第二章 柔性铰链的分类与分析
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铰链分类叫法
铰链是我们日常生活中常见的一种机械零件,它用于连接两个物体并允许它们相对旋转。
铰链按照形状、用途、材料等不同方面可以分为多种类型,以下是常见的铰链分类叫法:
1. 按照形状分类:
(1) 一字铰链:两个铰链片呈一字形排列,常用于电器、家具等领域。
(2) 梯形铰链:铰链两端呈梯形,可使物体在垂直方向上旋转,常用于门窗等领域。
(3) 圆形铰链:铰链片呈半圆形,用于连接圆形或半圆形的物体。
2. 按照用途分类:
(1) 门铰链:连接门和门框,使门可以开合。
(2) 箱铰链:连接盒子和盖子,使盒子可以打开和关闭。
(3) 窗铰链:连接窗户和窗框,使窗户可以开合。
3. 按照材料分类:
(1) 铜铰链:材质为铜,常用于门窗等领域。
(2) 不锈钢铰链:材质为不锈钢,具有耐腐蚀、耐磨损等特点,常用于船舶、飞机等领域。
(3) 铝合金铰链:材质为铝合金,轻量化、绿色环保,常用于家具、电器等领域。
以上是铰链分类叫法的一些常见分类,不同的铰链类型适用于不同的场合和用途。
掌握铰链的分类和使用方法,可以更好地了解它并
正确使用它。
铰链的基本类型一、引言铰链是一种用于连接两个物体并使其能够相对旋转的装置。
它常见于门、窗、柜子等家居和建筑物中,起到固定和连接作用。
铰链的基本类型根据其结构和用途的不同,可以分为多种类别。
本文将对铰链的基本类型进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、常见的铰链类型在现实生活中,我们可以见到许多不同类型的铰链。
以下是几种常见的铰链类型:1. 钢铰链钢铰链是一种常见的铰链类型,它由多个连续的金属片组成。
这种铰链通常用于高负荷和高强度的应用,如车辆门、大门等。
钢铰链的材质通常是不锈钢或镀锌钢,具有较高的耐腐蚀性和强度。
2. 隐藏式铰链隐藏式铰链也被称为隐形铰链或无缝铰链。
这种铰链设计独特,可以在关闭状态下完全隐藏在物体内部,使门或窗看起来更加美观。
隐藏式铰链通常用于高档家具、厨柜等场合,给人一种简洁、整洁的感觉。
3. 自闭铰链自闭铰链是一种具有自动关闭功能的铰链。
它通过内置的弹簧或液压装置,使门或窗在开启一定角度后自动关闭。
自闭铰链常用于商业场所或公共区域的门窗,能够提供便利和安全。
4. 减震铰链减震铰链是一种具有减震功能的铰链,它能够减缓门或窗关闭时的冲击力。
这种铰链通过内置的减震装置,如减震杆或减震垫,来减少开合过程中的噪音和振动。
减震铰链常用于家居、办公室等环境,为用户提供更佳的使用体验。
5. 双向铰链双向铰链也称为多向调节铰链,它具有在多个方向上调节的功能。
这种铰链可以调整门或窗的开启角度和方向,使其更加灵活适用于不同的使用场景。
双向铰链常用于窗户、柜子等家居和办公家具,提供更大的便利性和人性化的设计。
三、铰链的选择与安装注意事项选择适合的铰链并正确安装是确保其良好功能的重要步骤。
以下是一些注意事项:1. 重量与负荷在选择铰链时,要考虑所需连接物体的重量和负荷。
不同类型的铰链有不同的承重能力,应根据实际需求选择适当的规格和材质。
2. 开启角度不同的应用场合需要不同的开启角度。
要根据具体需求选择合适的铰链,确保开启角度符合要求。
平面柔性铰链导向机构刚度分析与实验测试平面柔性铰链导向机构是近年来广泛应用于机械设备的一种新型机械手动控制机构。
它具有结构简单、加工成本低、重量轻、体积小、安装容易等诸多优点,因此被越来越多的工业用户采用,但在实际应用中仍然存在一些问题,比如机构刚度不足和稳定性差等。
