【正文】 臺(tái) 進(jìn)行理論建模奠定了基礎(chǔ)。 本章小結(jié) 偽剛體模型 和有限元方法 都 是對(duì)柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究的有效方法 。 但 是 偽剛體模型并廣州番 禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 不能對(duì)柔性鉸鏈在 彈性變形 時(shí)所產(chǎn)生 的附加 位移進(jìn)行建模，這些附加位移在理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間引起的位置誤差是顯著的。在柔順 機(jī)構(gòu) 中，由于柔性鉸鏈 的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用有限元法建立理論分析模型， 與 偽剛體模型法相比，具有分析準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。 本章 中 將柔性鉸鏈作為一個(gè)變截面的 三節(jié)點(diǎn) 梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度，該單元可進(jìn)行回轉(zhuǎn) 中心的偏移計(jì)算。推導(dǎo)直圓柔性鉸鏈 單元 剛度矩陣和 單元 質(zhì)量矩陣的過(guò)程 具有通用性，對(duì)采用其它柔性鉸鏈的柔順機(jī)構(gòu)的理論建模具有借鑒意義。 建立了基于直圓柔性鉸鏈的柔順機(jī)構(gòu)的有限元模型， 對(duì)考慮溫度效應(yīng)的柔順機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了理論研究，結(jié)果表明 研究 柔 順 機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)不能忽略由于溫度變化所引起的溫度效應(yīng) ，溫度 變化 對(duì)精密定位平臺(tái)輸出位移的影響是顯著的。 第四章 三節(jié)點(diǎn)雙軸柔性鉸鏈力學(xué)模型 9 第 四 章 三節(jié)點(diǎn) 雙軸 柔性鉸鏈 力學(xué)模型 引言 柔性鉸鏈一般分為單軸柔性鉸鏈、多軸柔性鉸鏈和雙軸柔性鉸鏈 。 雙軸矩形截面角圓形柔性鉸鏈 本文研究的雙軸柔性鉸鏈的結(jié) 構(gòu) 等四個(gè)幾何參數(shù)決定。 三節(jié)點(diǎn) 雙軸 柔性鉸鏈的 單元 剛度矩陣 卡氏第二定理 可用來(lái)定義對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位移 三節(jié)點(diǎn) 雙軸 柔性鉸鏈的 單元 質(zhì)量矩陣 這里 先求解 45,fe femm，其它質(zhì)量矩 陣隨后列出 。 算例 為驗(yàn)證理論 分析 結(jié)果的正確性，本文通過(guò)了有限元軟件建立了雙軸矩形截面角圓形柔性鉸鏈的有限元模型， 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)雙軸柔性鉸鏈回轉(zhuǎn)精度的影響 柔性鉸鏈繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其幾何中心 2 的位移大小可表示其運(yùn)動(dòng)精度。 本章小結(jié) 本章 研究 了一種外廓線(xiàn)為角圓形的雙軸矩形截面柔性鉸鏈，該柔性鉸鏈可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙軸柔性鉸鏈應(yīng)用于空間多自由度柔順機(jī)構(gòu)。建立了 三節(jié)點(diǎn) 雙軸 柔性鉸鏈的 空間 力學(xué)模型，并用卡氏定理推導(dǎo)了雙軸柔性鉸鏈回轉(zhuǎn)精度的統(tǒng)一表達(dá)式，采用換元法得到雙軸柔性鉸鏈 回轉(zhuǎn)精度 的閉式解析式。 針 對(duì)柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)中心偏移所引起的誤差， 利用有限元 軟件 對(duì)柔性鉸鏈 回轉(zhuǎn)精度 的 閉式解析式 進(jìn)行了校驗(yàn) ， 從而驗(yàn)證了柔性鉸鏈 回轉(zhuǎn)精度的閉環(huán)解析式的正確性。 最后 分析了結(jié)構(gòu)參數(shù) 對(duì)柔性鉸鏈回轉(zhuǎn)精度的影響，得出相關(guān)結(jié)論 ： (1)雙軸柔性 鉸鏈的 回轉(zhuǎn)精度與材料的彈性模量 E 或剪切模量 G 成正比 。 (2)當(dāng) 雙軸柔性 鉸鏈的最小厚度 t 和最小寬度 w 為定值時(shí)，柔性鉸鏈的 回轉(zhuǎn)精度 隨圓角半徑 R 或直梁長(zhǎng)度 l 的增加或減小而相應(yīng)地降低或提高，但受 l 的影響更顯著。 (3)當(dāng) 雙軸柔性 鉸鏈的圓角半徑 R 和直梁長(zhǎng)度 l 為定值時(shí)，柔性鉸鏈的 回轉(zhuǎn)精度 隨最小厚度 t 或最小 寬度 b 的增加或減小而相應(yīng)地提高或降低。 以上結(jié)論 為柔性鉸鏈的工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 廣州番 禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 10 第 五 章 考慮溫度效應(yīng)的 柔順 機(jī)構(gòu) 試驗(yàn) 研究 引言 前面 建立了柔性鉸鏈的理論分析模型， 并用 MATLAB 和 ANSYS 驗(yàn) 證了理論分析的正確性。 