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柔顺机构的分析及基于可靠性的优化设计

作　者: 李海燕
导　师: 张宪民
学　校: 汕头大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 柔顺机构伪刚体模型可靠性优化设计驱动特性
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 400次
引　用: 8次
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内容摘要

传统的刚性铰链机构存在构件数多，加工、装配成本高，不可避免地存在间隙或摩擦等缺陷，而柔顺机构顺应了人与自然和谐的潮流，以其独特的性能特点和在医疗、通讯、微机电系统等领域的广泛应用前景而成为当前国内外机构学领域研究的热点。对柔顺机构的研究不仅可以拓展学科理论的发展，而且更致力于解决生产、装配等技术领域的实际问题，满足国民经济和社会生活的实际需要。基于此，本论文从以下几个方面对柔顺机构进行了研究。首先对柔顺机构中不同柔性元件的运动轨迹进行了分析，给出了其“伪刚体模型”中主要结构参数的确定方法。从对弯曲柔性梁普遍适用的伯努利—欧拉方程出发，对柔性元件的变形路径或轨迹进行分析，并用Matlab对其变形进行仿真，基于物理模型总有着与原柔顺机构等效的力—变形特性，建立起机构的伪刚体模型，通过优化、拟合等方法确定了模型中的未知参数值。接下来对柔顺机构进行了疲劳可靠性优化设计。基于伪刚体模型，以可靠度最大为目标，给出了一种对柔顺机构进行优化设计的方法。首先建立了随机变量的可靠性模型，给出了将概率约束条件转化为确定形式约束条件的方法；然后考虑柔顺元件的变形特性，计算了其随机疲劳强度、最大应力，分析了典型的约束形式。最后通过算例验证了方法的正确性。最后对大变形柔顺机构的驱动特性进行了初步分析。首先要根据“伪刚体模型”法的思想对柔顺机构中的不同柔性元件进行建模；然后按照从动件的变形或运动要求，用刚性机构理论对物理模型进行分析，同时考虑柔性元件变形的限制，得出主动件驱动力的变化规律。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-17
  1.1 柔顺机构简介  9-13
    1.1.1 柔顺机构的背景知识  9-10
    1.1.2 柔顺机构的分类  10
    1.1.3 柔顺机构的抽象与图示  10-11
    1.1.4 柔顺机构的性能特点  11-12
    1.1.5 柔顺机构的应用前景  12-13
  1.2 文献调研  13-16
    1.2.1 基于传统刚性机构的“伪刚体模型”法  13-14
    1.2.2 基于传统结构优化的拓扑设计方法  14-16
  1.3 本论文的主要研究内容  16-17
第二章伪刚体模型及参数近似  17-34
  2.1 小长度柔性铰链  17-18
  2.2 活性铰链  18
  2.3 受末端载荷作用的大变形柔顺梁  18-32
    2.3.1 变形方程  18-20
    2.3.2 末端角变形θ_0的确定  20-25
    2.3.3 变形方程的数值解  25-26
    2.3.4 梁端变形曲线  26-27
    2.3.5 参数近似  27-32
  2.4 伪刚体模型法的应用实例  32-34
第三章柔顺机构的可靠性优化设计  34-44
  3.1 可靠性设计的理论基础和常用指标  34-35
  3.2 随机变量的可靠性优化模型  35-38
  3.3 柔顺机构的疲劳强度和最大应力  38-42
    3.3.1 疲劳强度及其均值和标准差  38-39
    3.3.2 最大应力及其均值和标准差  39-41
    3.3.3 约束条件分析  41-42
    3.3.4 确定形式的优化问题  42
  3.4 柔顺机构可靠性优化的算例  42-44
第四章柔顺机构的驱动特性  44-47
第五章总结与展望  47-49
  5.1 本论文工作总结  47-48
  5.2 未来工作展望  48-49
参考文献  49-52
作者攻读硕士学位期间撰写的论文  52-53
致谢  53

柔顺机构的分析及基于可靠性的优化设计

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