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Topological and Shape Optimization of Flexure Hinges for Designing Compliant Mechanisms Using the Level Set Method 预览
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作者 Benliang Zhu Xianmin Zhang +2 位作者 Min Liu Qi Chen Hai Li 《中国机械工程学报:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期42-53,共12页
A flexure hinge is a major component in designing compliant mechanisms that o ers unique possibilities in a wide range of application fields in which high positioning accuracy is required. Although various flexure hin... A flexure hinge is a major component in designing compliant mechanisms that o ers unique possibilities in a wide range of application fields in which high positioning accuracy is required. Although various flexure hinges with di erent configurations have been successively proposed, they are often designed based on designers’ experiences and inspirations. This study presents a systematic method for topological optimization of flexure hinges by using the level set method. Optimization formulations are developed by considering the functional requirements and geometrical constraints of flexure hinges. The functional requirements are first constructed by maximizing the compliance in the desired direction while minimizing the compliances in the other directions. The weighting sum method is used to construct an objective function in which a self-adjust method is used to set the weighting factors. A constraint on the symmetry of the obtained configuration is developed. Several numerical examples are presented to demonstrate the validity of the proposed method. The obtained results reveal that the design of a flexure hinge starting from the topology level can yield more choices for compliant mechanism design and obtain better designs that achieve higher performance. 展开更多
关键词 TOPOLOGY optimization Compliant MECHANISMS Flexure HINGES Level set METHOD
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特征参数分解模型在柔性铰链中的损伤识别 预览
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作者 伍建军 叶祥 +1 位作者 刘海平 吴迪 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第9期148-151,共4页
