闫 凯 张 静 寇子明

1.太原理工大学机械工程学院，太原，0300242.太原理工大学山西省矿山流体控制工程实验室，太原，0300243.太原理工大学矿山流体控制国家地方联合工程实验室，太原，030024



S形折叠式柔性铰链结构设计

闫 凯1,2,3张 静1,2,3寇子明1,2,3

1.太原理工大学机械工程学院，太原，0300242.太原理工大学山西省矿山流体控制工程实验室，太原，0300243.太原理工大学矿山流体控制国家地方联合工程实验室，太原，030024

为了减小柔性铰链的转动刚度，依据串并联关系，设计了S形折叠式柔性铰链。使用伪刚体法和能量法，建立了S形柔性铰链的刚度模型。利用ANSYS建立了该柔性铰链的有限元模型，对铰链进行了刚度和应力分析，并将其与理论值进行了比较，得到刚度误差约为3%，验证了刚度模型的准确性。当转角达到最大值±35°时，安全系数为4，符合设计要求。

柔性铰链；伪刚体法；能量法；等效刚度；有限元分析

0 引言

柔性铰链是一种特殊的柔性单元[1-3]，具有整体化加工、无摩擦、免润滑等特点，主要用于要求较高的精密仪器、仿生机器人、航空航天等领域[4]。柔性铰链的运动主要依靠缺口梁、杆或板单元的变形来实现[5-7]。

为了减小柔性铰链的转动刚度，在一些柔性铰链的设计中采用多节悬臂梁结构作为变形单元，但目前多节悬臂梁单元刚度模型的建模方法还不完善。谭坤等[8]采用多节悬臂梁结构设计了一种大变形柔性铰链，但并未给出多节悬臂梁的刚度模型。何光等[9]对Z形、L形多节悬臂梁进行了平面刚度模型的推导，但忽略了转角对刚度的影响，精度并不高。……