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柔性铰链机构位移性能的有限元分析

发布于:2020-09-01 19:08
有限元分析

       柔性铰链机构是一种新型的微位移机构,具有无机械摩擦、无间隙、无热源、加工简单及运动灵敏性高等优点能够实现纳米分辨率定位然而,加工误差的存在影响柔性铰链机构的输出位移性能,利用计算机自动产生柔性铰链机构加工误差的计算模型,分析了多种加工误差因素对其位移性能的影响情,但仅考虑柔性铰链圆弧部分的弯曲变形,把其它部分都看作刚体。实际上,连杆部分也会产生变形,输出位移和实际情况有差。本文在提出柔性铰链机构参数化有限元分析建模方法的基础上,采用大型有限元AppANSYS分析柔性铰链机构受加工误差影响的位移性能。
       由于设计和制造相对简单和准确,最常用的是直圆弧型柔性铰链,它的基本结构见图,其中R为柔性铰链的切割半径,t为柔性铰链的最小厚度,b为柔性铰链的宽度,h为柔性铰链的高度柔性铰链的中部较为薄弱,在力矩作用下可以产生较明显的弹性角变形,能在机械结构中起到铰链的作用。
       有限元法是变形分析计算中主要方法,用ANSYS分析柔性铰链机构的位移,首先要建立它的几何实体模型和有限元模型,然后进行求触利用APDL语言编制命令流文件,实现参数化有限元建模,可以方便地分析柔性铰链机构的位移,以及克服人机交互方式下操作费时、枯燥和容易出错的缺点。
       下面以双平行四杆柔性铰链机构为例,说明用APDL语言编制命令流文件实现参数化有限元建模的步骤:
       (1)确定几何实体建模方法
       在人机交互方式下或用APDL语言编制命令流文件,ANSYS都提供了2种几何实体建模方法,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创建最高级的图元,如长方体圆柱体等,在创建复杂的几何实体模型时,可以用布尔运算(加、减、分割等)来生成根据双平行四杆柔性铰链机构的结构特征,采用自上而下的建模方法;
       (2)求关键点的坐标,生成几何实体模型
       参数化建模是指先用一组参数来定义几何图形尺寸数值并约束尺寸关系,在几何造型时得到;
       (3)建立有限元模型的前处理
       确定材料特性,如弹性模量、泊松比;确定网格的单元类型、划分精度,设置边界条件及载荷大小等;
       (4)用APDL语言编程
       APDL语言编程比较容易,调试也比较简单打开文本编辑器,如写字板、记事本等,就可以直接进行参数化命令流的编写,最后存盘;
       (5)运行
       启动ANSYSApp,进入图形用户界面,点击实用菜单(Utility Menu),在弹出的下拉菜单中,再点击Read Input菜单项,根据提示,找到文件。
       如果要生成一个新的分析模型,只要改变程序中相关的参数值,生成一个新的文件,ANSYS运行后,就能很快得到所需的新模型,因此,采用APDL语言编制命令流文件进行参数化有限元建模,建模速度快、方便,不易出错。


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