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Y型柔性搭钮的建造取研讨-澳门永利皇宫-00636.com

搭钮 公布工夫:2017-10-28

跟着当代机器络续背高速、下周详偏向生长,具有没有间隙、耐打击、无磨损等长处的柔性搭钮和和婉机构愈来愈多的被运用于微操纵机器人、周详光学仪器、航空航天器和产业装备等范畴[1-5]。凭据柔性搭钮的活动路程,可将柔性搭钮分为微动型和大路程型。国内外学者对柔性搭钮做了大量研讨[6-7],但现有的大变形大路程的柔性搭钮仍存在着一些缺乏。因为大变形大路程柔性搭钮正在并联机构中的运用愈来愈多,更高精度、更大离轴刚度、构造更简朴的大变形大路程柔性搭钮成为了研究者络续寻求的目的。 李宗轩等提出了应用无量纲设计图要领设想Cartwheel型双轴柔性搭钮[8]的要领;陈贵敏等提出了一种精度更高的深切心椭圆柔性搭钮[9],并推导了这类柔性搭钮的转角、迁移转变精度和最大应力的剖析盘算公式;宗光华等设想了一种双曲杆空心柔性搭钮[10],具有转角大,稳定性高档长处,但也存在构造庞大、轴漂大等题目;Kikuchi N、毕树生均提出一种交织簧片迁移转变型柔性搭钮[11-12],精度下、转角大,但构造庞大;Goldfarb等提出了一种转角到达150°的裂桶型柔性搭钮[13],大大进步了柔性搭钮的适用范围;Smith提出了一种轴漂极小的带薄壁梁的桶状回转副[14],然则构造较为庞大,建造难度较下。

上述大部分柔性搭钮仍然存在轴漂大、离轴刚度小、构造庞大等题目。为了处理这些题目,本文提出了一种Y型柔性搭钮,并借助ANSYS和ADAMS对其停止了分析研究。应用数控机床停止柔性搭钮的加工并完成组装。应用光学坐标测量仪OPTOTRAK离别停止了Y型柔性搭钮的轴漂丈量实行和平面3-RRR并联平台圆轨迹实行。

2 Y型柔性搭钮设想

2.1 方案设计

图 1所示为平面3-RRR并联实行平台,该平台上的迁移转变副有活动间隙、易磨损、不耐打击,大大低落了实行台的精度。
图 1 平面3-RRR并联平台

余跃庆等用单片簧柔性搭钮交换该平台上的迁移转变副并停止了轨迹跟踪实行。然则,因为单片簧柔性搭钮轴漂大、离轴刚度小等缘由致使平台活动精度不下。为设想一种轴漂更小、离轴刚度大、构造简朴、精度更高的柔性搭钮,进步并联平台活动精度,以对称设想头脑[15]为根蒂根基,应用机械设计、材料力学等相干常识,联合并联平台要求提出了如图 2所示的Y型柔性搭钮。图中Y型柔性搭钮包孕2根刚性杆和2片完全相同的圆弧形片簧,圆弧片簧的圆心角为135°,刚性杆用于流动衔接柔性搭钮。
图 2 Y型柔性搭钮

2.2 肯定回转中央

为了进步Y型柔性搭钮正在现实运用中的活动精度,应用Solidworks2014停止三维建模,并借助Solidworks2014中的Simulation软件停止简朴的应力活动仿真。经由过程应力活动仿真正在活动杆的中性线上找到一合位移最小点,作为Y型柔性搭钮的回转中央。图 3所示为Y型柔性搭钮简图。图中,圆弧片簧半径R为20 mm,为了便于加工制造,片簧厚度b1设为0.3 mm,两个片簧之间的夹角α为90°。为了简化仿真模子,柔性搭钮上刚性杆杆长L设为100 mm。凭据并联实行平台的安装要求,将柔性搭钮上刚性杆厚度b2设为10 mm,垂直做用于刚性杆上的力F为一个转变的力,θ为力F感化下刚性杆绕回转中央活动的转角,a为回转中心点。片簧的质料为弹簧钢 (弹性模量2.06×11″,泊松比为0.3,密度为7.85 kg/m3)。
图 3 Y型柔性搭钮简图

将活动仿真数据绘制成图 4所示的点状图,从图中能够看出,Y型柔性搭钮的回转中央a间隔刚性杆边沿为8 mm,且正在刚性杆中性线上。
图 4 柔性搭钮连杆中轴线上各点位移

2.3 肯定安装体式格局及路程要求

Y型柔性搭钮的构造为非中心对称,现实应用时具有2种安装体式格局。划定下图 5(a)所示的安装体式格局为正装法,左边连杆作为驱动杆件,右边连杆作为从动杆件,给驱动杆施加一个扭矩输入后,Y型柔性搭钮会遭到一个沿着从动杆方向上的反作用力F,该反作用力F将会增大柔性搭钮轴漂,对柔性搭钮的活动精度发生较大影响。
图 5 Y型柔性搭钮两种安装体式格局
图 6 并联平台上搭钮的最小、最大夹角位形图

对照发明,接纳图 5(b)所示的Y型柔性搭钮反装法机遇构的活动精度比正装法差。因而接纳图 5(a)中所示的正装法。 借助SolidWorks2014停止并联平台的运动学仿真,如图 6所示。经由过程仿真可得:并联平台停止R=100 mm的圆轨迹实行时,柔性搭钮两杆的最小夹角为52.81°,最大夹角为98.18°,因而柔性搭钮的最大转角需求到达45.37°。