针对直圆柔性铰链的损伤位置和损伤程度难以准确地进行定量识别的工程难题,基于损伤识别理论,将有限元建模和特征参数分解相结合,提出一种基于特征参数分解模型的直圆柔性铰链损伤定量识别的方法,运用有限元理论对直圆柔性铰链进行有限... 针对直圆柔性铰链的损伤位置和损伤程度难以准确地进行定量识别的工程难题,基于损伤识别理论,将有限元建模和特征参数分解相结合,提出一种基于特征参数分解模型的直圆柔性铰链损伤定量识别的方法,运用有限元理论对直圆柔性铰链进行有限元模型建立,引入特征参数分解模型对机构进行损伤定量,采用损伤矩阵和损伤向量对柔性铰链进行损伤描述,建立直圆型柔性铰链损伤定量识别模型。结果表明,基于特征参数分解模型的损伤定量识别方法可以较准确地识别出柔性铰链的损伤位置和损伤程度,分析方法对设备维护具有一定的工程指导意义。 展开更多
关键词 柔性铰链 损伤识别 有限元理论 特征参数分解
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A Novel 2D Piezo-Nanopositioning Stage Based on Triangle Amplifier Mechanism 预览
3
作者 Liu Xue rui Huang Weiqing Sun Mengxin 《南京航空航天大学学报:英文版》 EI CSCD 2017年第1期1-8,共8页
To satisfy the demand on dynamic performance and load characteristics of piezoelectric actuators in aeronautics and astronautics fields, a novel 2D piezo-nanopositioning stage utilizing a triangle amplifier mechanism ... To satisfy the demand on dynamic performance and load characteristics of piezoelectric actuators in aeronautics and astronautics fields, a novel 2D piezo-nanopositioning stage utilizing a triangle amplifier mechanism is proposed. The stage is driven by piezoelectric rhombic units in both X and Y directions, which is composed of four piezoelectric stacks. Theoretical static model develops the relationships among output force? displacement, static stiffness and the structure parameters of the platform. The experimental results of the prototype show that the output performances in X and Y directions are similar and both of them are within an 8% deviation from the theoretical values. The stroke of the stage reaches 41. 6 jum and 42. 9 jum in X and Y directions, respectively, and is directly proportional to the amplitude of the input sinusoidal voltage 10 Hz. Moreover, the nano-positioning stage is featured with bidirectional symmetrical output characteristic and millisecond starting characteristic, whose minimum output displacement step is 50 nm. 展开更多
关键词 TRIANGLE AMPLIFIER mechanism flexure HINGES PIEZOELECTRIC STACKS BIDIRECTIONAL driving
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一种垂直运动精密微定位平台的设计与分析 被引量:1
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作者 徐骁 任佳琦 +1 位作者 朱晓博 刘品宽 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2016年第4期54-58,共5页
根据桥式放大机构和平行四边形导向机构相结合设计了一种新型的垂直运动精密微定位平台。利用卡式定理推导了微定位平台的最大行程、刚度及放大比,利用拉格朗日方程推导了微定位平台的动力学模型及其固有频率。采用有限元仿真软件分析... 根据桥式放大机构和平行四边形导向机构相结合设计了一种新型的垂直运动精密微定位平台。利用卡式定理推导了微定位平台的最大行程、刚度及放大比,利用拉格朗日方程推导了微定位平台的动力学模型及其固有频率。采用有限元仿真软件分析微定位平台的动静力学特性,并与理论分析结果进行对比,两者结果吻合良好。制造了微定位平台的原型样机,并进行了实验验证,实验结果表明:垂直运动精密微定位平台的行程可达112.9μm,闭环分辨率为10nm,可以用于显微镜聚焦系统的微调等垂直定位精度较高的场合。 展开更多
