面向航空等領(lǐng)域大型整體結(jié)構(gòu)件高精度高效加工對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的重要需求,本文系統(tǒng)研究了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜彈性剛度建模方法以及運(yùn)動(dòng)學(xué)性能和剛度性能的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。全文主要研究成果如下:提出了基于應(yīng)變能和幾何代數(shù)的考慮桿件和關(guān)節(jié)柔度的靜彈性剛度模型。首先,利用幾何代數(shù)方法分析得到了各個(gè)分支包含約束力和驅(qū)動(dòng)力的擴(kuò)展約束力子空間。其次,利用材料力學(xué)和空間力系平移定理得到了分支中各桿件和關(guān)節(jié)的應(yīng)變能解析表達(dá)式,并進(jìn)一步匯總得到了分支的總應(yīng)變能,通過(guò)卡式第二定理得到了與擴(kuò)展約束力子空間對(duì)應(yīng)的緊湊分支剛度矩陣。最后通過(guò)變形協(xié)調(diào)方程得到了機(jī)構(gòu)的總體剛度矩陣,并通過(guò)有限元分析驗(yàn)證了模型的正確性。建立了修訂的矩陣位移法(MSA)梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠染仃?并在此基礎(chǔ)上得到了旋轉(zhuǎn)鉸、萬(wàn)向鉸和球鉸的剛度矩陣在自身鉸空間的解析表達(dá)式。首先,針對(duì)傳統(tǒng)的MSA方法忽略剪切變形對(duì)桿件剛度性能影響的弊端,本文綜合考慮了桿件的軸向拉壓、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合彈性變形,基于應(yīng)變能和卡氏定理得到了懸臂梁的剛度矩陣。其次,通過(guò)變形協(xié)調(diào)條件得到了無(wú)約束桿件的剛度矩陣。最后通過(guò)矩陣位移法得到了鉸鏈剛度矩陣的解析表達(dá)式,并通過(guò)有限元模型驗(yàn)證了剛度模型的有效性。提出了考慮剛度矩陣非對(duì)角線元素耦合作用的綜合剛度性能指標(biāo),解耦了線剛度和角剛度,具有明確的物理量綱和物理意義,通過(guò)構(gòu)造拉格朗日函數(shù),得到了給定位形下的最大和最小剛度及其對(duì)應(yīng)方向。為了對(duì)比本文提出的綜合剛度指標(biāo)和對(duì)角線剛度指標(biāo)的不同,本文提出了分歧指標(biāo),其反映了非對(duì)角線元素的耦合作用對(duì)剛度性能的影響程度。結(jié)論顯示了非對(duì)角線元素的耦合作用是不可忽略的。本文基于多目標(biāo)博弈優(yōu)化算法、NSGA-Ⅱ遺傳算法和粒子群算法對(duì)2UPR-RPU并聯(lián)機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行了單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化。首先,考慮規(guī)則工作空間體積、運(yùn)動(dòng)/力傳遞性能和剛度性能作為目標(biāo)函數(shù),得到了各目標(biāo)函數(shù)的四維切片分布圖。其次,給不同目標(biāo)函數(shù)賦予不同的權(quán)重因子,將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個(gè)綜合目標(biāo),得到了綜合目標(biāo)在不同權(quán)重因子下的最優(yōu)值。最后,分別基于三種算法得到了2UPR-RPU并聯(lián)機(jī)構(gòu)多目標(biāo)的pareto前沿,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)選。本文研究成果對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜彈性剛度建模和多目標(biāo)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值,對(duì)推進(jìn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)裝備的工程應(yīng)用具有重要意義。
【學(xué)位單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH112
【部分圖文】：

大學(xué)推出了 6-SPS 并聯(lián)機(jī)床，2002 年清華大學(xué)動(dòng)并聯(lián)機(jī)床(如圖 1.7 所示)。國(guó)家非常重視機(jī)業(yè)快速健康發(fā)展。在攪拌摩擦焊領(lǐng)域，攪拌摩美國(guó)波音公司最早成功應(yīng)用，攪拌摩擦是一種

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