综合考虑横向及轴向变形的柔顺机构伪刚体运动学模型

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柔顺机构是利用自身柔性构件的弹性变形来转换力、运动或能量的一种新型机构。与传统的刚性机构相比,它具有减少噪音和运动副之间的摩擦、磨损、提高机构精度、降低运营成本、减少维护等优点。因其独特的性能和广泛的应用前景,成为了国内外机构学领域新的热点研究方向。  目前,在柔顺机构的研究过程中,柔顺杆件的大变形所带来的几何非线性导致柔顺机构的分析十分复杂,因此,建立适当的模型是研究柔顺机构的基础。虽然现有的1R、2R和3R伪刚体模型能较准确地模拟柔顺杆的末端轨迹,但没有考虑柔顺杆的轴向位移。本文针对现有伪刚体模型的不足,综合考虑柔顺机构中柔性构件的横向变形和轴向变形的影响,提出带移动副的PR、PRR伪刚体新模型。  首先,提出末端受力载荷的两自由度PR伪刚体模型,该模型由三根刚性杆和一个线性弹簧、一个扭簧组成。先通过三维搜索得出模型的最优特征半径系数,然后应用线性回归方法得到模型的刚度系数。通过与1R、2R伪刚体模型以及柔顺杆对比,说明PR伪刚体模型的优越性。  其次,提出受复合载荷的PR伪刚体模型。采用限制刚度系数的方法得到了复合载荷形式的PR伪刚体模型参数。分析移动副引起的轴向移动占整个轴向移动的比例,体现了大变形柔顺杆中用移动副模拟柔顺杆轴向位移的作用。  再次,提出受复合载荷的三自由度PRR伪刚体模型,通过两种极端载荷形式下PRR伪刚体的分析,推导出PRR伪刚体模型的特征参数。通过与2R、PR和3R模型的对比,反映出PRR模型在模拟柔顺杆件末端特征方面的优越性。  最后,应用PR伪刚体模型,分析了曲柄-滑块柔顺机构中曲柄转角与滑块位移之间的关系,验证了伪刚体模型法在柔顺机构研究中的有效性。
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