关键词 柔性铰链 压电陶瓷驱动器 微定位 垂直运动
柔性铰链放大式超磁致伸缩致动器磁弹耦合模型 被引量:4
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作者 杨朝舒 何忠波 +2 位作者 白鸿柏 李冬伟 崔旭 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1498-1506,共9页
针对超磁致伸缩致动器(GMA)输出位移有限的问题,采用柔性铰链放大机构放大GMA输出位移,利用材料力学理论、拉格朗日动力学方程和有限元法对柔性铰链放大机构的位移放大倍数、动力学特性进行了分析.结合Jiles-Atherton(J-A)模型和二... 针对超磁致伸缩致动器(GMA)输出位移有限的问题,采用柔性铰链放大机构放大GMA输出位移,利用材料力学理论、拉格朗日动力学方程和有限元法对柔性铰链放大机构的位移放大倍数、动力学特性进行了分析.结合Jiles-Atherton(J-A)模型和二次畴转模型建立了柔性铰链放大式GMA的磁弹耦合模型,并在软件AMESim&Simulink联合仿真环境中进行了数值仿真.制作了柔性铰链放大式GMA样机,对其进行了动态性能实验,仿真和实验表明:经过放大,柔性铰链放大式GMA输出位移可以达到0.4mm;频带宽超过100Hz;所建立的磁弹耦合模型是有效的. 展开更多
关键词 超磁致伸缩材料 柔性铰链 致动器 有限元法 耦合模型
微位移角振动台柔性铰链静动力学分析 预览 被引量:1
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作者 刘亚杰 张立中 《工业技术创新》 2015年第5期483-487,共5页
以微位移角振动台的柔性铰链为研究对象,根据微位移角振动台柔性铰链的设计要求,结合柔性铰链强度条件,通过ANSYS Workbench有限元分析软件对柔性铰链进行静动力学仿真,得出了柔性铰链最大受力时应力分布情况和前六阶的固有频率。分析... 以微位移角振动台的柔性铰链为研究对象,根据微位移角振动台柔性铰链的设计要求,结合柔性铰链强度条件,通过ANSYS Workbench有限元分析软件对柔性铰链进行静动力学仿真,得出了柔性铰链最大受力时应力分布情况和前六阶的固有频率。分析结果表明,柔性铰链的结构设计满足强度要求并能够有效的避免与工作台产生共振,保证了柔性铰链结构设计的正确性,为以后的动力学研究奠定了基础。 展开更多
关键词 柔性铰链 有限元分析 ANSYS WORKBENCH 静力学分析 模态分析
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Optimizing the Qusai-static Folding and Deploying of Thin-Walled Tube Flexure Hinges with Double Slots 预览 被引量:3
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作者 YANG Hui DENG Zongquan +2 位作者 LIU Rongqiang WANG Yan GUO Hongwei 《中国机械工程学报:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第2期279-286,共8页
薄墙的试管弯曲(TWTF ) 绞链有重要潜在的申请在卫星和太阳的数组的推广机制的价值,而是 TWTF 的最佳的设计依赖 havent 完全解决了,它限制他们的应用程序。为与两倍槽的 TWTF 绞链的 qusai 静态的合拢并且部署的一个最佳的设计方法... 薄墙的试管弯曲(TWTF ) 绞链有重要潜在的申请在卫星和太阳的数组的推广机制的价值,而是 TWTF 的最佳的设计依赖 havent 完全解决了,它限制他们的应用程序。为与两倍槽的 TWTF 绞链的 qusai 静态的合拢并且部署的一个最佳的设计方法基于反应表面理论被介绍。第一,完整的因素的方法被采用到实验的设计。然后,有两倍槽的 TWTF 绞链的有限元素模型被构造模仿非线性的分析的 qusai 静态的合拢并且部署。而且,合拢并且部署性质的 TWTF 弯曲绞链伪静电干扰的数学模型被反应表面方法导出。小质量和高稳定性考虑,合拢并且部署象一样的伪静电干扰的山峰时刻暗被放作为目的得到最佳的表演。在最佳的设计结果和 FE 分析结果之间的目的相对错误是不到 7% ,它表明代理人模型的精确。最后,参数学习证明槽长度和槽宽度两个都有重要效果到与两倍槽 TWTF 绞链合拢并且部署的伪静电干扰的山峰时刻。然而,合拢的伪静电干扰的最大的协定压力比槽宽度对槽长度更敏感。建议研究能被使用在合拢并且部署的伪静电干扰下面优化另外的薄墙的弯曲绞链,它是很重要的与高稳定性和低应力弯曲绞链设计。 展开更多
关键词 优化设计 门铰链 双插槽 薄壁管 部署 折叠 弯曲 静电
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蜂巢柔性导向结构设计及分析 预览
8
作者 蒋翰成 王翠 刘强 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期910-913,共4页
