3-PSP并聯(lián)機構(gòu)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模與結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
本文關(guān)鍵詞：3-PSP并聯(lián)機構(gòu)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模與結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】：并聯(lián)機構(gòu)是國際上機械裝備研究領(lǐng)域的新興課題,國內(nèi)外學者做了大量的研究工作。因其具有承載能力強、累積誤差小、剛度大、精度高、動力性好等一系列優(yōu)點,使其在制造領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。雖然并聯(lián)機構(gòu)因其特點,彌補了串聯(lián)機構(gòu)由于鉸接間隙和懸臂變形引起的不足,但連桿的變形及系統(tǒng)的振動仍是影響精度的主要原因。所以,并聯(lián)機構(gòu)的彈性變形對其精度和動態(tài)特性的影響仍是不可忽略的問題。尤其是連桿在運動中的實際狀況,會對整個機構(gòu)的加工精度產(chǎn)生重要的影響。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,以具有三自由度的3-PSP并聯(lián)機構(gòu)為主要研究對象,對其進行結(jié)構(gòu)分析,并將虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用到并聯(lián)機構(gòu)運動仿真的研究中,對桿件進行柔性化處理,建立該并聯(lián)機構(gòu)的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)模型,對其運動學及動力學進行研究分析與仿真分析。同時利用有限元軟件,以質(zhì)量輕化為優(yōu)化目的,對機構(gòu)模型進行拓撲優(yōu)化研究,并從應(yīng)力、應(yīng)變、模態(tài)頻率及屈曲分析四方面對優(yōu)化前后結(jié)果進行對比分析,為該3-PSP并聯(lián)機構(gòu)實現(xiàn)高效的設(shè)計研究做出有意義的嘗試,全文主要研究內(nèi)容如下：(1)論述本課題的研究背景和并聯(lián)機構(gòu)國內(nèi)外發(fā)展歷史及狀況,總結(jié)前人的研究方法及優(yōu)勢,綜述剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的提出與拓撲優(yōu)化的基本概念,指出將虛擬樣機技術(shù)引入到并聯(lián)機構(gòu)仿真設(shè)計研究的實用性。(2)對3-PSP并聯(lián)機構(gòu)進行位姿分析,利用封閉矢量環(huán)法,構(gòu)造機構(gòu)的運動學方程,并對其進行位姿的正解與逆解分析；運用多體動力學軟件ADAMS對3-PSP并聯(lián)機構(gòu)進行運動學仿真,分析機構(gòu)驅(qū)動副的位移、速度和加速度曲線,將其與理論計算相比較,驗證虛擬樣機模型運動學仿真分析結(jié)果的正確性及準確性；基于運動學仿真分析的基礎(chǔ)上,對機構(gòu)進行動力學逆解分析,求得驅(qū)動副力的變化曲線,就其仿真結(jié)果預(yù)測電機驅(qū)動力,進而為選取電機型號做準備。(3)運用Solidworks、ANSYS和ADAMS虛擬樣機軟件相結(jié)合的方法,針對結(jié)構(gòu)中對運動影響較大的細長桿件進行柔性化處理,考慮其彈性變形對機構(gòu)的影響,對3-PSP并聯(lián)機構(gòu)進行剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模；然后利用剛?cè)狁詈蟿恿W模型,對機構(gòu)進行動力學仿真分析,驗證剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)是一種能建立更真實的反應(yīng)機構(gòu)在實際中運動狀況的虛擬樣機模型的方法。(4)為使3-PSP并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)更加合理,用材更經(jīng)濟,達到高性價比的制造目的,利用拓撲優(yōu)化理論和有限元軟件ANSYS Workbench對機構(gòu)主要部件進行拓撲優(yōu)化設(shè)計,并對優(yōu)化結(jié)果進行校核分析,同時與優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)進行對比,驗證優(yōu)化結(jié)果的可實用性。利用虛擬樣機技術(shù)對機械系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真分析,可對機構(gòu)的性能進行分析和預(yù)估,為物理樣機的制作和設(shè)計提供參考意見。本文通過采用虛擬樣機技術(shù)對3-PSP并聯(lián)機構(gòu)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)模型進行建模與仿真,驗證了柔性體彈性變形在運動中會對機構(gòu)造成影響,并通過與理論公式對比,證明了該建模方法的正確性,為同類課題研究提供了可靠的研究方法和參考依據(jù)。并通過對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析,添加對應(yīng)約束條件,在滿足強度、剛度的基礎(chǔ)上減輕了機構(gòu)質(zhì)量,重新設(shè)計出新的拓撲模型。因此本文研究方法與結(jié)論均在理論研究的基礎(chǔ)上得到,具有重要的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：并聯(lián)機構(gòu) 剛?cè)狁詈?/strong> 仿真 拓撲優(yōu)化
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH112
