摘要：提出了一类椭圆柔性铰链——深切口椭圆柔性铰链,其切口的宽度为椭圆的短半轴,而切口的深度为椭圆的长半轴。基于材料力学中的变截面梁的弯曲理论,通过引入离心角作为积分变量,推导出了这类柔性铰链的转角、转动精度和最大应力的解析计算公式。这些公式简洁、规范,可用于工程设计中的计算和分析。用有限元分析软件ANSYS分析了多个不同尺寸的椭圆柔性铰链,分析结果与解析计算公式的计算结果吻合得很好。其中转角的最大误差不超过4%,最大应力的最大误差不超过5%,转动精度的最大误差不超过7%,说明了这些解析计算公式的正确性。分析结果也表明,这类铰链非常适合于要求高精度传动的应用场合。

摘要：微位移放大机构常常用来扩大压电陶瓷致动器的行程范围。鉴于差动式微位移放大机构具有"小结构大倍数"的特点,设计了一种新型二级差动式杠杆微位移放大机构。应用矩阵表示法对其进行了运动静力学分析,在此基础之上,以柔性铰链的分布位置及其几何特征参数为优化变量,并以提高位移放大比和减小最大应力为目标函数建立一种双目标优化模型。机构经过优化设计后位移放大倍数高达48倍,并对其进行有限元仿真分析,计算结果为44倍,理论模型与有限元模型的误差小于10%。结果表明:提出的优化模型具有准确性和高效性,同样可适用于其他柔性铰链机构的优化设计。

摘要：多稳态机构因不需输入能量就可保持多个稳定平衡状态而在生产生活中得到越来越广泛的应用。全柔顺多稳态机构免装配、无摩擦、低能耗,但因为柔顺片段大变形时容易产生应力集中、输出非线性等原因,全柔顺多稳态机构的设计难度较大。提出一种全柔顺六稳态机构的设计方法,由两个临界跳转力不同的双稳态机构和一个柔顺片段组成机构,成功实现六个稳定平衡状态。对柔顺片段用伪刚体模型法建模,并通过比较两部分结构的力-位移特性给出机构具有六个稳定平衡状态的条件,从而避免了非线性分析;考虑机构的实际运动给出柔顺片段的刚度范围计算公式,设计者可据此选择合适的刚度完成全柔顺六稳态机构的设计。用ANSYS得到的输出力特性和样机测试证实了该设计方法的正确。

摘要：柔顺机构是一类借助其柔性元素自身的弹性变形来传递运动、力或能量的装置。由于引入了柔性元素,柔顺机构中构件和运动副常常无法严格区分,导致其自由度概念有别于刚体机构的自由度,甚至带有一定的模糊性。在总结柔顺机构的结构和运动特点的基础上,分析确定机构自由度应遵循的基本准则,并给出可用于全面描述柔顺机构的两种自由度的定义(刚性自由度和柔性自由度)和相关推论。通过几种典型柔性元的伪刚体建模的讨论以及相关设计实例的分析,给出一种行之有效的平面柔顺机构自由度的计算方法。

摘要：为同步辐射光束线设计了一种新型的柔性铰链——直圆倒角复合柔性铰链。分析计算并通过实验验证了直圆倒角复合柔性铰链性能。与直圆柔性铰链相比,直圆倒角复合柔性铰链具有柔度大、转动精度高等优点,可在不损失精度的情况下大大提高微调机构的柔性;在要求最大转角一定的情况下,可大大降低对作动器驱动能力的需求,也使得机构内的应力大为减小。

摘要：棘轮扳手因其可回程特性能够实现连续的装配操作,但其扳手头内部结构复杂且体积较大,难以在狭小空间内进行装配操作,因此提出一种用于狭小操作空间的新型柔性可回程扳手。通过在扳手中引入开口和柔性铰链,并在几何轮廓分析的基础上确定了开口与柔性铰链位置。运用回程过程中相对转动过程的几何约束关系以及旋紧过程中最大旋紧力矩给出柔性铰链及扳手头的关键尺寸的确定准则,实现了类似棘轮扳手的可回程功能,从而使柔性扳手在装配中可以实现连续操作,提高工作效率。柔性扳手结构简单,免于装配,降低了制作成本。进行柔性扳手的样机制作和螺纹紧固件的装配试验,验证了设计的可行性。

摘要：柔性机构自20世纪80年代提出以来迅猛发展,已成为现代机构学一个重要分支。短短不足30年间,柔性机构设计理论的构建与发展,为柔性机构成功应用奠定了坚实基础。随着对柔性及柔性机构认识不断深入,柔性机构得到了广泛应用,不断涌现新的成功实例。继5年前综述了柔性机构设计方法研究进展之后,尝试从应用的视角鸟瞰一下柔性机构的最新进展。通过将柔性机构的主体应用划分为精密工程、仿生机器人、智能材料结构三大主阵地,概述柔性机构在每个阵地中的应用进展及研究热点情况,并对其发展做了展望。对四种最具发展潜力和应用前景的新型柔性机构(胞元式柔性机构、辅助接触式柔性机构、平面折展机构、柔性静平衡机构)进行简单描述。

摘要：由于结构尺寸小,微电子机械系统(MEMS)的性能易受到加工工艺过程中各种不确定因素的影响,设计阶段存在着不确定性。本文针对一种典型的MEMS测力计进行不确定性分析,在考虑大挠度变形的条件下,基于完备椭圆积分解给出了测力计的载荷-位移模型,模型结果表明测力计在位移超过30μm后表现出显著的非线性。基于该模型,综合考虑材料参数和结构尺寸参数的随机性,研究了测力计不确定性分析的蒙特卡罗法,并给出了直接对蒙特卡罗抽样数据实施线性回归获得各参数敏度的计算方法,用于便捷地分析各参数对测力计不确定性的贡献。所得到的结果与文献吻合非常好,验证了该方法的正确性和有效性,并为测力计的鲁棒设计以及工艺改进提供参考。本文给出的系统不确定性分析方法具有通用性强、使用简单等优点,同时避免了对解析模型的依赖,证明其可应用于难以显式表达输入与输出关系的系统的不确定性分析。

摘要：以平面柔顺五杆机构为研究对象,提出一种柔顺五杆三稳态机构的设计方法.建立了平面柔顺五杆机构的5R伪刚体模型和势能函数,基于最小作用量原理用约束优化方法确定了单输入柔顺五杆机构的运动位形及势能曲线,提出用势能极小值点数目和位置闭环方程构建优化目标函数,用无约束优化方法来设计柔顺五杆三稳态机构.最后,用两个设计实例证明了该方法可有效用于柔顺五杆三稳态机构的设计.

摘要：剥线钳是一种用于剥去电线绝缘皮的手持工具。现有的剥线钳结构复杂、成本高、容易磨损。考虑到剥线钳在运动过程中自由度会发生变化,将变胞变换的思想引入剥线钳的设计中,基于柔顺五杆机构得到一种新型的柔顺剥线机构。利用伪刚体模型法对柔顺剥线钳的不同工作状态进行建模,给出了相应的运动静力学模型;根据剥线钳的设计要求建立优化目标函数,并采用粒子群算法完成了优化设计。参照优化结果加工的样机对不同规格的电线进行剥线测试,证实该新型柔顺剥线钳具有较好的剥线效果,可大幅降低现有剥线钳的成本,便携且具有结构简单、工作可靠等优点。