柔性铰链导向机构作为压电驱动器基本导向及保护单元,被广泛应用于各类复杂柔性机构中,然而现行导向机构仍存在许多不足.该文设计了一种基于蜂巢柔性铰链的对称结构用于压电驱动器运动导向,采用有限元法详细分析了其动静态运动特性.着... 柔性铰链导向机构作为压电驱动器基本导向及保护单元,被广泛应用于各类复杂柔性机构中,然而现行导向机构仍存在许多不足.该文设计了一种基于蜂巢柔性铰链的对称结构用于压电驱动器运动导向,采用有限元法详细分析了其动静态运动特性.着重研究了机构性能对关键结构参数的依赖规律,给出了相应经验设计公式以用于指导其参数最优设计.所设计的蜂巢柔性导向机构具有机构紧凑,易于实现大行程导向,反应速率快等优点,具有重要的工程实用价值. 展开更多
关键词 柔性铰链 蜂巢结构 有限元分析 动静态特性
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前馈控制算法校正相移微动台非线性运动 预览 被引量:9
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作者 张春雷 刘健 +4 位作者 王绍治 史振广 代雷 彭利荣 向阳 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2014年第8期879-884,共6页
压电陶瓷具有推力大,响应速度快,分辨率高和能耗低等优点,但其形变量小,所以需要位移放大机构对其形变量进行放大,实现长行程高分辨率位移.针对压电陶瓷作为驱动器,柔性铰链位移放大装置作为导向机构的相移微动台运动存在非线性问题,采... 压电陶瓷具有推力大,响应速度快,分辨率高和能耗低等优点,但其形变量小,所以需要位移放大机构对其形变量进行放大,实现长行程高分辨率位移.针对压电陶瓷作为驱动器,柔性铰链位移放大装置作为导向机构的相移微动台运动存在非线性问题,采用多项式模型对其位移特性进行建模,通过求解逆多项式获得使其线性运动非线性电压,利用实验对非线性运动校正结果进行验证.实验结果表明,所采用前馈控制算法可以很好的校正相移微动台非线性运动,校正后相移台在x,y方向产生的最大相移误差为4°与3.2°,满足高精度相移干涉测量对相移台相移误差要求. 展开更多
关键词 压电陶瓷 柔性铰链 位移放大机构 非线性运动校正 相移误差
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柔性铰链径向气体挤压膜轴承的设计及优化 预览
10
作者 郑东桂 马希直 张文轲 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2014年第8期35-38,共4页
提出一种具有柔性铰链结构的新型径向气体挤压膜轴承,该轴承具有无摩擦磨损、运动精度高等优点,但承载能力较低。以提高承载能力为优化目标,采用优化设计方法对具有柔性铰链结构的新型径向气体挤压膜轴承的关键结构参数——柔性铰链的... 提出一种具有柔性铰链结构的新型径向气体挤压膜轴承,该轴承具有无摩擦磨损、运动精度高等优点,但承载能力较低。以提高承载能力为优化目标,采用优化设计方法对具有柔性铰链结构的新型径向气体挤压膜轴承的关键结构参数——柔性铰链的切口半径和壁厚进行优化,优化后轴承的振幅和挤压数都得到提高,实现了提高承载能力的目标,并且保持了结构的紧凑性。 展开更多
关键词 气体挤压膜轴承 柔性铰链 承载能力 优化设计
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一种低耦合位移动镜支撑机构静动态性能分析 预览 被引量:1
11
作者 肖前进 贾宏光 +1 位作者 韩雪峰 席睿 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第4期975-981,共7页
为控制FTIR光谱仪中迈克尔逊干涉仪的动镜做一维的精密直线运动,研究了一种低耦合位移的动镜支撑机构。利用单平行和双平行四杆机构的优点,基于柔性铰链设计了一种动镜支撑机构。根据材料力学及机构动力学理论,对基于压电陶瓷(PZT... 为控制FTIR光谱仪中迈克尔逊干涉仪的动镜做一维的精密直线运动,研究了一种低耦合位移的动镜支撑机构。利用单平行和双平行四杆机构的优点,基于柔性铰链设计了一种动镜支撑机构。根据材料力学及机构动力学理论,对基于压电陶瓷(PZT)驱动器驱动的动镜支撑机构系统的静、动态性能进行了分析。仿真结果表明,低耦合位移动镜支撑机构在外力对称作用时无垂直耦合位移,在外力偏移li/lin非对称作用时其耦合转角的数量级(以度为单位)为10-6;在输出相同位移时,动镜机构的最大应力约为双平行四杆机构的0.5倍;动镜机构的基频f为211.3Hz,PZT驱动器和动镜机构构成的机电系统的固有频率fn为823.7Hz,fn约为.厂的4倍,满足动镜支撑机构系统的动态性能要求。该研究为后续的进一步研究打下了基础,具有一定的工程价值及理论指导意义。 展开更多
关键词 FTIR光谱仪 动镜支撑机构 柔性铰链 PZT驱动器
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微位移放大机构的分析与计算 被引量:1
12
作者 李仁军 漆小敏 刘莉 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2012年第4期46-48,共3页