因此,研究平面柔性铰链导向机构的刚度分析和实验测试具有重要的应用价值。
首先,对于平面柔性铰链导向机构的刚度分析,主要是通过计算机模拟的方法来进行,利用计算机模拟软件,分析机构中杆件的刚度和抗力,从而评估机构的整体刚度,为设计准确的机构提供参考。
其次,在对平面柔性铰链导向机构进行实验测试时,则需要采用小组及机构测试装置,分析机构中各部件的变形情况,从而定量分析机构的整体刚度和抗力。
为了进一步研究平面柔性铰链导向机构的刚度,研究者们还采用了变形法、弹性理论、有限元分析等数值方法来进行研究,可以从多个角度对机构进行有效的分析,实现机构的有效设计。
总的来说,研究者们已经研究出了一系列的方法来分析平面柔性铰链导向机构的刚度,实现了机构的有效设计。
平面柔性铰链导向机构的刚度分析和实验测试,可以有效地促进机构的整体性能,从而改善机构的实际应用效果。
然而,由于机构的复杂性,机构刚度的测试过程也会变得复杂,同时,伴随着材料的不断优化,机构的加工技术也会得到不断的改进,这些因素也都会影响机构的刚度。
因此,研究者们要不断深入研究,对机构的刚度分析和实验测试有更深入的研究,以期获得更好的实际应用效果。
综上所述,平面柔性铰链导向机构的刚度分析和实验测试,是机构设计和应用中的重要研究内容,其研究结果可以有效改进机构的设计,并实现较高的机构效率和质量。
然而,还有一些技术上的困难需要解决,比如机构刚度分析和实验测试的缺陷,以及材料的不断优化等方面的技术难题,有待研究者们的深入研究。
以上就是关于《平面柔性铰链导向机构刚度分析与实验测试》的3000字文章。
通过分析,可以看出,研究平面柔性铰链导向机构的刚度分析和实验测试对于提高机构的效率、质量和实用性具有重要意义,但还存在一些挑战需要解决,因此需要有更多的深入研究。
柔性机构控制技术研究一、引言柔性机构控制技术是现代制造工业中的核心技术之一,可以广泛应用于机械、电子、生物和医疗器械等领域。
其原理是使用柔性机构作为一种变形机构,控制变形产生的运动,可以替代传统机构中的刚性连接部件,具有结构简单、可靠性高、运动精度高等优点。
本文将从柔性机构的概念、结构及分类入手,讨论柔性机构控制技术的研究现状以及未来发展方向,旨在为柔性机构控制技术的研究和应用提供参考。
二、柔性机构的概念、结构及分类1、概念柔性机构是指由柔性材料(如弹性材料)构成的变形机构,可以根据不同的外力输入产生形变或运动。
与传统的刚性链接机构相比,柔性机构具有结构简单、可实现变形控制、低噪声、低能耗和低成本等优点,逐渐成为制造工业中的研究热点。
2、结构柔性机构由柔性杆、柔性膜、柔性板、柔性套等基本构件组成,这些构件受到外部力作用时会发生弯曲、拉伸、压缩等变形。
在柔性机构中,这些基本构件可以通过特定的拓扑关系组合在一起形成不同的机构结构,实现不同的任务。
3、分类根据柔性机构的不同形变特点,可以将其分为以下三类:(1)拉伸型柔性机构:在拉伸方向会发生明显的形变或运动,如柔性弯管、柔性卷绕展开机构等;(2)弯曲型柔性机构:在弯曲方向会发生明显的形变或运动,如柔性四杆机构、柔性扭转杆等;(3)膜状型柔性机构:由柔性薄膜构成的机构,可以在平面内实现角位移、平移运动或压缩变形,如柔性膜手术机器人、柔性膜致动器等。
三、柔性机构控制技术研究现状柔性机构控制技术的研究主要包括结构设计、变形控制方法和运动规划等方面。
近年来,国内外学者对柔性机构控制技术作了深入研究,取得了一系列重要成果。
1、结构设计在柔性机构中,结构设计是决定其性能的关键因素。
国内外学者提出了一系列柔性机构的设计方法,如优化设计、拓扑优化、材料选择等。
此外,生物学与仿生学的发展也对柔性机构结构的设计提供了新的思路与范例。
