抗拉柔性铰链的理论建模和有限元分析.pdfVIP

第 24卷 第 1期 光学 精密工程 Vo1．24 No．1 2016年 1月 OpticsandPrecisionEngineering Jan．2016 文章编号 1004—924X(2016)01—0119—07 抗拉柔性铰链的理论建模及有限元分析 曹 毅 。 ，刘 凯 ，单春成 ，王 强 (1．江南大学机械工程学院，江苏无锡214122； 2．上海交通大学机械系统与振动国家重，实验室，上海200240； 3．上海交通大学系统控制与信息处理教育部重点实验室，上海 200240； 4．哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨150080) 摘要：为了在保持转动刚度变化不大的情况下，使得 LET (LaminaEmergentTorsion)柔性铰链能够适用于存在轴向载 荷的场合 ，即拥有较大的轴 向刚度 ，本文对 LET的结构进行 了适当改进 ，设计 了一种新型柔性铰链——抗拉 LET柔性 铰链。基于抗拉LEMs(LaminaEmergentMechanisms)柔性铰链结构，将整个抗拉 LET柔性铰链等效为弹簧刚度模 型，并对该弹簧刚度模型进行理论建模，得到封闭解。之后采用 ANSYS软件，建立其有限元模型，分析其在转动载荷和 轴向载荷两种不同场合下的形变 ，并同之前的理论模型进行比较。结果表明，采用弹簧刚度模型得到的等效刚度解与仿 真分析结果较为一致，抗拉 LET柔性铰链的弯曲刚度仅是传统 LET柔性铰链的 1．12倍，而拉伸刚度却是它的 76．43 倍。在弯曲刚度没有大幅变化情况下 ，抗拉LET柔性铰链的抗拉刚度明显增大，抗拉能力大大提高，表明抗拉 LET柔 性铰链的结构设计符合预期要求。 关 键 词 ：抗拉柔性铰链 ；LEMs；LET；弹簧刚度模型；有限元分析 中图分类号：TH132 文献标识码 ：A doi：10．3788／OPE0119 Theorymodelingandfiniteelementanalysisoftensileflexurehinge CAOYi’’。’“，LIU Kai，SHAN Chun—cheng ，WANGQiang (1．SchoolofMechanicalEngineering，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China； 2．StateKeyLaboratoryofMechanicalSystem andVibration，Shanghai200240，China； 3．KeYLaboratoryofSystem ControlandInformationProcessing，Shanghai200240，China； 3．StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，Harbin150080，China) *C0rr8sp0 gauthor，E-mail：caoyi@jiangnan．edu．cn Abstract：ToincreasetheaxialstiffnessofaLaminaEmergentTorsion(LET)undertheconditionof invariablerotationalstiffness，anew tensileflexurehingewasdesignedbyimprovingtraditionalLET structures．BaseonthestructureofLaminaEmergentMechanisms(LEM s)，thewholeLET structure 收稿 日期 ：2015—06—20：修订 日期 ：2015—07—25． 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目(No；机械系统与振动国家重点实验室开放课题资助项 目(No． MSV-201407)；系统控制与信息处理教育部重点实验室开放基金资助项 目(No．scip一201506)；机器人技术 与系统国家重点实验室开放基金资助项 目(No．SKLRS-2016一KF-