精密微动工作台

通过有限元法的应用,建立了微动工作台静、动特性的有限元分析模型,分析了柔性铰链在几个主要影响因素下的位移、应力分布以及固有频率和振型。应用正交试验设计,全面分析结构主要参数对微动工作台的静、动特性的影响。用逐步回归分析方法对数值计算结果进行回归,获得了微动工作台的性能及其结构尺寸的回归方程,并研制样机对其进行了验证。     

微动工作台的研制及特性研究

介绍了一种根据仿生学原理设计而成的由电致伸缩微位移器为驱动元件的大范围高精度的微动工作台,该工作台采用电致伸缩微位移器直接驱动的柔性铰链机构,使其既可以在小范围内实现高精度的微动,又可以实现大范围的宏动。同时还对工作台的特性进行了测试实验和分析。     

采用新型驱动器的微位移工作台设计与实验研究

介绍了一个高精度的微动工作台,该工作台以柔性铰链为弹性导轨,并采用了一种新型驱动器作为驱动元件,实现了较高的定位精度。同时对工作台的特性进行了实验和分析。     

发动机试验台测力机构柔性梁设计研究

柔性梁的刚度性能影响风洞盒式应变天平的精准度,是发动机试验台测力试验数据精确可靠的重要保证,而柔性铰链更是柔性梁设计的关键所在。首先,借助有限元分析方法对四种典型柔性铰链进行计算分析,优选出综合刚性最好的柔性铰链形式;其次,基于选择的柔性铰链形式,研究三个关键结构参数对铰链刚度的影响;最后,设计五种不同厚度的柔性梁进行有限元分析,并加工实物模型进行加载试验验证。结果表明:铰链宽度b=40mm、半径R=5mm、最小厚度t=4mm时双圆弧柔性梁的综合刚度最好,且侧向柔度大,轴向刚度优;有限元计算值和试验值吻合良好,误差小于5%,表明将有限元方法运用于柔性梁的设计优化是可行、可靠的。     

基于人工神经网络的柔性铰链结构动力修改

利用有限元软件计算出柔性铰链结构参数与振动频率的训练样本,然后通过样本训练人工神经网络建立了柔性铰链结构振动频率与其结构参数的非线性映射关系,最后利用训练好的神经网络修正框架的结构参数以满足设计要求的固有频率。     

二自由度平板折展柔性铰链的分析及优化

为提高平板折展机构(LEMs)的灵活性,提出了一种能实现平面内及平面外转动的二自由度柔性铰链。首先,综合椭圆柔性铰链与LET柔性铰链的结构特点,设计了二自由度平板折展柔性铰链;其次,利用弹簧模型推导了该铰链两个方向的转动等效刚度计算模型,并通过设计实例的理论计算与有限元仿真分析对比,验证了两个理论模型的正确性;然后,探讨了各结构参数对铰链两种转动刚度的影响;最后,以提高二自由度平板折展柔性铰链的转动性能为目标,建立了其优化设计模型,并采用自适应粒子群优化算法对该铰链的结构参数进行了优化。优化结果表明:铰链y轴方向转动刚度下降了83.60%,z轴方向转动刚度下降了92.73%,二自由度平板折展柔性铰链两个方向的转动性能都得到了极大的提升,优化结果完全符合预期。     

飞机发动机铰链结构裂纹扩展分析与试验验证

为了研究飞机铰链结构损伤容限设计特性,采用有限元分析结合工程计算与试验验证的方法,对铰链结构裂纹扩展与剩余强度特性进行验证。分析与试验结论表明,针对Inconel718高温合金铰链结构,NASGRO模型仅在小裂纹阶段与裂纹平稳扩展阶段能够获得满足工程要求的计算精度,计算值误差在30%以内。在裂纹失稳扩展阶段,计算精度下降,但铰链裂纹扩展寿命计算结果依然偏安全保守,该计算方法可以为工程设计提供参考。     

民用飞机登机门铰链臂结构优化设计方法研究

民用飞机登机门为了满足应急逃生需求,舱门开关需平稳,不能出现明显晃动。登机门铰链臂作为舱门开关过程中的重要连接结构,刚度要求很高,同时作为多个机构的连接界面,载荷工况种类繁多。针对登机门铰链臂结构的设计,提出了较为全面的设计优化流程方法,包含设计空间的定义、载荷及约束、几何重构步骤和强度校核。结合工程经验、拓扑优化以及厚度尺寸优化,能在少量的设计迭代次数下确定铰链臂的外形及尺寸,减少了铰链臂设计周期,实现铰链臂的轻量化设计,同时结构满足强度、刚度、功能性的要求。对于设计中的关键参数的定义和设置,结合工程经验给出建议,形成的通用方法可以推广至多功能,高刚度要求结构,为类似结构的设计提供了参考模板。     