2、变形控制由于柔性机构具有高度的非线性和复杂性,在控制方面也存在一定难度,需要研究特定的控制方法,如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。
铰链相关知识点总结一、铰链的分类铰链按材料可分为金属铰链、塑料铰链等;按用途可分为门窗用铰链、家具用铰链、汽车用铰链等;按结构形式可分为普通铰链、紧凑型铰链、隐形铰链等。
1. 金属铰链:金属铰链是最常见的铰链类型,因其耐用性、强度和易于加工加工而得到广泛应用。
它通常由不锈钢、铜、铝、铁等金属制成,适用于各种门窗、家具、汽车、电子设备等。
金属铰链可根据不同的形状和尺寸来满足不同的需求。
2. 塑料铰链:塑料铰链由工程塑料制成,轻质、耐腐蚀、绝缘性好、低成本等特点,适用于家具、电子设备等领域。
3. 普通铰链:普通铰链是最基本的铰链类型,它具有简单的结构和使用方式,多用于一般家具、柜门等。
4. 紧凑型铰链:紧凑型铰链多用于铰链的空间较小或特殊要求的场合,如家具内部的小门、抽屉等。
5. 隐形铰链:隐形铰链设计精巧,可以很好地隐藏在门板内部,使门板外观更加美观,多用于高端家具、衣柜等。
二、铰链的主要性能指标1. 负载能力:负载能力是指铰链在一定条件下所能耐受的最大载荷。
通常以公斤或磅为单位。
一般来说,负载能力越高,铰链的使用寿命就会越长。
2. 开合次数:开合次数是指铰链在一定条件下可开合的次数。
铰链的开合次数直接影响到其使用寿命,因此开合次数越多,使用寿命就会越长。
3. 耐腐蚀性:铰链在使用过程中会受到外部环境的影响,如潮湿气候、化学腐蚀等,铰链的耐腐蚀性是一个非常重要的性能指标。
4. 使用寿命:使用寿命是指铰链在特定条件下的使用寿命,通常以年或次数为单位。
使用寿命是一个非常重要的性能指标,它直接关系到铰链的经济性和可靠性。
5. 开合力:开合力是指铰链在开合时所需要的力矩。
开合力越小,说明铰链的开合更加轻便,使用更加方便。
6. 稳定性:稳定性是指铰链在承担负载时的保持稳定状态的能力。
稳定性越好,表示铰链在承担负载时的安全性更高。
三、铰链的选购1. 根据用途选择:不同的用途需要不同性能和规格的铰链,因此在选购时应根据具体的用途来选择合适的铰链。
干货铰链知识深度大剖析,看完你也会成为半个铰链专家!铰链又称合页是用来连接两个固体并允许两者之间做相对转动的机械装置。
铰链可由可移动的组件构成,或者由可折叠的材料构成。
合页主要安装于门窗上,而铰链更多安装于柜体家具上,按材质分类主要分为,不锈钢铰链和铁铰链;为让人们得到更好的享受又出现了液压铰链(阻尼铰链),其特点是在柜门关闭时带来缓冲功能,最大程度的减小了柜门关闭时与柜体碰撞发出的噪音。
铰链种类与用途介绍1 直弯铰链门板盖住柜体18mm厚侧板的全部(即门板盖住侧板17mm),所用的铰链就是直弯铰链。
(1)铰链孔距默认110mm;(2)装铰链的侧板内空深度要大于70mm;(3)直弯铰链最大只能盖侧板17mm,所以25mm、35mm厚度的侧板门板全盖最大也只能盖住17mm。
2 中弯铰链门板盖住柜体18mm厚侧板的一半(即门板盖住侧板8mm),所用的铰链就是中弯铰链。
(1)铰链孔距边默认110mm;(2)装铰链的侧板内空深度要大于70mm;(3)中弯铰链最大只能盖侧板8mm。
3 大弯铰链门板完全不盖住柜体的侧板(即门板盖住侧板0mm),所用的铰链就是大弯铰链。
(1)铰链孔距边默认110mm;(2)装铰链的侧板内空深度要大于70mm;(3)大弯铰链相对于侧板是内嵌效果的,适用于各种厚度的侧板。
4 165°直弯铰链165°直弯铰链与普通的直弯铰链工艺是一样的,只是门板打开角度不一样,普通直弯铰链门板打开的角度为90°,165°的直弯铰链门板打开的角度是165°。
