針對空間柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型難以加工或加工成本過高的問題,提出一種可裝配式空間柔順拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法。通過對空間3-PUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得到其微分雅可比矩陣,建立空間三平移柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型同構(gòu)映射矩陣。采用同構(gòu)映射矩陣與SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）插值模型相結(jié)合的拓?fù)鋬?yōu)化方法,建立空間三平移柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)淠Ｐ筒⑶蠼狻Ｍㄟ^對拓?fù)錁?gòu)型二次建模與靜力學(xué)仿真對比分析,實(shí)時(shí)修正拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù),采用3D打印實(shí)體模型進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:文中所設(shè)計(jì)的空間三平移柔順機(jī)構(gòu)與3-PUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有同構(gòu)性,為該類型柔順機(jī)構(gòu)精確建模與應(yīng)用提供切實(shí)可行的途徑。 

【文章來源】：機(jī)械設(shè)計(jì). 2020,37(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

空間3-PUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)

空間3-PUU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。動(dòng)、定平臺均為等邊三角形，動(dòng)平臺與各支鏈的連接點(diǎn)分別為C1,C2,C3，定平臺的3個(gè)連接點(diǎn)分別為A1,A2,A3，導(dǎo)軌與U副的連接點(diǎn)分別為B1,B2,B3。設(shè)支鏈長度為L1=L2=L3=L，動(dòng)平臺外接圓半徑為r，定平臺外接圓半徑為R，動(dòng)平臺和定平臺的中心分別為O"和O點(diǎn)，以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)建立全局坐標(biāo)系O-xyz，其中x軸方向?yàn)榈呢?fù)方向，z軸的方向?yàn)榇怪倍ㄆ脚_豎直向上，以O(shè)"點(diǎn)為原點(diǎn)建立局部坐標(biāo)系O"-x"y"z"，其中x"軸方向?yàn)榈呢?fù)方向，z"軸方向?yàn)榇怪眲?dòng)平臺豎直向上。如果用i(i=1,2,3)表示第幾條支鏈，則相對全局坐標(biāo)系O-xyz的Ai點(diǎn)坐標(biāo)表示為(Rcosθi,Rsinθi,0)，相對局部坐標(biāo)系O"-x"y"z"的Ci點(diǎn)坐標(biāo)可表示為(rcosθi,rsinθi,0),其中根據(jù)單支鏈的封閉矢量映射原理分析，建立等式:

設(shè)Kf=1.2,FR=FG=3.685 N,m=2,45鋼的螺栓許用拉應(yīng)力[σ]=300 MPa，為保證螺栓與連接件不產(chǎn)生滑移，根據(jù)公式及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取螺栓預(yù)緊力為F"=100 N，并選擇M6的圓柱頭螺栓進(jìn)行連接。代入給定參數(shù)構(gòu)建空間三平移柔順機(jī)構(gòu)模型，運(yùn)用Solid Works三維軟件進(jìn)行三維建模，并將該模型轉(zhuǎn)換成IGES格式導(dǎo)入到Hypermesh進(jìn)行前處理，圖4為空間三平移構(gòu)型的有限元模型，在每個(gè)支鏈上預(yù)先留出壓電陶瓷放置區(qū)域，其位置大小根據(jù)壓電陶瓷的尺寸給定。綠色區(qū)域即3條支鏈部分為設(shè)計(jì)區(qū)域，其余部分為非設(shè)計(jì)區(qū)域。模型材料設(shè)定為鋼材料，其彈性模量E=2.1 GPa，泊松比μ=0.3，材料密度為7.85 g/cm3，優(yōu)化過程的體積約束設(shè)最大為0.5。有限元模型劃分的六面體網(wǎng)格尺寸大小為1 mm，在各裝配部件的接觸面上定義接觸對[12]，接觸對是接觸分析中的兩個(gè)接觸面，由于是整體分析，為簡化接觸分析的復(fù)雜度，采用簡化螺栓模型[13]來定義各螺栓。根據(jù)壓電陶瓷的輸出特性，通過壓電陶瓷產(chǎn)生等效位移載荷，使得輸入端分別產(chǎn)生0.003,0.006,0.007 mm的位移，對前處理的模型進(jìn)行靜力分析得到z軸方向的位移云圖并取壓電陶瓷輸入端3個(gè)節(jié)點(diǎn)293251,653,281645上的位移進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖5所示。其中:節(jié)點(diǎn)281645在z軸上產(chǎn)生了2.909×10-3mm的位移，對應(yīng)Δl1的位移量;節(jié)點(diǎn)653在z軸上產(chǎn)生了5.987×10-3mm的位移，對應(yīng)Δl2的位移量;節(jié)點(diǎn)293251在z軸上產(chǎn)生了6.959×10-3mm的位移，對應(yīng)Δl3的位移量。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3043306