新型混合柔性铰链的设计计算与参数优化

为满足微纳驱动技术快速发展对大柔度柔性铰链的迫切需求,在传统对称切口柔性铰链的基础上,提出了一类基于摆线和椭圆混合切口的新型混合柔性铰链及其优化设计方法.首先,根据材料力学悬臂梁弯曲变形和拉伸变形理论,推导了转动柔度和拉伸柔度的计算公式,考虑弯曲变形的应力集中现象,推导了最大应力的计算公式,通过有限元仿真验证了计算公式的正确性.然后,讨论了结构参数对转动柔度、拉伸柔度和最大应力的影响,研究表明,转动柔度和拉伸柔度随参数的变化具有一致性,都与弹性模量、宽度和最小厚度成正比,与拱高参数成反比;最大应力随宽度、最小厚度和拱高参数的增大而减小.最后,以结构参数为优化设计变量,以柔度比为优化目标函数,考虑几何约束、强度约束和外部载荷,建立了新型混合柔性铰链的优化设计模型,并通过实例分析,验证了新型混合柔性铰链的优越性及优化设计方法的有效性.