Linear and nonlinear analytical equations for fast design of three types of triangular-amplified compliant mechanisms

非线性系统 菱形 计算机科学 刚度 运动学 轴对称性 应用数学 数学 工程类 结构工程 几何学 物理 经典力学 量子力学
作者
Jie Zhu,Mingxiang Ling,Li Lu,Haifeng Gao,Shilei Wu,Liguo Chen,Lining Sun
出处
期刊:Precision Engineering-journal of The International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology [Elsevier]
卷期号:86: 342-350 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.precisioneng.2024.01.006
摘要

Compliant amplification mechanisms based on the triangular principle have attracted considerable applications in precision and other engineering fields due to their compactness and efficient amplification capacity. However, a fast engineering design for geometric nonlinearity of large strokes is still much challenging. We report herein a series of analytical equations of nonlinear amplification ratio, input and output stiffness for three commonly-used triangular-amplified compliant mechanisms, namely the rhombus, diamond and bridge types. The pronounced geometric nonlinearities of axially-loaded stiffening and kinematics-arching effects are explicitly formulated. The proposed nonlinear formulas can be directly degenerated as the linear models by vanishing the nonlinear terms, which enables a comprehensive analysis of linear and nonlinear kinetostatics, and hence offers a straightforward way for the fast performance evaluation and size synthesis/optimization. This relieves an engineer's experience and knowledge for an ab initio modeling process. The prediction error is discussed and some insights into the linear and nonlinear characteristics of the three commonly-used triangular-amplified compliant mechanisms are outlined that confirms the advantage of analytical equations bringing to a fast engineering analysis and design.

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