基于四杆机构单元的柔性铰链设计与尺寸优化

针对柔性铰链存在的转动角度小和径向漂移大等问题,进行了大转角和高精度柔性铰链设计。利用四杆机构中曲柄摇杆机构的转角放大特性,以固化的四杆机构为变形模块,通过摇杆的小变形实现铰链的大转角运动。柔性铰链中固化的四杆机构为超静定结构,基于超静定结构理论进行了柔性单元的受力分析,并建立了柔性铰链的刚度模型,实现柔性铰链的分析和设计。根据设计方案选取设计变量,基于理论推导得到刚度建立目标函数,根据性能和几何边界建立约束条件,利用遗传算法对柔性铰链尺寸进行优化,并通过ANSYS进行了特定尺寸下柔性铰链变形和应力分析,验证了优化结果的正确性。     

全尺寸栅格舵铰链力矩天平研制

为准确获取带控制系统全尺寸栅格舵的静、动态铰链力矩数据,分析舵控系统性能,需要研制强度、刚度、灵敏度及抗电磁干扰能力均符合试验要求的风洞侧壁支撑天平。栅格舵法向力大,铰链力矩小,且试验平台限制了天平结构的长度,导致天平在载荷匹配与元件布置方面有较大难度。通过有限元分析技术优化天平结构,在适量放大铰链力矩载荷设计指标的基础上,采用法兰盘代替传统的锥连接,天平各元件串联布局等手段,成功研制出了满足试验要求的天平。试验结果显示,模型静、动态试验数据规律良好,天平的动态响应能力及对小量铰链力矩的测量满足试验需求。     

Design and experiment of concentrated flexibility-based variable camber morphing wing

The morphing wing has a significant positive effect on the aerodynamic performance of the aircraft. This paper describes a leading-edge of variable camber wing with concentrated flexibility based on the geared five-bar mechanism. The driving points of morphing skin formed by the glass fibre composite sheet were optimized to make the skin deformation smooth. A geared fivebar kinematic mechanism rigidly connected to the skin was proposed to drive the leading-edge deformation. Besides, a new kind o...     

基于三角原理的压电驱动微位移定位机构的设计与分析

设计了一种基于三角原理的精密柔性定位机构,机构由压电叠堆作为驱动元件,经由柔顺机构输出缩小的位移.进行了理论计算和有限元分析并在样机上进行了静态特性的实验,结果表明该柔顺机构可以实现预期的运动.     

A closed-form nonlinear model for spatial Timoshenko beam flexure hinge with circular cross-section

Beam flexure hinges can achieve accurate motion and force control through the elastic deformation. This paper presents a nonlinear model for uniform and circular cross-section spatial beam flexure hinges which are commonly employed in compliant parallel mechanisms. The proposed beam model takes shear deformations into consideration and hence is applicable to both slender and thick beam flexure hinges. Starting from the first principles, the nonlinear strain measure is derived using beam kinematics and expressed in terms of translational displacements and rotational angles. Second-order approximation is employed in order to make the nonlinear strain within acceptable accuracy. The natural boundary conditions and nonlinear governing equations are derived in terms of rotational Euler angles and subsequently solved for combined end loads. The resulting end load-displacement model, which is compact and closed-form, is proved to be accurate for both slender and thick beam flexure using nonlinear finite element analysis. This beam model can provide designers with more design insight of the spatial beam flexure and thus will benefit the structural design and optimization of compliant manipulators.     

