型的风洞实验,验证多刚体模型的准确性;通过对工程实例进行数值仿真分析,并比较多刚体模型与通用软件有限元模型的运算时间,验证多刚体模型的高效性。研究结果表明：连续档架空线路的风偏多刚体动力学模型可以有效展现各个绝缘子串与各档导线的动态风偏响应规律,计算精度能够满足工程使用需求,计算效率优于有限元模型。     

平面整体式三自由度全柔顺并联机构拓扑优化构型设计及振动频率分析

通过建立并联原型机构的微分雅克比矩阵方程,实现平面整体式三自由度全柔顺并联机构与并联原型机构之间的矢量同构映射。在此基础上,建立平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构SIMP拓扑优化模型,并采用优化准则算法,结合矢量同构映射方程,进行了平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构同构构型设计,通过应力分布和前四阶振动固有频率仿真对比研究表明：所采取的拓扑优化设计方法使平面整体式全柔顺并联机构具有一定的均布刚度和较好的振动抑制性能,且对其振动频率的分析可为机构尺寸优化及振型优化提供了重要的依据。同时,微运动特性的仿真表明其与传统并联原型机构之间的运动学同构性一致。该结果对平面整体式全柔顺并联机构的构型拓扑优化设计有实际意义。     

凸轮机构两质量动力学模型的运动误差及接触力分析

针对凸轮机构线性单质量、单自由度动力学模型的局限性,利用集中参数法提出了一种两质量的动力学模型．以凸轮输出为余弦运动形式为例,分析了两质量动力学模型中从动件的输出位移、输出误差及凸轮与从动件间的接触力,并以一个设计实例进行了求解．结果表明：由两质量模型可以得到机构的运动误差、凸轮与从动件间的接触力及凸轮转速对运动误差和接触力的影响.这些结果对凸轮机构的设计具有一定的指导意义．     

体育运动中统一的人体多刚体模型及动力学分析方法

本文介绍了人体的多种多刚体模型及在体育中的应用,提出了统一的人体多刚体模 型,讨论了该模型的自由度、广义坐标、人体参数等。在比较了多种动力学分析方法后,建 议采用ＫＡＮＥ方法。     

引信两种典型机构的运动和动力学仿真测试

本文介绍了引仿两种典型机构一球转子和双自由度机构的数学模型及运动和动力学仿真地机构仿真与测试的结果进行了分析，对机构仿真测试在计算机平台上的应用进行了进一步的探索。     

含间隙运动副机构的动力学特性研究

为了研究间隙运动副对机构动力学特性的影响,综合考虑转动副轴向尺寸、材料非线性系数以及碰撞过程能量损耗等因素,建立了一种改进的非线性接触碰撞力模型,同时提出了一种用于描述间隙处摩擦作用的修正的库伦摩擦模型。以曲柄滑块机构为研究对象,将上述接触碰撞力模型和摩擦力模型嵌入到系统动力学模型中,进行了动力学仿真分析,研究了不同间隙、驱动载荷及摩擦系数对机构动力学特性的影响,并将仿真结果与试验测试数据进行了对比分析。结果表明：基于文中改进的非线性接触碰撞力模型、修正的库伦摩擦力模型仿真计算结果,与实验结果吻合较好,能够准确、有效地描述含间隙运动副机构的动态特性。     

Synthesis methodology of a compliant exact long dwell mechanism using elastica theory

Compliant exact dwell mechanism design and its synthesis methodology are investigated. This class of compliant dwell mechanisms incorporates the buckling motion of an initially straight fixed–fixed flexible member as a follower. The initially straight flexible beam is modeled using nonlinear exact inextensible Elastica theory. The output response of a compliant long dwell mechanism is obtained using design charts for a mechanism that complies with the desired dwell time, maximum rise height and mechanism space requirements.     

压电陶瓷驱动三自由度精密定位系统的弹性动力学与输入调理特性研究

对压电陶瓷驱动三自由度精密定位系统的动力学性能进行了研究。首先建立了系统的弹性动力学模型，采用变截面框架单元描述柔性铰链，给出了其单元刚度矩阵和质量矩阵。通过实验获得了系统的低阶模态参数，并和分析结果进行了比较，验证了所建动力学分析模型的正确性。提出了基于动力学特性分析的驱动输入调理概念。分别采用正弦曲线和五次多项式作为调理函数对系统驱动的动态性能进行了研究。研究结果表明：对驱动输入进行必要的调理是十分必要的，所采用的两种调理方法均有效改善了系统的驱动特性，但由于采用五次多项式作为调理函数完全避免了驱动开始和结束时的加速度冲击，因而可获得更好的驱动效果。     

单级柔顺正交位移放大机构非线性建模与优化

同时实现操作的灵活性与稳定性是精密工程领域的研究热点。单级柔顺正交位移放大机构可通过正交位移转换实现平行夹持,并通过位移放大提高操作的灵活性,但该机构的传统建模方法主要基于小变形假定并忽略剪切作用,导致模型精度较低。为此,对典型的单力输入单级柔顺正交位移放大机构进行精确的非线性建模与优化。考虑到剪切作用与几何非线性因素,对单级柔顺正交位移放大机构输出位移进行两步法半解析建模,以实现非线性结果的快速预测。第1步,基于能量法与欧拉-伯努利梁理论,建立该机构输出位移的线弹性解析模型,并结合小变形静力学有限元分析,拟合剪切非线性修正系数;第2步,结合几何非线性静力学有限元分析与数值拟合,建立该机构输出位移的几何非线性修正系数模型。为最大化输出位移并抑制几何非线性作用,提出机构平面尺寸和厚度综合优化策略,并利用ANSYS Workbench有限元仿真验证了机构输出位移非线性模型与优化结果的有效性。仿真结果显示,机构输出位移非线性模型的误差小于5%,且可依据不同优化策略显著增大输出位移或将几何非线性程度约束于指定范围内。研究表明利用所提出的方法对单级柔顺正交位移放大机构进行非线性建模与优化,可有效提高压电驱动柔顺微夹钳的位移输出性能与开环控制的精度和实时性,有利于实现稳定灵活的微操作。     

