【摘要】：隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展,機械系統(tǒng)需要有更高的效率、更高的精度和更長的壽命。在影響機械系統(tǒng)性能的眾多因素中,運動副間隙已經(jīng)成為國內(nèi)外機械工程領域迫切需要解決的問題之一。在實際機構(gòu)中運動副間隙不可避免的存在,并且隨著運行時間的增加其尺寸會不斷增大,由運動副間隙引起的系統(tǒng)運動精度、動力學特性及穩(wěn)定性等問題逐漸凸顯。并聯(lián)機構(gòu)具有剛度大、運動精度高和動態(tài)性能好等特點,但由于運動副間隙等因素的存在,機構(gòu)的優(yōu)勢并未能完全發(fā)揮。因此對考慮運動副間隙的并聯(lián)機構(gòu)進行研究,具有重要的理論價值和實際指導意義。本文以平面三自由度3-RRR并聯(lián)機構(gòu)為研究對象,系統(tǒng)地分析在考慮運動副間隙時,機構(gòu)的運動學和動力學性能,并提出采用冗余驅(qū)動實現(xiàn)間隙抑制,進行實驗驗證。主要進行以下幾方面的研究:考慮平面3-RRR并聯(lián)機構(gòu)的多處運動副間隙,將運動副間隙簡化為虛擬連桿模型�；跈C構(gòu)的運動學約束方程,推導出了運動副間隙與機構(gòu)定位誤差之間的傳遞方程,得到一種線性誤差傳遞關系。繪出了機構(gòu)最大誤差在工作空間的分布,揭示出誤差分布與機構(gòu)雅可比矩陣條件數(shù)之間的聯(lián)系。完成了對平面3-RRR并聯(lián)機構(gòu)的剛體動力學建模。采用參考點坐標,得到的系統(tǒng)運動方程具有拓展性,便于將運動副間隙處碰撞力引入到方程中。對考慮間隙的平面轉(zhuǎn)動副進行了詳細描述,將碰撞力、摩擦力及潤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)果顯示運動副間隙對3-RRR機構(gòu)動力性能影響明顯,增加了運動副處碰撞力,導致末端平臺加速度產(chǎn)生波動,降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了對考慮運動副間隙的3-RRR機構(gòu)性能有更全面的認識,深入分析了十種不同因素對系統(tǒng)性能的影響,分別是:運動副間隙大小、運動副間隙分布位置、運動副間隙數(shù)量、材料楊氏模量、材料恢復系數(shù)、材料摩擦系數(shù)、潤滑情況、動平臺運動軌跡、運動速度和負載大小。以平臺加速度均方差定量化作為評價指標,結(jié)果表明各種因素對系統(tǒng)影響程度不同,其中運動副尺寸、摩擦力和運行速度影響最為明顯。完成了對考慮運動副間隙的3-RRR機構(gòu)的彈性動力學建模。建模時將驅(qū)動桿視為剛性桿而從動桿視為彈性桿,剛性桿采用絕對自然坐標法描述,彈性桿采用絕對節(jié)點坐標法描述,降低了系統(tǒng)坐標維數(shù)。同時針對實際機構(gòu)中存在的轉(zhuǎn)動副深溝球軸承,進行了詳細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動副碰撞力,緩解了動平臺加速度波動�；趯紤]運動副間隙的3-RRR機構(gòu)分析,提出了一種運動副間隙抑制策略。采用3-RRR機構(gòu)的一種冗余形式4-RRR機構(gòu),實現(xiàn)機構(gòu)在任意位置和姿態(tài)下的靜力平衡。通過預緊從動桿,使運動副間隙等效在從動桿上,從而有效降低了間隙的影響。之后考慮驅(qū)動關節(jié)處的回程間隙,對冗余4-RRR機構(gòu)進行了驅(qū)動力優(yōu)化。結(jié)果顯示,通過4-RRR機構(gòu)抑制間隙后,機構(gòu)的運動學性能和動力學性能均得到改善。最后,對平面4-RRR機構(gòu)進行了運動學定位實驗。首先得到間隙抑制前機構(gòu)運動誤差在工作空間的分布。然后通過運動副間隙抑制策略,有效提高了系統(tǒng)定位精度和重復定位精度。之后采用誤差補償,進一步提高了系統(tǒng)精度。實驗驗證了基于冗余機構(gòu)的間隙抑制策略的有效性。
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【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH112

【參考文獻】

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5 靳春梅,邱陽,樊靈,張陵;含間隙彈性連桿機構(gòu)的KED分析[J];機械設計;2000年10期

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本文編號：2414795