【摘要】：隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械系統(tǒng)需要有更高的效率、更高的精度和更長(zhǎng)的壽命。在影響機(jī)械系統(tǒng)性能的眾多因素中,運(yùn)動(dòng)副間隙已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外機(jī)械工程領(lǐng)域迫切需要解決的問題之一。在實(shí)際機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副間隙不可避免的存在,并且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加其尺寸會(huì)不斷增大,由運(yùn)動(dòng)副間隙引起的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度、動(dòng)力學(xué)特性及穩(wěn)定性等問題逐漸凸顯。并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、運(yùn)動(dòng)精度高和動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn),但由于運(yùn)動(dòng)副間隙等因素的存在,機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)并未能完全發(fā)揮。因此對(duì)考慮運(yùn)動(dòng)副間隙的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際指導(dǎo)意義。本文以平面三自由度3-RRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,系統(tǒng)地分析在考慮運(yùn)動(dòng)副間隙時(shí),機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能,并提出采用冗余驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)間隙抑制,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要進(jìn)行以下幾方面的研究:考慮平面3-RRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多處運(yùn)動(dòng)副間隙,將運(yùn)動(dòng)副間隙簡(jiǎn)化為虛擬連桿模型�；跈C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束方程,推導(dǎo)出了運(yùn)動(dòng)副間隙與機(jī)構(gòu)定位誤差之間的傳遞方程,得到一種線性誤差傳遞關(guān)系。繪出了機(jī)構(gòu)最大誤差在工作空間的分布,揭示出誤差分布與機(jī)構(gòu)雅可比矩陣條件數(shù)之間的聯(lián)系。完成了對(duì)平面3-RRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛體動(dòng)力學(xué)建模。采用參考點(diǎn)坐標(biāo),得到的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程具有拓展性,便于將運(yùn)動(dòng)副間隙處碰撞力引入到方程中。對(duì)考慮間隙的平面轉(zhuǎn)動(dòng)副進(jìn)行了詳細(xì)描述,將碰撞力、摩擦力及潤(rùn)滑多種因素考慮在內(nèi),采用Bathe兩步積分法求解所建立的方程。結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)副間隙對(duì)3-RRR機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能影響明顯,增加了運(yùn)動(dòng)副處碰撞力,導(dǎo)致末端平臺(tái)加速度產(chǎn)生波動(dòng),降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了對(duì)考慮運(yùn)動(dòng)副間隙的3-RRR機(jī)構(gòu)性能有更全面的認(rèn)識(shí),深入分析了十種不同因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響,分別是:運(yùn)動(dòng)副間隙大小、運(yùn)動(dòng)副間隙分布位置、運(yùn)動(dòng)副間隙數(shù)量、材料楊氏模量、材料恢復(fù)系數(shù)、材料摩擦系數(shù)、潤(rùn)滑情況、動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度和負(fù)載大小。以平臺(tái)加速度均方差定量化作為評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)果表明各種因素對(duì)系統(tǒng)影響程度不同,其中運(yùn)動(dòng)副尺寸、摩擦力和運(yùn)行速度影響最為明顯。完成了對(duì)考慮運(yùn)動(dòng)副間隙的3-RRR機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)建模。建模時(shí)將驅(qū)動(dòng)桿視為剛性桿而從動(dòng)桿視為彈性桿,剛性桿采用絕對(duì)自然坐標(biāo)法描述,彈性桿采用絕對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)法描述,降低了系統(tǒng)坐標(biāo)維數(shù)。同時(shí)針對(duì)實(shí)際機(jī)構(gòu)中存在的轉(zhuǎn)動(dòng)副深溝球軸承,進(jìn)行了詳細(xì)的幾何建模和碰撞模型描述。結(jié)果顯示桿件彈性降低了運(yùn)動(dòng)副碰撞力,緩解了動(dòng)平臺(tái)加速度波動(dòng)�；趯�(duì)考慮運(yùn)動(dòng)副間隙的3-RRR機(jī)構(gòu)分析,提出了一種運(yùn)動(dòng)副間隙抑制策略。采用3-RRR機(jī)構(gòu)的一種冗余形式4-RRR機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在任意位置和姿態(tài)下的靜力平衡。通過預(yù)緊從動(dòng)桿,使運(yùn)動(dòng)副間隙等效在從動(dòng)桿上,從而有效降低了間隙的影響。之后考慮驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)處的回程間隙,對(duì)冗余4-RRR機(jī)構(gòu)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)力優(yōu)化。結(jié)果顯示,通過4-RRR機(jī)構(gòu)抑制間隙后,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能和動(dòng)力學(xué)性能均得到改善。最后,對(duì)平面4-RRR機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)定位實(shí)驗(yàn)。首先得到間隙抑制前機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差在工作空間的分布。然后通過運(yùn)動(dòng)副間隙抑制策略,有效提高了系統(tǒng)定位精度和重復(fù)定位精度。之后采用誤差補(bǔ)償,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)精度。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于冗余機(jī)構(gòu)的間隙抑制策略的有效性。
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【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

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2 閻紹澤,葉青,申永勝,陳洪彬;間隙對(duì)空間可展結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能的影響[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2002年06期

3 李哲,白師賢;用優(yōu)化彈簧改善含間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1990年04期

4 靳春梅,邱陽(yáng),樊靈,張陵;含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究若干問題[J];機(jī)械強(qiáng)度;2001年01期

5 靳春梅,邱陽(yáng),樊靈,張陵;含間隙彈性連桿機(jī)構(gòu)的KED分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2000年10期

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本文編號(hào)：2414795