【目錄】：
- 摘要4-6
- Abstract6-12
- 第一章 緒論12-22
- 1.1 課題研究的背景12-15
- 1.2 發(fā)展概述15-19
- 1.2.1 國內(nèi)外并聯(lián)機構(gòu)及剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)研究15-17
- 1.2.2 并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
- 1.3 課題研究的目的和意義19-20
- 1.4 課題研究的主要內(nèi)容20-22
- 1.4.1 課題的研究內(nèi)容20
- 1.4.2 課題的研究方法20-22
- 第二章 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)運動學分析及仿真22-38
- 2.1 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)簡介22-25
- 2.1.1 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)運動方式22-23
- 2.1.2 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計參數(shù)23
- 2.1.3 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)自由度計算23-25
- 2.2 并聯(lián)機構(gòu)運動學理論研究25-27
- 2.2.1 位姿描述25
- 2.2.2 坐標變換25-27
- 2.3 基于矢量法的3-PSP并聯(lián)機構(gòu)運動學分析27-32
- 2.3.1 運動學逆解27-30
- 2.3.2 運動學正解30-32
- 2.4 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)運動學仿真分析32-35
- 2.4.1 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)三維建模32
- 2.4.2 多剛體系統(tǒng)運動學仿真32-35
- 2.5 運行學算例35-36
- 2.6 本章小結(jié)36-38
- 第三章 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模與動力學仿真38-58
- 3.1 動力學系統(tǒng)理論研究38-41
- 3.1.1 多剛體系統(tǒng)動力學方程38-39
- 3.1.2 剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學方程39-41
- 3.2 基于虛擬樣機技術(shù)的聯(lián)合建模方法與流程41-45
- 3.2.1 基于Solidworks和ADAMS的聯(lián)合建模方法41-43
- 3.2.2 基于ADAMS和ANSYS的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模方法43-45
- 3.3 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)連桿柔性體的建立45-48
- 3.3.1 柔性體文件的建立方法45-46
- 3.3.2 柔性體文件建立的關(guān)鍵問題46-47
- 3.3.3 模態(tài)中性文件MNF的生成47-48
- 3.4 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模48-51
- 3.4.1 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)虛擬樣機模型導(dǎo)入48-49
- 3.4.2 添加約束49-50
- 3.4.3 剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)模型的建立50-51
- 3.5 剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)仿真51-55
- 3.5.1 剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)運動學仿真51-52
- 3.5.2 剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學仿真52-55
- 3.6 仿真結(jié)果分析55
- 3.7 本章小結(jié)55-58
- 第四章 3-PSP并聯(lián)機構(gòu)拓撲優(yōu)化研究58-76
- 4.1 拓撲優(yōu)化理論58-61
- 4.1.1 拓撲優(yōu)化主要方法58-59
- 4.1.2 拓撲優(yōu)化方法的優(yōu)勢59
- 4.1.3 拓撲優(yōu)化的理論模型59-61
- 4.1.4 拓撲優(yōu)化的步驟61
- 4.2 基于ESO法3-PSP并聯(lián)機構(gòu)拓撲優(yōu)化61-67
- 4.2.1 連桿優(yōu)化62-66
- 4.2.2 靜平臺優(yōu)化66-67
- 4.3 優(yōu)化結(jié)果校核與分析67-74
- 4.4 本章小結(jié)74-76
- 第五章 結(jié)論76-78
- 5.1 結(jié)論76-77
- 5.2 展望77-78
- 參考文獻78-82
- 作者簡介82
- 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文82-84
- 致謝84
【參考文獻】
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本文關(guān)鍵詞：3-PSP并聯(lián)機構(gòu)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)建模與結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
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