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        納米精度位移機構(gòu)柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

        2022-07-22 09:24:54毛成文李愛國1
        核技術(shù) 2022年7期
        關(guān)鍵詞:鉸鏈柔性厚度

        曾 超 毛成文 何 燕 李愛國1,

        1(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800)

        2(中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

        3(上海光源科學(xué)中心/中國科學(xué)院上海高等研究院 上海 201204)

        上海光源硬X 射線納米探針光束線(Hard Xray Nanoprobe beamline,HXN)目標(biāo)瞄準(zhǔn)約10 nm的聚焦光斑尺寸[1],從而滿足生物、材料和環(huán)境等多個前沿科學(xué)領(lǐng)域的實驗要求。該光束線采用了多層膜Kirkpatrick-Baez(K-B)鏡的納米聚焦元件,其姿態(tài)精度對聚焦結(jié)果有著重要影響,需要對兩個鏡子的姿態(tài)進行高精度調(diào)整。這類K-B鏡聚焦納米系統(tǒng)對調(diào)節(jié)機構(gòu)提出了一系列要求:具備nm級的運行定位精度和高穩(wěn)定性;具有合適的運動行程,其有效運動行程為0.1~0.2 mm;滿足結(jié)構(gòu)強度、一定載荷、抗干擾等方面要求的同時,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化和易驅(qū)動。

        在眾多微位移技術(shù)中,柔性鉸鏈機構(gòu)具有無機械摩擦、無間隙、運動靈敏度高的優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于包括同步輻射光束線在內(nèi)的諸多精密機械、微納米器件的研制中[2-4]。針對不同的應(yīng)用場景,目前已經(jīng)發(fā)展了各種不同形狀和不同轉(zhuǎn)動方式的鉸鏈形式[5-12]。在眾多類型的柔性鉸鏈中,標(biāo)準(zhǔn)的直圓型柔性鉸鏈?zhǔn)且粋€理想的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)(如圖1),其缺口部分為圓弧形,具有與幾何中心軸重合的回轉(zhuǎn)中心,在外力驅(qū)動下,繞其回轉(zhuǎn)中心在有限范圍內(nèi)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動。相較于其他常用如倒角、橢圓型柔性鉸鏈等,Xu 和King 等[13]通過有限元法分析比較得出,倒角型柔性鉸鏈的變形量最大,而直圓型柔性鉸鏈的運動精度最高,且結(jié)構(gòu)簡單易于加工,特別適用于小行程范圍內(nèi)納米精度的運動。

        圖1 直圓型柔性鉸鏈?zhǔn)疽鈭DFig.1 Diagram of circular flexure hinge

        美國阿貢國家實驗室APS 光源(Advanced Photon Source)已經(jīng)開發(fā)了多種Weak-Link 柔性鉸鏈機構(gòu)[2-3],該柔性鉸鏈?zhǔn)腔诠饪碳夹g(shù)的光化學(xué)加工工藝制作[14],通過刻蝕加工柔性鉸鏈薄片,最后多片粘合堆疊成型。這種加工工藝可以確保柔性鉸鏈在運動方向的柔性、非運動方向的剛性和高穩(wěn)定性。如APS 基于直圓型柔性鉸鏈構(gòu)型,應(yīng)用在人工切槽晶體單色器[2]和硬X射線偏振器[15]中的柔性鉸鏈機構(gòu),在角度調(diào)節(jié)上分別可達20~40 nrad 和80 nrad 的角分辨率;在位移調(diào)節(jié)上,包括APS T8-31/T8-32 以及T8-41/T8-42 等位移臺[16-17],在水平和垂直方向上均可達到10 nm的閉環(huán)分辨率,而T8-37/38位移臺[2]的閉環(huán)分辨率可達1 nm。在上海光源硬X 射線微聚焦及應(yīng)用線站BL15U1,前期與美國APS 合作研制出高精度柔性鉸鏈壓彎機構(gòu),使用該壓彎鏡在國內(nèi)實現(xiàn)了<350 nm的硬X射線聚焦光斑[18]。鑒于目前的國際環(huán)境,已經(jīng)無法繼續(xù)使用該工藝技術(shù)。歐洲ESRF 光 源(European Synchrotron Radiation Facility)則使用傳統(tǒng)的慢走絲線切割工藝整體加工的四連桿直圓柔性鉸鏈壓彎機構(gòu),已經(jīng)實現(xiàn)了<50 nm 的聚焦光斑[19]。但慢走絲線切割在加工多孔結(jié)構(gòu)的柔性鉸鏈時,對穿絲和校準(zhǔn)等工藝有非常高的要求,目前國內(nèi)缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗積累。而近年來,一體加工和輕量化的增材制造技術(shù)發(fā)展迅速,隨著金屬領(lǐng)域的3D 打印工藝日趨完善,通過3D 打印的方式發(fā)展柔性鉸鏈機構(gòu)是一種可行的技術(shù)路線。

