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柔性机构简介

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:柔性机构是靠构件本身的整体或者局部变形产生运动,传递力和运动,完成既定功能的机构。在自然界中,柔性结构或柔性机构、构件的存在是生物进化的结果。从图5.19中四杆机构的实例可以看出,集中式全柔性机构在铰链区域容易产生应力集中,导致疲劳破坏以致机构失效,分布式全柔性机构则是通过整体的协调来完成某些运动,所以不存在这样的现象。图5.19柔性机构的类型图5.19柔性机构的类型

柔性机构简介

两个或两个以上的构件通过活动连接用以实现规定运动的构件组合称为机构。由机构定义可以知道,机构不仅包含刚性机构,也包含柔性机构,组成机构的元件可以是具有宏观尺寸的,也可以是纳米级的。柔性机构是靠构件本身的整体或者局部变形产生运动,传递力和运动,完成既定功能的机构。在自然界中,柔性结构或柔性机构、构件的存在是生物进化的结果。柔性机构的应用无所不在,从日常生活到工程应用,柔性机构的实例很多,只是这些机构在制造过程中与结构紧密结合,不易区分,实际上它们在系统中的作用就是机构的功能。在宏观结构方面,大到卡车的板簧,小到日常生活中塑料瓶盖、牙刷和盒装饮料的吸管等;在微观结构方面,从双位电器开关到微阀、微泵和微驱动器再到实验室中精确的柔性定位装置等都是柔性机构应用的实例。

1.柔性机构的特点

与刚性机构相比,柔性机构的优越性是很明显的,主要表现在以下几个方面:

①制造加工方面。柔性机构是由整块构件组成,没有铰链,无装配过程,从而带来高的使用可靠性。柔性机构可采用与半导体制造工艺相类似的IC工艺生产,可像集成电路芯片一样一次制成大量的完全相同的部件,制造成本较传统机械加工大大降低。

②应用方面。柔性机构运行无噪声,少振动,无摩擦、磨损,体积小,耗能少,效率高,微机械所消耗的能量远小于传统机械,但却能以较高的速度来完成同样的工作。如微型泵的流速是比其体积大得多的小型泵的1 000倍,且不存在信号延迟问题,微型电机的转速可达60万rpm。由于组成机构的零部件少,所以反冲、润滑问题也得以不同程度地缓和或者完全消除。

③柔性机构的控制方面。柔性机构可以和电路耦合,可以实现自动或远距离控制,在航空航天、生物芯片等领域有很广阔的应用空间,并且在某些领域已经发挥了显著的经济效益。微型机械要完成复杂的功能,在小型化的基础上达到集成化的目标,需要传感器、执行器和控制器为一体,特别是应用智能材料和智能结构后,更易于实现柔性机构的功能多样化和控制智能化。(www.xing528.com)

2.柔性机构的类型

按柔性机构的组成构件,可将柔性机构分为全柔性机构和部分柔性机构;全柔性机构的所有构件和铰链都具有某种程度的柔性(这在设计过程中,可以根据实际的要求,通过调整刚度和柔度的关系来实现),而部分柔性机构只有部分构件或者铰链为柔性构件或者柔性铰链,其他构件都是刚性的(或相对刚度大得多)。

根据结构形式的不同,全柔性机构又分为集中式柔性机构和分布式柔性机构,前者的“柔性”是仅存在于机构的局部,特别是柔性铰链的使用;而后者的“柔性”则分布在整个机构中。

从图5.19中四杆机构的实例可以看出,集中式全柔性机构在铰链区域容易产生应力集中,导致疲劳破坏以致机构失效,分布式全柔性机构则是通过整体的协调来完成某些运动,所以不存在这样的现象。从一定程度上说,分布式全柔性机构具有更大的适应性,所以应用更广泛,是研究的热点

图5.19 柔性机构的类型

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