(1)铰链孔距边默认110mm;(2)装铰链的侧板内空深度要大于70mm;(3)165°直弯铰链最大只能盖侧板17mm,所以25mm、35mm厚度的侧板门板座全盖,最大也只能盖住17mm;(4)常用于转角柜门板。
5 165°大弯铰链165°大弯铰链与普通的大弯铰链工艺是一样的,只是门板打开的角度不一样,普通大弯铰链门板打开的角度为90°,165°的大弯铰链门板打开的角度是165°。
2.2柔性铰链的分类与分析柔性铰链是利用材料的变形产生位移的一种特殊运动副,用于提供绕轴作复杂运动的有限角位移,具有无机械摩擦、无间隙、易维护、分辨率高和可一体化加工等优点。
柔性铰链有很多种结构,最普通的形式是绕一个轴弹性弯曲,而且这种弹性变形是可逆的。
[现代精密机械设计],如图2.1所示。
图2.1 柔性铰链结构简图Fig.2.1Diagram of flexure hinge2.2.1柔性铰链的分类及编号自20世纪60年代以来,国内外学者、科研院校及研究机构对柔性铰链进行了多方面的研究,包括理论计算、结构创新设计及应用等方面。
按目前国内外的发展研究状况,柔性铰链按其切口形状可分为单边的和双边的,按其截面曲线分为单一的和混合的;按运动副分可分为转动副、移动副和球副,按其传递运动和能量的方向分单轴柔性铰链、双轴柔性铰链、万向柔性铰链和柔性联杆。
按照横截面的不同形状,可以分为:矩形截面柔性铰链和圆形截面柔性铰链。
按研究出现的先后顺序可分为传统的柔性铰链和典型的大变形柔性铰链。
还有其他特殊类型的如弓形柔性铰链、三角形柔性铰链、叶状形的柔性铰链、簧片式的柔性铰链等等。
根据以上的分析可将柔性铰链分成以下三大类,如表2-1,2-2,2-3所示。
表2-1基本曲线规则截面单轴柔性铰链()Single-Axis Flexure Hinges单轴对S-CCircular Flexure Hinge)直圆型(称1)双曲线型(Hyperbolic Flexure Hinge S-P)抛物线型(Parabolic Flexure Hinge Inverse Parabolic Flexure反转抛物线(S-Ip)Hinge S-SSecant Flexure Hinge正割型()hyperbolic cosine Flexure双曲余弦型(S-H)HingeS-Aarched Flexure Hinge)弓型(S-V型(V Flexure Hinge)VS-Cy)cycloidal Flexure Hinge摆线型(s-E )椭圆型(Elliptical Flexure Hinge1单s-P )Parabolic Flexure Hinge抛物线型(轴不hyperbolic cosine Flexure双曲线型(对s-HcHinge)称s-CB导角型Corner-Filleted Flexure Hinge()表2-2由基本柔性铰链混合而成的单轴铰链模型()Single-Axis Flexure HingesS-BB 类型二2交错铰链直两个车轮铰链Cross(梁-混合cartwheel(FlexureS-BB直3flexural)Hinge梁hinges)混合型S-BB 类型三4交错叶片混合一二S-BB cross-axis flexural(5混合)pivot直梁-直圆导角型(Corner-Filleted S-CB)Flexure Hinge混合型直圆-导角S-CCB混合型直圆-椭圆S-CE1混合型表2-3双轴柔性铰链(Two-Axis Flexure Hinges)ted(serially-disposed) T-EE-NC-P两轴平行双11)notches轴柔性T-CC-C -V两轴垂直铰链并联-同位配置(collocatednotches)T-BB-C-P两轴平行例T-EE-V双轴椭圆铰链11子表2-4多轴柔性铰链(Multiple-Axis Flexure Hinges)Corner-Filleted导角型(M-CBFlexure Hinge)直圆型(Circular Flexure M-C抛物线型(Parabolic M-PFlexure Hinge)双曲线型(Hyperbolic M-H)Flexure Hinge编号规则:1、大写代表单轴对称,即双边切口,小写代表单轴不对称,即单边切口。
例S-代表单轴双切口、s-代表单轴单切口。
2、第一个字母代表自由度的个数,及S-、T-、M-分别代表单轴、双轴和多轴。
3、第二个字母代表切口类型,混合型的为两个同类型的字母组合。
4、在双轴铰链中,最后一个字母代表组合后两铰链轴线的相对位置。
V-代表垂直,P-代表平行。
第三个字母NC-代表非同位配置,C-代表同位配置。
2.2.2柔性铰链的计算与分析关于柔性铰链的设计研究,柔性铰链刚度的理论研究大都停留在单轴柔性铰链的范围内,有关单轴柔性铰链分析建模的研究主要包括弹性梁理论、卡氏第二定理、逆保角映射理论和有限元分析方法等,工程实践中一般采用数值积分法和有限元分析方法。
柔性铰链设计时基本参数应满足如下要求:[现代精密机械设计]1、柔性铰链内部应力要小于材料的许用应力。
在微位移范围内,此条件一般都能满足。
2、微位移器产生的最大位移输出时,微动台的弹性恢复力应小于微位移器的最大驱动力。
3、微动台的刚性应尽可能大,使其具有良好的动态特性和抗干扰能力。
2.2.2.1 几种常见柔性铰链的设计计算对于单轴柔性铰链,设计要求为对输入或灵敏轴必须灵活,一般绕横轴和沿纵轴铰链的刚度应尽可能的好[现代精密机械设计]。
也就是说单轴柔性铰链绕Z轴方向的转角刚度要尽可能的小、绕X轴方向的转角刚度和沿Y轴方向的轴向刚度要尽可能的大,坐标轴方向如图2-2中所示。
在单轴柔性铰链设计中,最关键的是绕Z轴方向的转角刚度的设计计算,下面将对几种常见类型的铰链作分析研究。
.:柔性铰链的拉伸刚度和转角刚度的计算公式[1] 拉伸刚度的推导1)FF1??xx dxdx??x?,则拉伸F时,铰链伸长量为:当在X轴向施加拉力x)xf((x)2EbEA xx1?dx/2Eb刚度为:。
)xf(x转角刚度的推导2)MM31???xx dx??dx,则时,铰链转角为Z当在轴回转方向施加弯矩MxdxEb/。
转角刚度为:3)x3f(x)xf(为材料的弹性模量。
式中,3)x)2Eb(xfEI(xx12为柔性铰链形状的表达函数,E 、单轴直梁型柔性铰链a轴方向的所示,其应用广泛。
单轴直梁型柔性铰链沿X 单轴直梁型柔性铰链如图2-2 Z轴的转角刚度可以利用上面给出的公式进行计算。
拉伸刚度和绕2-2 单轴直梁型柔性铰链图Fig. 2-2 Flexure hinge with rectangle notch312Ebt Ebt。
根据上面的公式可得,单轴直梁型柔性铰链的拉伸刚度为,转角刚度为3t t bb成正比;由此也就是说单轴直梁型柔性铰链的拉伸刚度与、、成正比,转角刚度与tb值。
值而减小可知,在拉伸刚度限定的情况下,为了提高其弯曲率,应尽量加大b、单轴直圆型柔性铰链单轴直圆型柔性铰链如图2-3所示,对于单轴直圆型柔性铰链的设计计算,在1965年,t=R条件下的设计计算公式(包括精度计算公式和简化计算公式),J.M.Paros等就推导出但其精确计算公式形式比较复杂,简化后的设计计算公式在许多情况下误差又比较大。