基于力学理论提出一种通用的柔性铰链柔度的计算方法,适用于各种切口形状的单轴和多轴柔性铰链的设计计算。推导出直圆柔性铰链在平面受力状态下的柔度计算公式,并分析了直圆柔性铰链结构参数与性能的关系。分析一种微位移放大机构的... 基于力学理论提出一种通用的柔性铰链柔度的计算方法,适用于各种切口形状的单轴和多轴柔性铰链的设计计算。推导出直圆柔性铰链在平面受力状态下的柔度计算公式,并分析了直圆柔性铰链结构参数与性能的关系。分析一种微位移放大机构的结构与工作原理,推导出微位移放大机构获得较大输出位移时,机构中两直圆柔性铰链结构参数应满足的关系,计算结果表明本文方法正确有效。 展开更多
关键词 微位移放大机构 柔性铰链 柔性铰链柔度 直圆柔性铰链
二维超精密定位系统设计与仿真 预览
13
作者 曹卫锋 曲和高 《科学技术与工程》 北大核心 2012年第27期7071-7073,7088共4页
在分析对比了两种典型柔性铰链机构运动特性的基础上,设计了一种无耦合位移、应力集中低的改进复合双平行四杆机构,并用该机构构成了微动系统。微动系统理论分析与有限元仿真的结果表明,该微动系统的设计达到要求。
关键词 超精密定位 柔性铰链 微位移机构 有限元分析
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基于机械放大式机构的新型纳米位移传感器设计 被引量:1
14
作者 李正伟 余永 +1 位作者 吴倩 葛运建 《仪表技术》 2012年第11期51-54,共4页
为了能有效地检测PZT驱动器纳米级的驱动位移,文章提出一种采用基于柔性铰链的多级杠杆放大原理的新型纳米位移传感器。与前三代纳米位移传感器相比,新型传感器采用差动结构以及圆筒状的外形,传感器的这种独特结构赋予其较大的机械... 为了能有效地检测PZT驱动器纳米级的驱动位移,文章提出一种采用基于柔性铰链的多级杠杆放大原理的新型纳米位移传感器。与前三代纳米位移传感器相比,新型传感器采用差动结构以及圆筒状的外形,传感器的这种独特结构赋予其较大的机械放大比;同时,建立了其理想数学模型并计算了机械放大比。为了证明传感器的有效性,对其进行了有限元仿真分析。分析结果表明新型纳米位移传感器具有较大的应变输出,且其位移分辨率将小于3nm。 展开更多
关键词 纳米位移传感器 柔性铰链 圆柱状 差动结构
3-PRR微动操作机器人刚度及工作空间分析 被引量:4
15
作者 董易 高峰 岳义 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2011年第2期15-18,21共5页
微动操作机器人在精密制造、生物技术和微创医疗等领域中发挥着日益重要的作用。本文对3-PRR微动操作机器人进行了研究,考虑柔性铰链在非功能方向上的变形,利用齐次变换矩阵和材料力学方法,建立3-PRR微动操作机器人输入力和输出位移之... 微动操作机器人在精密制造、生物技术和微创医疗等领域中发挥着日益重要的作用。本文对3-PRR微动操作机器人进行了研究,考虑柔性铰链在非功能方向上的变形,利用齐次变换矩阵和材料力学方法,建立3-PRR微动操作机器人输入力和输出位移之间的关系,求出了其刚度矩阵,并在此基础上研究了该微动操作操作机器人的工作空间。最后通过有限元分析,证明本文提出的方法的有效性,为类似的微动操作机器人分析提供了简便精确的方法。 展开更多
关键词 微动操作机器人 并联机构 柔性铰链 刚度矩阵 工作空间
Simulation optimal design of a compliant mechanism with circular notch flexure hinges based on the equivalent beam methodology 预览
16
作者 张兆成 万晶 胡泓 《哈尔滨工业大学学报:英文版》 EI CAS 2011年第4期 67-70,共4页
This paper presents an in-depth study of Equivalent beam model (EBM).Firstly three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA) model for circular flexure hinge developed by Zettl et al.was verified by the compariso... This paper presents an in-depth study of Equivalent beam model (EBM).Firstly three-dimensional (3D) finite element analysis (FEA) model for circular flexure hinge developed by Zettl et al.was verified by the comparison with Smith’s experimental results and the 3D FEA model was feasible within 5.5% error.Then the accuracy of Timoshenko short-beam due to shear force was verified based on finite