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柔性鉸鏈機構位移性能的有限元分析

發布于:2020-09-01 19:08
有限元分析

       柔性鉸鏈機構是一種新型的微位移機構,具有無機械摩擦、無間隙、無熱源、加工簡單及運動靈敏性高等優點能夠實現納米分辨率定位然而,加工誤差的存在影響柔性鉸鏈機構的輸出位移性能,利用計算機自動產生柔性鉸鏈機構加工誤差的計算模型,分析了多種加工誤差因素對其位移性能的影響情,但僅考慮柔性鉸鏈圓弧部分的彎曲變形,把其它部分都看作剛體。實際上,連桿部分也會產生變形,輸出位移和實際情況有差。本文在提出柔性鉸鏈機構參數化有限元分析建模方法的基礎上,采用大型有限元軟件ANSYS分析柔性鉸鏈機構受加工誤差影響的位移性能。
       由于設計和制造相對簡單和準確,最常用的是直圓弧型柔性鉸鏈,它的基本結構見圖,其中R為柔性鉸鏈的切割半徑,t為柔性鉸鏈的最小厚度,b為柔性鉸鏈的寬度,h為柔性鉸鏈的高度柔性鉸鏈的中部較為薄弱,在力矩作用下可以產生較明顯的彈性角變形,能在機械結構中起到鉸鏈的作用。
       有限元法是變形分析計算中主要方法,用ANSYS分析柔性鉸鏈機構的位移,首先要建立它的幾何實體模型和有限元模型,然后進行求觸利用APDL語言編制命令流文件,實現參數化有限元建模,可以方便地分析柔性鉸鏈機構的位移,以及克服人機交互方式下操作費時、枯燥和容易出錯的缺點。
       下面以雙平行四桿柔性鉸鏈機構為例,說明用APDL語言編制命令流文件實現參數化有限元建模的步驟:
       (1)確定幾何實體建模方法
       在人機交互方式下或用APDL語言編制命令流文件,ANSYS都提供了2種幾何實體建模方法,即自下向上的建模方法和自上而下的建模方法自上而下的建模方法用于直接創建最高級的圖元,如長方體圓柱體等,在創建復雜的幾何實體模型時,可以用布爾運算(加、減、分割等)來生成根據雙平行四桿柔性鉸鏈機構的結構特征,采用自上而下的建模方法;
       (2)求關鍵點的坐標,生成幾何實體模型
       參數化建模是指先用一組參數來定義幾何圖形尺寸數值并約束尺寸關系,在幾何造型時得到;
       (3)建立有限元模型的前處理
       確定材料特性,如彈性模量、泊松比;確定網格的單元類型、劃分精度,設置邊界條件及載荷大小等;
       (4)用APDL語言編程
       APDL語言編程比較容易,調試也比較簡單打開文本編輯器,如寫字板、記事本等,就可以直接進行參數化命令流的編寫,最后存盤;
       (5)運行
       啟動ANSYS軟件,進入圖形用戶界面,點擊實用菜單(Utility Menu),在彈出的下拉菜單中,再點擊Read Input菜單項,根據提示,找到文件。
       如果要生成一個新的分析模型,只要改變程序中相關的參數值,生成一個新的文件,ANSYS運行后,就能很快得到所需的新模型,因此,采用APDL語言編制命令流文件進行參數化有限元建模,建模速度快、方便,不易出錯。


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