直角切口柔性铰链平行四杆机构的屈曲分析

 介绍了研究柔性铰链机构屈曲特性的重要意义。利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程建立了计算直角切口柔性铰链平行四杆机构屈曲临界力的数学模型。在简单可靠的实验装置上测试了实际样件的屈曲临界力,并利用商用有限元软件ANSYS 8.0对相应的四杆机构模型进行了非线性屈曲分析。最终结果表明：理论值、实验值以及仿真值都十分接近,但仍存在一定的误差,通过原因分析,证实了存在这种误差的合理性,从而验证了所建数学模型具有较高的参考价值,可以作为柔性铰链平行四杆机构屈曲优化设计的指导理论。     

石英挠性加速度计参数长期重复性技术研究

石英挠性加速计作为敏感载体加速度的关键器件,其参数的长期重复性直接决定着惯导系统的精度和性能。为了清楚石英挠性加速度计长期重复性机理,从胶粘剂性能变化和焊接应力变化两个方面分析了石英挠性加速度计偏值长期重复性机理;从胶粘剂性能变化和永磁材料稳定性两个方面分析了石英挠性加速度计标度因数重复性机理。在此基础上,提出了从结构优化、新型材料研究、稳定化处理和加速试验四个方面提高石英挠性加速度计参数长期重复性的建议,为开展高精度石英挠性加速计的研制提供了支撑。     

全柔性微位移放大机构的设计技术研究

全柔性机构是一种新型机构,通过采用免装配、无间隙和无摩擦的设计方式可实现微米级甚至纳米级的高精度。其重要的应用之一是可作为精密驱动系统中的运放机构。为此,对此类机构进行了较为系统的研究,包括典型的结构类型、结构设计中的诸多考虑以及新型运放机构的开发等。所有这些都为精密作业领域中驱动系统的构筑提供了丰富的参考素材。     

一种用于机载设备的高精度转动型柔性铰链

 传统铰链应用于机载设备时会产生摩擦、磨损、接触面热梯度等问题,而利用材料变形产生运动的柔性铰链可避免此类缺陷,获得高性能的同时,降低维护成本。现阶段使用的交叉簧片柔性铰链无法满足某些超精密航空机载设备的定位精度要求,因此将交叉点推广到任意位置以改善性能。首先,考虑机械接口,建立了广义交叉簧片柔性铰链的刚度和轴漂模型,从而分析了各个参数与刚度及轴漂的关系,并评估了由于加工因素造成的簧片不等长给性能带来的影响,得到了具有等值刚度和较小轴漂特性的柔性铰链。然后,通过有限元仿真验证了所分析特性的有效性。最后,通过组合提出了一种更大行程的复合柔性铰链,当转角为15°时,且在垂直力作用下,轴漂小于3 μm,精度优于在国外已得到应用的蝶形铰链。     

大型飞机后缘铰链襟翼与扰流板下偏联合主动控制的二维绕流数值研究

针对大型飞机后缘铰链襟翼与扰流板下偏联合主动控制下二维翼型进行数值研究,研究内容包括:利用扰流板下偏技术,研究扰流板下偏与简单铰链后缘襟翼的耦合运动关系并分析其作用机理;利用铰链襟翼与扰流板联动改变巡航机翼弯度,改善机翼巡航升阻比,从而减少油耗,提高经济效益。采用CFD数值分析与iSIGHT优化平台软件,设计并分析了扰流板下偏与简单铰链改善飞机的低速起飞着陆性能及高速巡航性能。     

Conceptual design,modeling and compliance characterization of a novel 2-DOF rotational pointing mechanism for fast steering mirror

In this paper, a novel 2-DOF rotational pointing mechanism (RPM) is designed inspired by the guidelines of the graphical approach. The mechanism integrates with a fast steering mirror (FSM) for compensating pointing errors of a laser beam. The design intends to achieve an angular travel of ±10 mrad and steers a 25 mm mirror aperture. A planar flexure with beam flexures accompanied in parallel with an axial flexure build-up mechanism configuration. Compliant mechanism-based RPM ensures high precision and compactness. Compliance characteristics are established based on the stiffness matrix method for four different planar flexure layouts. One layout with best in-plane rotational compliance is then assessed for performance sensitivity to mechanism dimension parameters and parasitic error, thus informing the design space. Rotational stiffness in both the in-plane rotational axes and stress is determined based on finite element analysis (FEA). The wire electrical discharge machining (EDM) is employed for developing the proof of concept for the RPM and is then assembled in FSM. Experiments are conducted to determine the rotational stiffness and angular travel about both in-plane rotational axes. Comparison among theoretical, numerical and experiments reveal excellent linearity of rotational stiffness along the rotational travel range. The maximum theoretical error is less than 5.5% compared with FEA while, the experimental error has a mean of 5% and 3% for both rotational axes thus satisfying the intended design requirement.