試驗(yàn) 測(cè)試 系統(tǒng) 本試驗(yàn) 應(yīng)變 測(cè)試系統(tǒng) 包括靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。 軟件 (1)DH3816 靜 態(tài)應(yīng)變測(cè)量 軟件 測(cè)量系統(tǒng)軟件 可同時(shí)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集。 (2)可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)程序控制軟件 TEMI300 該軟件可對(duì) 可程式 恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行溫度的設(shè)定，線(xiàn)性溫度加載。 (3)基于 NI Labview 開(kāi)發(fā) 的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量 界面 基于 NI Labview 開(kāi)發(fā)了 可進(jìn) 行多通道動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集 的 程序。 硬件 (1)工控機(jī) 工控機(jī) (IPC)是以虛擬儀器軟件 Labview 為開(kāi)發(fā) 平臺(tái)，通過(guò)用戶(hù)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng) (2)PZT 驅(qū)動(dòng)器 和控制 器 。 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器是一種高精度的微位移驅(qū)動(dòng)元件，在精密定位平臺(tái)中得到廣泛的應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)器由多層壓電陶瓷片疊 加 而成，每個(gè)壓電陶瓷片埋入電極形成機(jī)械上串聯(lián) ， 電路上并聯(lián)的疊層結(jié)構(gòu)。 試驗(yàn)結(jié)果 第三 章建立了柔順機(jī)構(gòu)精密定位平臺(tái)的有限元模型， 為了檢驗(yàn)所建模型的正確性，我們對(duì)該精密定位平臺(tái)進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試。 誤差分析 本試驗(yàn) 測(cè)試系統(tǒng) 與理論分析模型 之間的 誤差 主要 表現(xiàn)在以下方面： (1)在高精度定位及某些特殊應(yīng) 用場(chǎng)合，壓電陶瓷的溫度特性也是不容忽視的。 第五章 考慮溫 度效應(yīng)的柔順機(jī)構(gòu)試驗(yàn)研究 11 在試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，溫度的 升高或降低會(huì)造成壓電陶瓷零點(diǎn)漂移 ；隨著溫度的升高或降低， 壓電陶瓷的輸出位移 都會(huì)減少 。 隨著溫度的升高，壓電陶瓷在輸入滿(mǎn)位移時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象；隨著溫度的降低，壓電陶瓷在輸入零位移時(shí)會(huì)發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象。 (2)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器是通過(guò)與平臺(tái) 之間的預(yù)緊裝載到平臺(tái)上的， 恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)內(nèi)環(huán)境溫度的 變化 會(huì)造成平臺(tái)的熱脹冷縮，從而促使壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器與平臺(tái)之間的 間隙發(fā)生變化，這也是影響測(cè)量結(jié)果的原因之一。 (3)在試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中，導(dǎo)線(xiàn)不能移動(dòng)。因?yàn)榻佑|電阻或?qū)Ь€(xiàn)變線(xiàn)會(huì)引起橋臂改變?nèi)f分之一， 將引起 50με 或 μm/m (長(zhǎng)度相對(duì)變化 610? )的 變 化。 本章小結(jié) 本章針對(duì)前面建立的柔性鉸鏈的理論分析模型， 搭建 了試驗(yàn) 應(yīng)變測(cè)試 系統(tǒng) 。 本試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)包括靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)由軟件和硬件組成。軟件包 括 DH3816靜 態(tài)應(yīng)變測(cè)量 軟件 ， 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)程序控制軟件 TEMI300， 基于 NI Labview開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量 程序和界面 。