        為了滿足類似上海光源HXN 線站納米聚焦的高精度高穩(wěn)定性需求,本文研究了一種基于直圓型結(jié)構(gòu)的平行線性柔性鉸鏈機構(gòu),通過彈性力學(xué)對該機構(gòu)開展結(jié)構(gòu)分析和有限元方法對比驗證,采用3D打印方式制造了該鉸鏈機構(gòu),并初步驗證了該機構(gòu)的穩(wěn)定性和可用性。

        1 用于高精度平移運動機構(gòu)的柔性鉸鏈設(shè)計分析

        平行連桿是一種成熟的機構(gòu),可以有效地在平行方向上傳遞運動。圖2是由數(shù)對直圓柔性鉸鏈組成的平行多連桿柔性鉸鏈機構(gòu)。其主要特征為每兩個直圓型柔性鉸鏈與一個剛性桿連接,每對柔性鉸鏈與頂部的剛性導(dǎo)向桿連接。平移時每個柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)動線互相平行并且垂直于導(dǎo)向桿,所有結(jié)構(gòu)均在同一平面內(nèi)。為了滿足不同工作場景(如行程、負載、裝配)的需求,該平行連桿機構(gòu)中柔性鉸鏈的尺寸、數(shù)量等參數(shù)可以適當(dāng)調(diào)節(jié)?;谠摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計的鉸鏈機構(gòu),期望能夠在滿足設(shè)計行程的同時,具有高精度和高剛性的優(yōu)點。此外,其結(jié)構(gòu)緊湊的特點也便于與其他機械裝置結(jié)合。

        圖2 平行連桿柔性鉸鏈機構(gòu)示意圖(a)四鉸鏈,(b)八鉸鏈Fig.2 Diagram of parallel linkage flexure hinge mechanism(a)Four-hinges,(b)Eight-hinges

        1.1 彈性力學(xué)解析

        對于圖2的柔性鉸鏈,無論鉸鏈數(shù)量是多少,每個柔性鉸鏈機構(gòu)的上部相當(dāng)于剛體,僅起導(dǎo)向作用,下部起固定約束作用。在力F的作用下,每組柔性鉸鏈會產(chǎn)生相同的變形,每組鉸鏈的受力也相同。假設(shè)采用的鉸鏈對數(shù)為n(即鉸鏈數(shù)量為2n),則每對柔性鉸鏈?zhǔn)艿降牧镕/n,所以在分析時可以只選取一組柔性鉸鏈。同時考慮到每組鉸鏈的上下對稱性,再取一半進行分析,分析示意圖如圖3所示。其中:Rf為鉸鏈的切割半徑;t為最小厚度;w為鉸鏈的整體厚度;E為材料的彈性模量;L為連接桿的長度。

        圖3 柔性鉸鏈分析示意圖Fig.3 Analysis schematic of flexure hinge

        從圖3可知,在力的作用下,截面A會往力的方向產(chǎn)生位移,其位移量由AB段和OB段截面共同產(chǎn)生。故分別計算它們所產(chǎn)生的位移,最后進行疊加,可以計算出在力的作用下柔性鉸鏈的運動位移。

        對于其中的AB段,這一段相當(dāng)于一端固定,一端自由的懸臂梁,故可以直接由材料力學(xué)公式[20]計算得出:

        圖3中的OB段為直圓柔性鉸鏈的變形部分。對于該部分的求解,Paros 和Weisboro 在1965 年便基于彈性力學(xué)基本公式和微積分理論巧妙地推導(dǎo)出了單個柔性鉸鏈的設(shè)計公式[21],得到了不同方向上轉(zhuǎn)動和平移剛度的精確解。但由于其給出的精確計算公式在形式上仍較為復(fù)雜,吳鷹飛等[22-23]在其基礎(chǔ)上簡化了其計算公式,在力F0的作用下,單個直圓型柔性鉸鏈沿x軸的線性變形Δx,其計算表達式如下:

        式中:s=Rf t。由于在實際中,鉸鏈的最大運動范圍還與材料的屈服應(yīng)力σs密切相關(guān),在t?2Rf的條件下,可以得到柔性鉸鏈的最大轉(zhuǎn)角與材料屈服應(yīng)力之間的近似計算式:

        由以上計算式可知,在推力的作用下,柔性鉸鏈沿力方向上的位移由計算式(2)得出,故將F0=F n代入(2)式即得由OB段引起的截面B的位移為x2。

        因此截面A的位移為x1+x2,通過式(1)、(2)計算即可得到該柔性鉸鏈機構(gòu)的總位移為:

        根據(jù)實際應(yīng)用需求,柔性鉸鏈采用17—7PH 不銹鋼材料,其彈性模量為E=203.4 GPa,柔性鉸鏈的特征參數(shù)為:最小厚度t=0.15 mm,切割半徑Rf=1.62 mm,連接桿長度L=6.33 mm,厚度w=1.52 mm,力F為3 N。將上述參數(shù)代入式(4)計算,結(jié)果如表1 所示。從表1 可知,隨著鉸鏈對數(shù)的增加,在驅(qū)動力不變的條件下,其輸出位移越小,剛性越強。

        表1 彈性力學(xué)解析下不同鉸鏈數(shù)量的輸出位移結(jié)果Table 1 Displacement results of theory of elasticity under different number of hinge

        1.2 有限元仿真驗證

        為了驗證柔性鉸鏈的解析計算結(jié)果,采用有限元方法建立模型并進行靜力學(xué)分析。柔性鉸鏈的缺口處是整體最薄弱的部分,這個部分需要劃分較密的網(wǎng)格,其余部分可以劃分較稀疏的網(wǎng)格以節(jié)約計算資源。

        根據(jù)理論計算得到的結(jié)果,選用3 N 外力作用下行程較為合適的n=4與n=6兩種情況作有限元分析。材料選用17-7PH 不銹鋼材料,彈性模量為E=203.4 GPa,泊松比μ=0.3,密度ρ=7 780 kg·m-3,屈服強度為1 205 MPa。鉸鏈底部采用固定約束,對鉸鏈的一端施加3 N 的載荷,鉸鏈最小厚度t=0.15 mm,將該部分網(wǎng)格控制在0.07 mm以下來保證該部分有兩個以上網(wǎng)格。使用SolidWorks Simulation 靜應(yīng)力分析模塊,計算得到鉸鏈的輸出位移分布如圖4。

        圖4 柔性鉸鏈輸出位移分布示意圖 (a)n=4,(b)n=6Fig.4 Displacement diagram of flexure hinge for FEA(a)n=4,(b)n=6

        由有限元計算結(jié)果可知,在3 N載荷的條件下,4對鉸鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移為0.213 5 mm,6對鉸鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移為0.142 2 mm。傳統(tǒng)力學(xué)分析得到的計算結(jié)果分別為0.209 0 mm 和0.139 3 mm,兩者誤差均在2%左右。可以看出近似條件下的理論計算與有限元分析的結(jié)果偏差較小。

        上述最低能耗的軌跡研究,都是在軌跡周期T=0.35的條件下進行的實驗,但在工業(yè)現(xiàn)場因工作環(huán)境不同,要求的拾放操作周期也不同,因此了解不同軌跡在不同周期的最低能耗情況,對工業(yè)現(xiàn)場的操作更具意義。為計算不同時間周期軌跡的最低能耗軌跡,可以重復(fù)4.1節(jié)的步驟,進行實驗驗證。以電機輸入電能為驗證指標(biāo),實驗?zāi)芎内厔萑鐖D8所示;以機器人機械能耗為驗證指標(biāo),實驗?zāi)芎内厔萑鐖D9所示。

        為了進一步驗證計算,在采用步進力條件作用下,對n=6 時的鉸鏈結(jié)構(gòu)進行重復(fù)計算,結(jié)果如表2所示。

        表2 17-7PH材料下理論計算與有限元分析結(jié)果Table 2 Results of theoretical calculation and FEA under material of 17-7PH

