中国光学, 2010, 3 (2): 146, 网络出版: 2010-12-07   

柔性铰链的有限元法设计与分析

Design and analysis of flexure hinge by finite element method
作者单位
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
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3.557μm,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。
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.

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. 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.

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