硬件包括工控機(jī)，壓電陶瓷 (PZT)驅(qū)動(dòng)控制器和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器， DH3816 靜 態(tài)應(yīng)變儀， YE3817C 型 應(yīng)變放大器 ， NI USB6009 多 功能數(shù)據(jù)采集卡，電阻應(yīng)變片，可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)，精密定位平臺(tái)。 對(duì)基于柔順機(jī)構(gòu)的精密定位平臺(tái)進(jìn)行了模態(tài)測(cè)試 和理論分析。 試驗(yàn)結(jié)果表明： 考慮溫度效應(yīng)的試驗(yàn)測(cè) 試結(jié)果與理論模型基本吻合，說(shuō)明了理論模型的正確性。 在研究 瞬態(tài) 響應(yīng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)應(yīng)力變化是線(xiàn)性增減還是非線(xiàn)性增減依賴(lài)于溫度隨時(shí)間變化的函數(shù)；在穩(wěn)態(tài)階段，應(yīng)力變化則與溫度變化成線(xiàn)性關(guān)系。 平臺(tái)輸出的響應(yīng)說(shuō)明溫度會(huì)影響平臺(tái)輸出的動(dòng)態(tài)性能，表明了對(duì)柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行溫度效應(yīng)分析的必要性。最后 分析了本試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)與理論分析模型之間誤差產(chǎn)生的原因。 廣州番 禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 結(jié)論與展望 主要工作和結(jié)論 本文研究了考慮溫度效應(yīng) 的 柔性 和 柔順 機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)， 主要工作和結(jié)論如下 ： (1)機(jī)構(gòu)的變形和應(yīng)力不僅僅由機(jī)械力所產(chǎn)生，也可以由溫度變化或溫度場(chǎng)不均勻所引 起。 (2)柔順機(jī)構(gòu)是精密定位平臺(tái) 的 主體部分， 是一種利用 柔性鉸鏈 自身的彈性變形來(lái)完成運(yùn)動(dòng)和力的傳遞 或 轉(zhuǎn)換的新型 免裝配 機(jī)構(gòu) 。 偽剛體模型 和有限元方法 都 是對(duì)柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究的有效方法 。 (3)雙軸柔性鉸鏈多應(yīng)用于具有確定主軸方向的空間多自由度柔順機(jī)構(gòu)。 新型雙軸柔性鉸鏈多應(yīng)用于空間多自由度柔順機(jī)構(gòu) 。 柔性鉸鏈 希望 具有較高的柔性和較低的集中應(yīng)力，但具有較高柔性的柔性鉸鏈又不可避免地帶來(lái)負(fù)面影響 (如回轉(zhuǎn)精度低等 )。 創(chuàng)新點(diǎn) (1)對(duì)考慮溫度效應(yīng) (瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài) )的機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 進(jìn)行了 理論與試驗(yàn) 研究 。 (2)采用有限元法 建立理論分析模型 ， 將 單軸直圓 柔性鉸鏈 作為 變截面的 三節(jié)點(diǎn) 梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度，該單元可進(jìn)行 回轉(zhuǎn) 中心的偏移計(jì)算。 (3)研究 了一種外廓線(xiàn)為角圓形的雙軸矩形截面柔性鉸鏈，該柔性鉸鏈可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雙軸柔性鉸鏈應(yīng)用于空間多自由度柔順機(jī)構(gòu)。 研究展望 本文就考慮溫度效應(yīng)的 柔性 和 柔順 機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了研究，根據(jù)作者對(duì)柔性 機(jī)構(gòu) 和 柔順 機(jī)構(gòu) 的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的研究來(lái)看，還存在 進(jìn)一步研究的空間。 (1)當(dāng) 柔 性機(jī)構(gòu)和柔順機(jī)構(gòu) 考慮溫度效應(yīng)的彈性變形時(shí)，不僅存在 剛性運(yùn)動(dòng)和彈性運(yùn)動(dòng)之間的耦合效應(yīng) ，還存在 變形和熱 之間的 互相耦合 。 (2)在瞬態(tài) 測(cè)試 過(guò)程中，環(huán)境溫度的變化與結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度變化存在較大的滯后現(xiàn)象，如何使理論模型更加接近實(shí)際情況也需要進(jìn)一步研究。 (3)微 位移 平臺(tái)需要 高精度、高分辨率、高可靠性 ，無(wú)論 應(yīng)用在哪個(gè)領(lǐng)域，可靠性是關(guān)鍵，精度是目標(biāo)。 參考文獻(xiàn) 13 參考文獻(xiàn) [1] Howell L L. 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