        在表2 中,誤差一欄是傳統(tǒng)理論計算與有限元分析結(jié)果之間的誤差。由表中結(jié)果可以看出,在恰當(dāng)設(shè)置邊界條件和網(wǎng)格良好劃分的情況下,傳統(tǒng)理論計算的結(jié)果與有限元的分析結(jié)果之間的偏差基本穩(wěn)定,在不同驅(qū)動力條件下誤差均約2%。

        1.3 各關(guān)鍵參數(shù)對輸出位移的影響

        從對該平行連桿柔性鉸鏈機構(gòu)的分析可知,在一定外力作用下影響其輸出位移的主要影響因素有:切割半徑Rf、最小厚度t、鉸鏈厚度w、連接桿長度L、材料彈性模量E、屈服應(yīng)力σs等特征參數(shù)。由式(4)可以得到在n=6,F(xiàn)為3 N 條件下各參數(shù)對其輸出位移的影響。如圖5 所示,由圖5 可以得知,輸出位移隨著切割半徑和連接桿長度的增加而增加、隨著鉸鏈厚度和最小厚度的增大而減小,且在這些參數(shù)中,最小厚度t的變化對輸出位移的影響最大。

        圖5 切割半徑、最小厚度(a)、鉸鏈厚度、最小厚度(b)、連接桿長度、最小厚度(c)對輸出位移的影響Fig.5 Effect of radius and minimum thickness on displacement(a),thickness of hinge and minimum thickness on displacement(b),length of connecting rod and minimum thickness on displacement(c)

        對于鉸鏈的數(shù)量n,其數(shù)目越多,越能夠平均單鉸鏈加工誤差所帶來的影響。此外通過對稱、垂直等結(jié)構(gòu)設(shè)計裝配多片鉸鏈還可以增強整體結(jié)構(gòu)的強度:根據(jù)表1 計算結(jié)果,在n=6 時3 N 的驅(qū)動力提供了0.139 3 mm 的輸出位移,而n=7 時則僅有0.119 4 mm。如采用德國PI 的公司的N-470 促動器,其軸向力為22 N,若采用四片n=6的鉸鏈作為運動結(jié)構(gòu),并裝配彈力為10 N 的恢復(fù)彈簧,則每片鉸鏈在促動器推動時受力約為3 N,反向移動受到的彈簧彈力為2.5 N。因此若采用更大的n值,在實際工程中需要使用更大推力以及更大尺寸的促動器以保證足夠的行程,在成本和空間上都帶來了更高挑戰(zhàn)。

        除此之外,材料本身的特性對其輸出特性也有較大影響。根據(jù)材料的許用應(yīng)力定義[σ]=σs/λ,設(shè)定安全系數(shù)λ為1.5,并將17-7PH不銹鋼材料的屈服應(yīng)力1 205 MPa 代入即可得到材料的許用應(yīng)力約為803.3 MPa。在保持n=6 條件下,結(jié)合式(3)和式(4),可以得到該柔性鉸鏈的最小厚度t與結(jié)構(gòu)位移(最大安全位移和恒定驅(qū)動力驅(qū)動位移)的關(guān)系,示意圖如圖6所示。其中最大載荷是鉸鏈結(jié)構(gòu)在材料的許用強度下能承受的最大載荷。t越大,結(jié)構(gòu)剛性和抗干擾能力也大幅度增加,同時驅(qū)動力也成指數(shù)劇增;t越小,結(jié)構(gòu)傳動靈敏度和分辨精度也增加,與此同時結(jié)構(gòu)剛性和穩(wěn)定性急劇降低,尤其t小于0.11 mm時,不到3 N的驅(qū)動力就會過載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的塑性形變。如不考慮驅(qū)動力限制,在達到0.2 mm運動距離時,t最大允許值可達0.321 mm。此時單片鉸鏈需要配適高達31 N的驅(qū)動力,對現(xiàn)有促動器提出較大的挑戰(zhàn)。

        圖6 柔性鉸鏈位移與鉸鏈最小厚度關(guān)系示意圖(n=6)Fig.6 Relationship diagram between displacement and the minimum thickness of the flexure hinge(n=6)