滚珠型弧面凸轮分度机构动力学模型的建立及模态分析

应用拉格朗日方程对一种新型的滚珠型弧面凸轮分度机构进行了动力学建模。忽略滚珠的质量,将滚珠与凸轮之间的接触刚度以及滚珠与分度盘之间的接触刚度近似看作为两个接触刚度的串联,得到等效接触刚度。在建模过程中,利用回转变换张量法对机构中广义坐标几何位移关系进行了分析,建立了考虑扭转弹性模量的滚珠型弧面凸轮分度机构的动力学方程。由动力学方程得到了机构固有频率及其相对应的振型。结果表明,固有频率在分度时期随凸轮转角变化,在停歇时期为恒定值,并且不同阶的固有频率变化趋势也不相同。     

Design of a partially compliant crank rocker mechanism using Ionic Polymer Metal Composite for path generation

Four-bar mechanisms traditionally are made of rigid links and they are used for path, motion or function generation. Actively changing the length of the rocker in a crank rocker four-bar mechanism results in the tip of the rocker following a closed path. In this paper a crank rocker mechanism has been designed with a variable length rocker using an Ionic Polymer Metal Composite (IPMC). A pseudo rigid body model is used to represent the IPMC bending during path generation and a dynamic model is developed to relate the position of the rocker tip and the input voltage required to bend the IPMC. A simple control system has been designed that can apply a desired voltage to the IPMC using pulse width modulation, for obtaining a particular deformation. Experimental results of a path generated using the proposed mechanism is presented. This mechanism has wide application in micro robots for pick and place applications, actively controllable partially complaint mechanisms, adaptive structures, etc.     

Analysis,design, and optimization of structures with integral compliant mechanisms for mid‐frequency response

A multi‐scale paradigm is proposed that utilizes periodic, small‐scale, integral compliant mechanisms within larger‐scale structures for the attenuation of vibro‐acoustic response. Amplification principles serve as the basis for the design of these mechanisms in achieving reduced energy transmission. The spectral finite element method is exploited for a force–velocity and energy flow analysis of the resultant truss‐like structures. A genetic algorithm is employed to optimize structure size for greatest effectiveness in the frequency range of interest. This study demonstrates that a significant decrease in structural vibration is achievable and suggests promising applications including the design of acoustic isolation panels for broadband vehicle noise reduction. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

滑阀机构运动分析及动平衡计算

由于解析法进行机构运动分析时,需要对位移关系式二次求导,求解过程复杂而又抽象,为此,本文着重介绍了一种新的方法避开复杂的二次求导,即根据速度多边形、加速度多边形直接列出速度、加速度的函数关系式,这种方法形象直观,简单方便,不易出错。现以滑阀泵为例,进行运动分析,然后介绍一种动平衡方法,即计算出平面运动的构件在转轴运动一周内沿转轴的平键方向、以及垂直于平键方向的两个平均惯性力,配重块产生的离心力等于这两个平均惯性力的合力时振动最小。     

动态环境人-车系统的人体振动特性研究与仿真

 针对动态环境机械系统人-机界面设计的分析需要,应用人体动力学建模与人体振动实验相结合方法进行动态环境人-机系统的人体振动特性研究与仿真分析.依据多体系统动力学原理建立了人-车系统五自由度（5-DOF）坐姿人体全身垂直振动模型,经人体振动实验得到坐姿人体的传递函数曲线,采用参数识别方法获得人体的动力学参数,在此基础上,通过MATLAB/Bode对人体振动模型的模拟分析,得到了人体各部分的振动特性.用ADAMS/Vibration软件系统进行人体振动仿真试验,验证了5-DOF人体振动模型的人体振动特性研究结果的有效性.研究结果对于分析人-车系统的人体动力响应有着重要价值,可为动态环境机械系统的人-机界面设计提供重要参考,对客观评价人体坐姿的舒适性有指导作用.     

纳米级定位精度弹性位移缩小机构的仿真与实验

研究了一种具有纳米级定位精度的弹性位移缩小机构．该机构采用柔性铰链杠杆结构,这种弹性位移缩小机构可以将传统螺母丝杠系统精度提高到纳米级,同时非线性、迟滞误差小．首先采用刚体模型建立了弹性位移缩小机构的理论模型;然后运用ANSYS有限元软件分析了弹性位移缩小机构的特性;最后使用双频激光干涉仪对弹性位移缩小机构的输出特性进行了测量．理论与实验结果表明,理论模型可以较好地反映输入与输出的关系,可作为设计弹性缩小机构缩小率的重要依据;有限元模型计算结果与实验结果接近;实验结果表明,该装置行程可达10μm,分辨率可达10nm．