柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹課件

_____________________GivenbyLeslieLu,2013–6-1柔性機構優(yōu)缺點

與介紹柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹【柔性機構】（1頁）【柔性機構的優(yōu)缺點】（2頁）【柔性機構的關鍵技術】（15頁）柔性機構概論的簡單回顧柔性機構的優(yōu)缺點的介紹柔性機構的部分關鍵技術的介紹柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹1簡要回顧定義：利用材料的變形來傳遞力或運動起源與理論基礎優(yōu)缺點：免裝配…軸漂…柔性鉸鏈：形式、分類、性能指標應用領域：機器人、MEMS等關鍵技術：設計、加工、驅動等典型實例：蝴蝶鉸鏈、Robots等柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹2優(yōu)缺點優(yōu)點柔性機構利用柔性鉸鏈代替了剛性機構的傳統(tǒng)的運動副，傳統(tǒng)運動副與構件數(shù)目大大減少，從而減少了機構的重量、加工、裝配的時間和費用，同時也減少了機構中的間隙、摩擦、磨損、潤滑等問題，提高了機構精度和可靠性，也減少了維護的成本。2優(yōu)缺點缺點1.由于柔性構件變形實現(xiàn)的運動受到變形元件強度的限制，導致其行程有限2.軸漂與寄生誤差3.剛度較差4.長時間經受應力或高溫的柔性構件可能會出現(xiàn)蠕變和應力松弛現(xiàn)象5.能量存儲3關鍵技術飛機發(fā)動機研制的三大難題：柔性機構的部分關鍵技術：【1】通過選擇材料來增大柔性機構的行程3關鍵技術矩形梁自由端在力F作用下的變形：最大應力：由此可以求出當達到材料的彈性極限時自由端的最大受力F：梁在失效前所承受的最大變形為：可以看出，最大變形與幾何尺寸和材料參數(shù)有關。柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹3關鍵技術【1】通過選擇材料來增大柔性機構的行程隨之出現(xiàn)的問題：1.定位精度的降低2.自然頻率和穩(wěn)定性

的下降3.幾何非線性柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹3關鍵技術【2】通過選擇材料來增大柔性機構的剛度通過合理選擇材質，提高柔性機構的整體剛度，可以提高機構的固有頻率和穩(wěn)定性，以及機構的機械效率，但要保證柔性鉸鏈所受應力處于材料彈性極限以內。柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹TIPS：1.對于壓電陶瓷存在的遲滯（一般在14%左右但遲滯曲線不唯一）、蠕變現(xiàn)象的減小方法:1)采用電荷控制方法;2)采用在壓電陶瓷兩端串聯(lián)小電容的方法;3)Preisach數(shù)學模型;4)通用化的Maxwell模型;5)多項式近似模型;6)采用電阻和電容組成橋路;7)壓電陶瓷元件位移閉環(huán)（現(xiàn)有的控制方法有PZT控制和變速積分的PI控制等）。2.壓電元件的輸出位移隨著負載剛度的增加而減少。3.驅動器與執(zhí)行器甚至傳感器一體化集成設計——對整塊的PZT或SMA材料進行激光切割，可免于裝配，降低造價，甚至達到減振的功效，而且對于改善機構甚至系統(tǒng)的動態(tài)性能也是大有禆益的。3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹3關鍵技術其他驅動器：柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹TIPS：3個原則：1.高精度原則：欲保證運動輸出端的高精度，除了選擇類似高精度驅動器外，運放機構也需要有高精度作保證；2.功效損耗最小原則：運計機構作為傳動系統(tǒng)，總要造成輸入端一定程度的功率損耗，原則上，這種功率損耗應該越小越好；3.運放倍數(shù)決定運放機構拓撲結構原則：一般情況下，結構越簡單，性能越穩(wěn)定，但是放大倍數(shù)也越小。3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹簡單的并聯(lián)機構：并聯(lián)機構的優(yōu)點3關鍵技術缺點：在提升剛度的同時，會減小功能方向的行程柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹【1】柔性鉸鏈的選擇(1)限制范圍柔性鉸鏈的運動范圍應限制在材料的殘余應力區(qū)以外。(2)實現(xiàn)與傳統(tǒng)運動副等效的運動設計時需盡量保證變形軸方向的剛度盡可能小,而非變形方向的剛度盡可能大。(3)改變變形處的形狀和尺寸參數(shù)

變形的大小與鉸鏈的長度l和鉸鏈細頸處的厚度t有關,但加工工藝限制了t的最小厚度。(4)開發(fā)新型柔性鉸鏈盡管柔性鉸鏈優(yōu)點很多,同時也存在著一些弱點,如有限的運動范圍、非固定的轉動中心等,開發(fā)新型柔性鉸鏈是一條解決途徑。3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹【2】結構形式的選擇（1）鉸鏈分布方式鉸鏈分布方式主要是指鉸鏈與平臺間的位置關系.（2）單個分支內鉸鏈與構件間分布方式單個分支內鉸鏈與構件間分布方式是指兩者之間的位置關系,如3RPS平臺機構中二者的分布方式就與3RPS角臺機構有很大差別。（3）分支間的位姿關系并聯(lián)式結構由多個分支組成,即使采用對稱性的結構設計,有些機型也可因分支間的位姿關系不同而衍生出若干種機型來。3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹機構設計的一般流程(1)從設計的要求或指標出發(fā)，首先完成機構的構型綜合及優(yōu)選，以確定合適的結構型式；(2)通過機構運動學、動力學及其特性分析，完成機構運動尺度綜合及優(yōu)選，(3)還要進行動力學參數(shù)的綜合與優(yōu)選，最終以完成新機構的設計.3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹【剛度分析】3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹電火花加工法（WEDM）：利用工件和工具電極之間的脈沖性火花放電,產生瞬時高溫使工件材料局部熔化和汽化,從而達到蝕除加工的目的。電火花加工由于其非機械接觸加工的特點,很適合MEMS制造的要求。LIGA:LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三個詞，即光刻、電鑄和注塑的縮寫.是一種基于X射線光刻技術的MEMS加工技術.與其它微細加工方法相比，LIGA技術具有如下特點：(1)可制造較大高寬比的結構；(2)取材廣泛，可以是金屬、陶瓷、聚合物、玻璃等；(3)可制作任意截面形狀圖形結構，加工精度高；(4)可重復復制，符合工業(yè)上大批量生產要求，制造成本相對較低等。被視為微納米制造技術中最有生命力、最有前途的加工技術。3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹3關鍵技術其他加工方法：柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹3關鍵技術柔性機構優(yōu)缺點與關鍵技術介紹【1】材料【2】驅動【3】運放機構【4】并聯(lián)機構【1】性能提高：無間隙，無摩擦，可一體化裝配，減輕重量【2】成本降低：節(jié)省裝配時間，無需潤滑【5】設計