2.4 仿真

为了考证Y型柔性搭钮是具有活动精度下、回转路程大等特性。应用Solidworks2014天生模子的IGS格式文件。将天生的IGS文件导入到ANSYS中,应用ANSYS停止有限元网格分别并导出适用于ADAMS的*.mnf柔性体文件。将ANSYS中天生的*.mnf文件导入ADAMS,停止柔性体活动仿真。将模子左边连杆上的刚性里流动,为便于仿真柔性搭钮的活动,正在右边连杆端面中心点处符号一个interface node点O,正在点O上增加一个偏向始终垂直于连杆的瞬态力,使得柔性搭钮正在-22.5~+22.5°内活动。丈量右边连杆上O点取柔性搭钮模子坐标原点的间隔,并绘制曲线。同时,视察柔性搭钮片簧上的应力散布状况。将ADAMS中的丈量所得的间隔曲线数据导入到MATLAB,应用plot东西从新绘制间隔曲线图,界说x轴变量为Time (sec),y轴变量为Length (mm),限定y轴坐标为90~110 mm,x轴数据截取2个完好的波峰波谷,接纳赤色曲线绘制,终究绘制曲线如图 7所示。
图 7 柔性搭钮上O点到坐标原点的间隔

经由过程仿真数据, Y型柔性搭钮右边连杆上的O点取坐标原点的间隔偏差平均值为0.435 3 mm,最大峰谷差为1.090 9 mm,均方差为0.398 6 mm,偏差最大值为1.085 9 mm。考虑到网格分别精度、精度丈量体式格局优劣等身分会影响终究效果,以为Y型柔性搭钮根基知足并联平台要求。

3 柔性搭钮建造及实行

3.1 什物建造

为使柔性搭钮上的片簧具有更好的柔性,低落片簧的加工难度,将片簧取刚性杆接纳差别质料加工并组装。片簧质料接纳65Mn弹簧钢片裁剪卷制成型,并经由过程螺栓取刚性杆衔接流动,刚性杆接纳6061-T6铝合金数控加工成型以减轻重量。Y型柔性搭钮什物如图 8所示。
图 8 Y型柔性搭钮什物

3.2 轴漂丈量

应用3D光学坐标测量仪OPTOTRAK停止Y型柔性搭钮的轴漂丈量实行。如图 9所示,正在柔性搭钮的活动杆上贴上一个Marker点,该点间隔回转中央100 mm。图 9中Y型柔性搭钮左边流动杆经由过程夹具流动正在平台上,右边活动杆下方暂时安装有一个滚动轴承以减小平台对活动杆的摩擦力阻力。
图 9 Y型柔性搭钮轴漂丈量实行

使柔性搭钮活动杆正在水平面内从-45°匀速迁移转变至+45°,丈量纪录柔性搭钮上Marker点的活动轨迹,并绘制图 10所示的轨迹曲线。图 11所示为Y型柔性搭钮上Marker点活动轨迹偏差曲线。从图 11中数据可得,Y型柔性搭钮从-45°迁移转变至+45°时,回转中央位置的偏差平均值为0.262 2 mm,最大峰谷差为0.746 1 mm,均方差为0.121 7 mm,偏差最大值为0.596 2 mm。Y型柔性搭钮转角越大,精度越低。因为零件加工安装偏差、Marker点安装偏差、片簧安装剩余应力和仪器测量误差致使回转中央取设想值偏离0.262 2 mm。固然加工安装精度和实行丈量精度等身分会影响Y型柔性搭钮活动精度,但现实加工建造出的Y型柔性搭钮的活动精度、回转路程和离轴刚度均能知足平面并联平台的要求。零丁加工的片簧具有精度下、弹性大等长处,但安装后的片簧上的剩余应力会低落柔性搭钮的精度,减小回转路程,收缩片簧使用寿命。
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图 11 Y型柔性搭钮上mark点活动轨迹偏差
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3.3 实行研讨

为考证Y型柔性搭钮是不是能进步并联平台的活动精度,停止了迁移转变副并联实行台、单片簧柔性搭钮并联实行台和Y型柔性搭钮并联实行台的轨迹实行,实行轨迹为直径100 mm的圆。个中,单片簧薄0.5 mm,宽度30 mm,片簧圆弧半径30 mm,中央平台活动速度1 000 mm/min。应用3D光学坐标测量仪OPTOTRAK停止圆轨迹丈量,并应用MATLAB停止实行数据处理,获得平台活动轨迹偏差曲线和表 1中的平台活动轨迹偏差数据。图 13所示为露迁移转变副的并联平台活动轨迹偏差,图 14所示为露单片簧柔性搭钮的并联平台活动轨迹偏差,图 15为露Y型柔性搭钮的并联平台活动轨迹偏差。
图 13 露迁移转变副的并联平台活动轨迹偏差
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图 15 露Y型柔性搭钮的并联平台活动轨迹偏差

从并联平台活动轨迹偏差曲线图能够看出,Y型柔性搭钮能明显进步并联平台的活动精度。联合表 1能够看出,相较于迁移转变副和单片簧柔性搭钮,Y型柔性搭钮使得平面3-RRR并联平台活动轨迹均方差离别减小了42.6%和37.0%,偏差平均值离别减小了46.2%和40.0%,偏差最大值离别减小了42.7%和29.2%。

4 结论

本文凭据当代机器对柔性搭钮的高精度、大离轴刚度、大转角、构造简朴等要求,提出了一种Y型柔性搭钮,并停止了仿真、建造和实行研讨。实行效果注解:Y型柔性搭钮回转偏差最大值为0.596 2 mm,Y型柔性搭钮并联平台圆轨迹实行的偏差最大值比迁移转变副并联平台减小了42.7%。Y型柔性搭钮具有精度下、构造简朴、转角大等长处,能够很好的交换平面并联平台中的迁移转变副,并提下平台活动精度。

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