element method.The results showed that the EBM has good accuracy within 5% error for 1≤r/t≤3.Finally the EBM methodology was applied for the simulation optimal design of a bridge-type compliant mechanism.The results showed that the EBM methodology has very high numerical efficiency and satisfactory accuracy for simulation optimal design of planar compliant mechanism with flexure hinges. 展开更多
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五自由度次镜调整机构的研究 预览 被引量:3
17
作者 温正方 张景旭 张丽敏 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2010年第6期 473-478,共6页
在同轴望远镜系统中,主镜和次镜的相对位置和姿态有非常严格的要求,需要将次镜设计成多自由度可以调整的机构.针对次镜调整机构的性能要求,提出一套由二维XY移动平台和三维Tip/Tilt/Focus平台组合成的五自由度次镜调整机构方案.其中三维... 在同轴望远镜系统中,主镜和次镜的相对位置和姿态有非常严格的要求,需要将次镜设计成多自由度可以调整的机构.针对次镜调整机构的性能要求,提出一套由二维XY移动平台和三维Tip/Tilt/Focus平台组合成的五自由度次镜调整机构方案.其中三维Tip/Tilt/Focus平台由3个驱动器、定平台与动平台组成,驱动器与动平台之间由柔性铰链连接,通过3个驱动器的伸缩和柔性铰链的转动来实现动平台的三自由度运动.对三维Tip/Tilt/Focus平台的运动学原理作了详细介绍,深入地讨论柔性铰链弯曲刚度和轴向刚度与几何参数的关系.研究结果为五维调整机构及柔性铰链的设计提供客观依据,具有较大的实际意义. 展开更多
关键词 次镜调整机构 驱动器 柔性铰链 弯曲刚度 轴向刚度
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全柔性微位移放大机构性能与参数关系 被引量:1
18
作者 邱丽芳 吴国昌 +1 位作者 李疆 翁海珊 《北京科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期375-379,共5页
基于长柔性杆设计了一种新的微位移放大机构结构形式,根据推导出的力-位移关系及放大比关系分析了机构主要性能与机构参数的关系.通过一组实例的理论计算与有限元仿真,分析得到该机构主要结构参数对机构性能的不同影响效果.
关键词 位移放大 柔性机构 柔性铰链 微机电系统
基于柔性铰链的微位移放大机构设计 预览 被引量:33
19
作者 于志远 姚晓先 宋晓东 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期 1818-1822,共5页
为了对柔性铰链进行优化设计,定义了一个新的参数并用它来讨论5种常见的柔性铰链—直梁型柔性铰链、圆角直梁型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、抛物线型柔性铰链和双曲线型柔性铰链。首先建立了一个柔性铰链的有限元模型并用理论分析验证它... 为了对柔性铰链进行优化设计,定义了一个新的参数并用它来讨论5种常见的柔性铰链—直梁型柔性铰链、圆角直梁型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、抛物线型柔性铰链和双曲线型柔性铰链。首先建立了一个柔性铰链的有限元模型并用理论分析验证它的正确性。由于刚度是影响柔性铰链性能的最重要的参数,定义了一个参数λ——柔性铰链凹口处长与宽的比值。然后通过有限元分析得出5种柔性铰链刚度比值ε的曲线,并且基于此比值设计了一个压电致动器的微位移放大机构。本文的设计方法以及刚度比ε有助于我们设计这一类型的微位移放大机构。 展开更多
关键词 柔性铰链 有限元 压电致动器
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双晶单色器纳弧度级角度微调装置机构设计 预览 被引量:2
20
作者 陈灏 《光学仪器》 2008年第3期 46-50,共5页
阐述了同步辐射光束线装置的核心部件——双晶单色器角度微调装置的工作原理。应用有限元软件Ansys对机构的应力和变形进行分析。结果表明,有限元分析结果与理论计算基本一致。因此,该角度微调装置能满足大范围调整,纳弧度分辨力的... 阐述了同步辐射光束线装置的核心部件——双晶单色器角度微调装置的工作原理。应用有限元软件Ansys对机构的应力和变形进行分析。结果表明,有限元分析结果与理论计算基本一致。因此,该角度微调装置能满足大范围调整,纳弧度分辨力的要求。 展开更多
关键词 双晶单色器 柔性铰链 纳弧度 有限元
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