        在其它參數(shù)上,切割半徑Rf的影響雖然較小,但其值越小,鉸鏈的變形區(qū)域也越小,越容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象。因此切割半徑的最終設(shè)計值應(yīng)盡量選取較大值。而對于鉸鏈整體厚度參數(shù)w,由式(3)和式(4)可知,其大小對鉸鏈的最大轉(zhuǎn)動性能沒有影響,增加整體厚度可以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向強度和穩(wěn)定性,與此同時需要等比例調(diào)增驅(qū)動力。連接桿長度L與輸出位移近似成正比關(guān)系,但過長的連接桿會降低鉸鏈結(jié)構(gòu)的剛性。

        2 柔性鉸鏈機構(gòu)的穩(wěn)定性分析

        假設(shè)鉸鏈機構(gòu)的載荷大小為m,工作時運動方向上承受沖擊的加速度為a。使用SolidWorks Simulation 的靜應(yīng)力分析模塊分別對n=4 和n=6 兩種不同鉸鏈數(shù)量的結(jié)構(gòu)進行有限元分析。這兩種結(jié)構(gòu)分別在較低負載(250 g)、中等負載(500 g)、較大負載(1 000 g)的條件下,結(jié)構(gòu)不被破壞所能承受的最大耐受加速度amax,如表3、4所示。

        從表3和表4中的結(jié)果可知,在負載和驅(qū)動力一定的情況下,6對鉸鏈在250 g正常負載下承受的最大沖擊加速度為11.409 0 m·s-2,4 對鉸鏈能承受的最大沖擊加速度為7.592 9 m·s-2。較多的鉸鏈對能承受更大的沖擊加速度,結(jié)構(gòu)也會更安全。與此同時,更多的鉸鏈對需要更大的驅(qū)動力,對促動器也提出了更高的要求。因此在實際工程設(shè)計中,需要根據(jù)現(xiàn)實技術(shù)條件和設(shè)計要求,在兩者之間綜合考量進行必要的平衡。

        表3 柔性鉸鏈在不同負載下的有限元計算結(jié)果(n=4)Table 3 Results of theoretical calculation and FEA under material of 17-7PH(n=4)

        表4 柔性鉸鏈在不同負載下的有限元計算結(jié)果(n=6)Table 4 Results of theoretical calculation and FEA under material of 17-7PH(n=6)

        當(dāng)鉸鏈機構(gòu)受到的外界激勵頻率接近固有頻率時,會產(chǎn)生共振現(xiàn)象從而影響機構(gòu)的穩(wěn)定性。在動力學(xué)分析中,結(jié)構(gòu)響應(yīng)往往取決頻率相對較小的低階振型。低階振動時系統(tǒng)的能量比較集中,所以低階振型對結(jié)構(gòu)動力影響程度比高階大。在SolidWorks軟件中使用頻率分析模塊,對4對及6對鉸鏈機構(gòu)分別進行模態(tài)分析。頻率分析采用的網(wǎng)格劃分策略與前文保持一致,給鉸鏈底部施加固定約束,分析得到的系統(tǒng)前四階的共振頻率如表5所示,前四階振型有限元分析結(jié)果如圖7所示。

        表5 兩種鉸鏈數(shù)量的前四階共振頻率計算結(jié)果Table 5 Results of first four resonance frequency under two number of hinge

        圖7 兩種鉸鏈數(shù)量前四階振型圖 (a)第一階,(b)第二階,(c)第三階,(d)第四階Fig.7 The first four order vibration mode of two kinds of flexure hinges for FEA(a)First order,(b)Second order,(c)Third order,(d)Fourth order

        從模態(tài)分析的結(jié)果可知,該柔性鉸鏈機構(gòu)在任意模態(tài)下都不可避免的發(fā)生扭曲或變形。其中一階模態(tài)主要是在運動端產(chǎn)生扭曲變形,對運動精度影響最大。4 對鉸鏈與6 對鉸鏈機構(gòu)的一階共振頻率分別為318.55 Hz和380.01 Hz,6對鉸鏈結(jié)構(gòu)的頻率更高且變形量相對更??;第二、三和第四階模態(tài)主要是鉸鏈中間和邊角的擠壓變形,通過固有頻率的大小可知,6 對鉸鏈的頻率均較高于4 對鉸鏈,表現(xiàn)更為穩(wěn)定。而在上海光源硬X 射線納米探針實驗站上,振源主要為100 Hz 以內(nèi)的低頻,低階固有頻率對系統(tǒng)的影響更大。綜合以上分析結(jié)果,兩種結(jié)構(gòu)的一階固有頻率均高于100 Hz,能夠有效降低環(huán)境振動的影響。相較而言,6 對鉸鏈的結(jié)構(gòu)所受的負面影響更小,其穩(wěn)定性與承載性也更好。

