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摘要
为了解决柔顺恒力机构中正刚度模块的几何非线性问题，基于半圆型波纹周期梁设计了正刚度模块，负刚度模块采用双稳态梁，利用正负刚度叠加原理设计了柔顺恒力机构。采用莫尔积分法和柔度矩阵法建立了正刚度模块的理论模型，采用椭圆积分法建立了负刚度模块的理论模型，并通过ANSYS有限元仿真软件分析了柔顺恒力机构的力-位移曲线以验证理论模型，两者相对误差在10%以内。为了扩大恒力区间范围，采用响应面法对柔顺恒力机构的几何参数进行优化，并对影响恒力范围的几何参数进行了灵敏度分析。利用3D打印技术加工柔顺恒力机构样机进行实验验证，实验结果表明，机构能在输入位移1.1～6.2 mm的范围内保持约18.8 N的恒力，验证了所设计的柔顺恒力机构的可行性、优化方法的有效性和理论模型的准确性。
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单位华东交通大学机电与车辆工程学院; 中国科学院合肥物质科学研究院
