柔性铰链的有限元法设计与分析

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柔性铰链的有限元法设计与分析

单云霄 , 陈长征 , 刘磊 , 任建岳 , 王兵

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单云霄, 陈长征, 刘磊, 任建岳, 王兵. 柔性铰链的有限元法设计与分析[J]. 中国光学, 2010, 3(2): 146-151.

引用本文:

单云霄, 陈长征, 刘磊, 任建岳, 王兵. 柔性铰链的有限元法设计与分析[J]. 中国光学, 2010, 3(2): 146-151.

SHAN Yun-xiao, CHEN Chang-zheng, LIU Lei, REN Jian-yue, WANG Bing. Design and analysis of flexure hinge by finite element method[J]. Chinese Optics, 2010, 3(2): 146-151.

Citation:

SHAN Yun-xiao, CHEN Chang-zheng, LIU Lei, REN Jian-yue, WANG Bing. Design and analysis of flexure hinge by finite element method[J]. Chinese Optics, 2010, 3(2): 146-151.

柔性铰链的有限元法设计与分析

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033;
2.
中国科学院研究生院，北京 100039

通讯作者: 单云霄

Design and analysis of flexure hinge by finite element method

1.
Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
2.
Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China

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Corresponding author: SHAN Yun-xiao

摘要: 大变形、小应力、小中心漂移的柔性铰链的研制一直是柔性铰链研究的难题。本文在参考国外某款柔性铰链的基础上，利用V型结构设计、叠加理论和对称布置方法设计了一种新型的柔性铰链。针对这种柔性铰链的设计进行了概念性研究，建立了铰链的数学模型，研究了这种新型柔性铰链的性能。有限元方法分析表明，该设计方法增加了铰链柔性部分的长度，降低了它的中心漂移和最大应力，得到其最大转角约为16°，最大中心漂移为3.557 μm，最大应力为499.8 MPa，满足了最初的设计指标要求。结果证明该铰链具有一定的实用价值。
- 蝶型柔性铰链 /
- 柔性单元 /
- V型设计 /
- 中心漂移补偿 /
- 最大应力 /
- 最大转角
Abstract: The development of flexure hinges with large deflection, low stress, small parasitic center shift has always been a difficult problem. On the basis of some foreign flexure hinges, this paper designed a new kind of flexure hinge by using a V shape structure, symmetric layout and the superposition principle. The concept design theory of this flexure hinge was analyzed, and a mathematic model was established to analyze its performance. Analyzed results show that the length of flexure part for the hinge has increased and its parasitic center shift and maximal stress have decreased. Finite element method indicates that its maximal deflection is about 16°, maximal parasitic center shift is 3.557 μm, and maximal stress is 499.8 MPa, respectively, which meets the requirement of design target and the results prove that this flexure hinge has a good quality in practices.
- butterfly flexure hinge /
- flexure element /
- V shape design /
- parasitic center shift compensation /
- maximal stress /
- maximal deflection

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柔性铰链的有限元法设计与分析

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033;

2. 中国科学院研究生院，北京 100039

通讯作者: 单云霄

收稿日期: 2009-01-11
修回日期: 2010-03-13
刊出日期: 2010-04-20

关键词:

蝶型柔性铰链 /

中心漂移补偿 /

摘要: 大变形、小应力、小中心漂移的柔性铰链的研制一直是柔性铰链研究的难题。本文在参考国外某款柔性铰链的基础上，利用V型结构设计、叠加理论和对称布置方法设计了一种新型的柔性铰链。针对这种柔性铰链的设计进行了概念性研究，建立了铰链的数学模型，研究了这种新型柔性铰链的性能。有限元方法分析表明，该设计方法增加了铰链柔性部分的长度，降低了它的中心漂移和最大应力，得到其最大转角约为16°，最大中心漂移为3.557 μm，最大应力为499.8 MPa，满足了最初的设计指标要求。结果证明该铰链具有一定的实用价值。

English Abstract

单云霄, 陈长征, 刘磊, 任建岳, 王兵. 柔性铰链的有限元法设计与分析[J]. 中国光学, 2010, 3(2): 146-151.

引用本文:

单云霄, 陈长征, 刘磊, 任建岳, 王兵. 柔性铰链的有限元法设计与分析[J]. 中国光学, 2010, 3(2): 146-151.

SHAN Yun-xiao, CHEN Chang-zheng, LIU Lei, REN Jian-yue, WANG Bing. Design and analysis of flexure hinge by finite element method[J]. Chinese Optics, 2010, 3(2): 146-151.

Citation:

SHAN Yun-xiao, CHEN Chang-zheng, LIU Lei, REN Jian-yue, WANG Bing. Design and analysis of flexure hinge by finite element method[J]. Chinese Optics, 2010, 3(2): 146-151.

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