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柔顺机构通过杆的弹性变形来传递运动和力,具有零件数量少、重量轻、少有或者没有关节等特点,有助于减少机构运动中的摩擦、磨损、冲击振动和噪音,因此柔顺机构成为机构学研究中的一个前沿课题。目前,关于柔顺机构的研究主要集中在静力学、运动学和结构设计等方面,但对于动力学特性的研究很少。本文系统地对柔顺机构的动力学建模、频率特性、动态应力和传力特性等方面进行了研究。
首先,建立了柔顺机构的伪刚体模型。以静力学、运动学条件下的伪刚体模型为基础,充分考虑柔顺杆的动力学影响,建立了柔顺机构的动力学模型。同时对几种典型的柔顺机构动力学建模进行了分析,并指出柔顺杆末端不同的受力情况对动力学模型精度有很大影响。该模型的建立为本文整个研究工作奠定了基础。
其次,以伪刚体模型为基础,对一个平行导向柔顺四杆机构的频率特性进行了分析。通过对机构伪刚体模型的动力学方程进行理论推导,得到了机构参数与固有频率之间的变化规律,并且通过数值算例验证了截面参数、材料特性等对机构的频率的影响。
然后,对柔顺机构的应力进行了分析。从理论上分析了柔顺杆应力的变化规律,指出其最大应力发生在固定端处。运用伪刚体模型明确给出了柔顺杆固定端以及沿着杆长的应力计算方法。并以一平行导向柔顺四杆机构为例,验证了伪刚体模型在分析柔顺机构动力性能方面的有效性。
最后,论文应用伪刚体模型对柔顺机构的传力特性进行了的分析。并结合刚体机构的瞬心法,系统地分析了柔顺机构各种传力型式。通过对一个柔顺四杆机构的数值算例进行分析,结果表明了柔顺机构的传力特性指标在评价机构动力性能方面的作用,得出了一些有价值结论。