在年,清华大学的高宏等从微位移机构的实际情况出发,对用于微位移机构的柔性铰链1988.图2-3 单轴直梁型柔性铰链Fig. 2-3 Flexure hinge with circle notch进行了分析,发现其机构具有两个明显的特点:一是位移量(即柔性铰链的变形比较小),t?R,一般是几十微米到几百微米;二是结构参数在一般情况下取并根据这两个特点推导了简化设计方法,最后给出了几种不同参数下柔性铰链的转角刚度数表。
为了能对单轴直圆型柔性铰链的设计计算给出准确可靠的设计计算公式,Y.K. Yong和T.F. Lu等利用有限元分析方法给出了单轴直圆型柔性铰链的经验设计公式,并利用此分析结果对已有的设计理论和方法做了对比,其结果如表2-5所示。
表2-5 单轴直圆型柔性铰链设计计算公式总结为了能更好与之相关的柔性微动工作台也逐渐产业化。
随着柔性铰链理论的不断完善,单轴直圆型柔性铰链本文将对便于工程应用的简化设计方法做一些完善。
地指导工程实践,柔性铰链的转角变形实际上是由许多微段弯曲变所示,如图2-4转角刚度计算的计算简图,??y??i 和挠个微段产生的转角和形累积的结果,设第的挠度,则整个柔性铰链的转角iinn??????y?y?y。
为和度ii1?i1i?2-4 图单轴直梁型柔性铰链Fig. 2-4 Flexure hinge with circle notchdx的等截面微段所组成,由材料力学的知识可得柔性设连续变化的截面由若干长度为?:铰链中性面的曲率半径)(x1M?(2-2)?)(xEJ)x(x)MJ(dxE上的为截面对中心轴的惯性矩;式中,为作用在微段为材料的弹性模量;R2,与其他结构尺寸相比比较小,所以可以认为柔性铰链上弯矩。
柔性铰链切口处全长为)xM(dx在各个微段上都是一样的。
的弯矩变化不大,即认为的关系如下:x,y 由高等数学可知,曲率半径和坐标2yd12dx?(2-3)3/2?2??dy???1????dx??????dy1=dx可简化为,所以公式都有:柔性铰链在弯曲变形时,对任意微段(2-3)dx21yd dy?????tan,可得柔性(2-3)和式,当变形很小???dx??x))J2b(2R?t?Rsin(其中可时,利用近似公式(2-2),由式2?dx dx1)(xM R23得柔,铰链转角对上式进行积分,)(xEJ120性铰链的转角刚度为:???MsinR12????Ebd??K?Eb???3????sintR2??2R0????式中所列符号,如图2-4所示。
?可以借助MATLAB 对于编程来求解,为了能更好地指导工程实践,现选取不同的结tR对上式进行求解,所得结果见表2-6,所示,构参数?mm?kg/rad)柔性铰链转角刚度的(值2-6 表由表2-6可以得出,柔性铰链的转角刚度值与铰链半径R和最小厚度t有关,当R一定时,转角刚度随着t的增大而增大,而且增量很显著。
当t一定时,转角刚度随着R的增大而减小,变化量缓慢。
总的来看,R越小、t越大则转角刚度越大;R越大、t越小则转角刚度越小。
在柔性铰链机械传动部件设计中,为了使所设计的微动工作台具有良好的动态特性和抗干扰能力,应尽可能地增大柔性铰链的最小厚度,并减小其圆弧半径。
然而,为了实现机械传动的高灵敏度和高分辨率,在保证传动机构强度要求的前提下,则应适当增大柔性铰链的圆弧半径,并减小铰链的最小厚度。
因此,在设计过程中要明确设计目标,对相关参数需要反复比较调整,最后才能达到最终设计要求。
c、浅切口椭圆型柔性铰链椭圆型柔性铰链根据切口的布置位置可以分为浅切口椭圆型柔性铰链和深切口椭圆型柔性铰链,如表2-1中所示。
学者在文献[2]中提出了深切口椭圆型柔性铰链,并对其相关性能进行了论证与比较,指出深切口椭圆型柔性铰链更适合于要求高精度传动的微动工作台和光学仪器。