        3 實驗測量

        為了驗證柔性鉸鏈設(shè)計的有效性并自主發(fā)展出一條鉸鏈加工技術(shù)路線,根據(jù)前文所設(shè)計的鉸鏈參數(shù),率先利用金屬3D 打印技術(shù)加工了柔性鉸鏈樣件,并進行了一維位移運動樣機的裝配調(diào)試,實物圖如圖8所示。

        圖8 柔性鉸鏈樣件(a),基于3D打印柔性鉸鏈的一維位移運動樣機(b)Fig.8 Flexure hinge sample(a)and one-dimensional linear motion prototype based on 3D-printed flexure hinge(b)

        為了提高機構(gòu)在側(cè)向上的剛性,減小單個柔性鉸鏈的加工與裝配的誤差,該機構(gòu)在垂直和水平方向上各裝配了一對合計4片柔性鉸鏈。促動器采用德國PI 的N-470,其最小步長為20 nm,軸向推力為22 N。位移測量采用美國LION-HVC5S 電容式位移傳感器,在100 Hz采樣頻率以內(nèi)時最高測量精度可達0.08 nm(RMS)。對該機構(gòu)樣機進行空載開環(huán)測試,測試結(jié)果如圖9所示。

        樣機進行250 nm 短行程測量時的步長約為(26.8±0.2)nm。測量結(jié)果如圖9(a)所示,圖9(b)為圖9(a)中所圈區(qū)域放大圖。從圖9 中可知,每個臺階位移抖動的均方根誤差約為±1.1 nm,表明該鉸鏈機構(gòu)的穩(wěn)定性較好。200 μm 長行程測量結(jié)果圖9(c)可知,該機構(gòu)在0.2 mm 范圍內(nèi)具有良好的線性運動特性,符合有限元及理論分析的結(jié)果。若要實現(xiàn)更高精度的位移調(diào)節(jié)與控制,需要使用更高精度帶有閉環(huán)控制的促動器。測試結(jié)果表明:本文設(shè)計的柔性鉸鏈機構(gòu)與預(yù)期相符,并首次驗證了金屬3D打印是加工柔性鉸鏈的一種可行技術(shù)路線。

        圖9 樣機測量結(jié)果 (a)250 nm短程測量,(b)短程測量局部數(shù)據(jù),(c)200 μm長行程測量Fig.9 Measurement result of prototype (a)250 nm short-range measurement,(b)Short-range measurement of local data,(c)200 μm long-range measurement

        4 結(jié)語

        為滿足同步輻射硬X射線K-B鏡等納米聚焦光學(xué)元件精密調(diào)節(jié)需求,采用了適合納米運動的直圓柔性鉸鏈為基礎(chǔ)構(gòu)型設(shè)計了用于一維線性運動的平行連桿柔性鉸鏈機構(gòu)。并分別采用了傳統(tǒng)彈性力學(xué)分析和有限元計算方法對平行連桿柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)進行了運動特性分析,結(jié)果表明理論計算和有限元的計算結(jié)果相符。在不同的驅(qū)動力條件下,理論分析與有限元計算結(jié)果誤差約為2%。通過3D打印技術(shù)加工了柔性鉸鏈和位移機構(gòu)樣機,測試結(jié)果表明該機構(gòu)在采用兩對n=6 的柔性鉸鏈的情況下,實現(xiàn)了0.2 mm 運動行程,位置穩(wěn)定性達到±1.1 nm(RMS),這將有助于在國內(nèi)進一步自主研發(fā)適用于同步輻射的高精度高穩(wěn)定調(diào)節(jié)機構(gòu)。

        作者貢獻聲明曾超:負責(zé)文獻調(diào)研,實驗測試,數(shù)據(jù)的整理與分析,文章的撰寫;毛成文:負責(zé)模擬計算和指導(dǎo)實驗測試;何燕:負責(zé)測試系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)的采集;李愛國:負責(zé)實驗方案設(shè)計、文章指導(dǎo)和審閱。

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