本文關(guān)鍵詞：少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度和動(dòng)特性一體化建模與性能分析

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【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為大型鋁合金結(jié)構(gòu)件高效加工裝備的核心功能部件,其剛度和動(dòng)力學(xué)性能將會(huì)直接影響工件的加工精度和加工效率。但是,目前對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度和動(dòng)特性的分析,學(xué)術(shù)界通常是進(jìn)行單獨(dú)建模及單獨(dú)分析,并未建立起一種可同時(shí)用于機(jī)構(gòu)剛度和動(dòng)特性分析的模型。有鑒于此,以一類少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,本文建立了該類機(jī)構(gòu)的剛度和動(dòng)特性的一體化模型。全文取得的成果總結(jié)如下:首先,依據(jù)該類少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的拓?fù)涮攸c(diǎn),采用子結(jié)構(gòu)綜合技術(shù)推導(dǎo)其彈性動(dòng)力學(xué)方程。建模時(shí),將整機(jī)分成動(dòng)平臺(tái)、基座和支鏈子系統(tǒng)。為了計(jì)入支鏈的彈性和復(fù)雜結(jié)構(gòu)對(duì)整機(jī)性能的影響,借鑒有限單元法的思想將支鏈離散成具有等效截面的空間梁?jiǎn)卧?建立其動(dòng)力學(xué)模型。為計(jì)入各關(guān)節(jié)的彈性,將各關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化成集中于其幾何中心的具有等效剛度的6自由度彈簧。因動(dòng)平臺(tái)的剛性較大,故建模時(shí)將其視為剛體并采用牛頓第二定律建立其動(dòng)力學(xué)模型。分別計(jì)入支鏈和動(dòng)平臺(tái)以及基座間的變形協(xié)調(diào)條件,得到系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。然后,為驗(yàn)證所建彈性動(dòng)力學(xué)模型的有效性,以A3為例,借由天津大學(xué)搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比。剛度及固有特性的解析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明,所建解析模型具有較高的計(jì)算精度,可用于該類機(jī)構(gòu)的剛度和動(dòng)特性預(yù)估與分析。繼而,以四種典型并聯(lián)機(jī)構(gòu)A3、Z3、Exechon和Exe-Variant為例,進(jìn)行了其剛度在工作全域內(nèi)的快速預(yù)估,并進(jìn)行了相關(guān)的參數(shù)影響分析。研究結(jié)果表明,四種典型機(jī)構(gòu)的剛度隨位姿變化,且由于其機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致剛度在工作平面上的分布呈現(xiàn)出對(duì)稱性。四種典型機(jī)構(gòu)的剛度對(duì)比表明,在尺度參數(shù)、工作空間大致相同的情況下,Z3頭的剛度性能優(yōu)于A3頭,Exe-Variant并聯(lián)模塊具備與Exechon并聯(lián)模塊同樣優(yōu)良的剛度性能。四種典型機(jī)構(gòu)的剛度參數(shù)影響分析表明,機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)整機(jī)剛度性能影響較大,因此建議在該類機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段應(yīng)予以考量。最后,進(jìn)行了四種典型機(jī)構(gòu)的固有特性分析。研究結(jié)果表明,四種典型機(jī)構(gòu)的固有頻率隨位姿變化,且其在工作空間內(nèi)的分布呈現(xiàn)出對(duì)稱性。四種典型機(jī)構(gòu)固有頻率的參數(shù)影響分析表明,機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)整機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能具有較大影響,在該類少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段應(yīng)予以考慮。另外,四種典型機(jī)構(gòu)在工作空間內(nèi)的固有特性對(duì)比表明,在尺度參數(shù)、工作空間大致相同的情況下,Z3頭的動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)于A3頭,Exe-Variant并聯(lián)模塊的動(dòng)力學(xué)性能比Exechon并聯(lián)模塊更加優(yōu)良。本文的研究方法結(jié)合了有限元法和解析法的優(yōu)點(diǎn),兼具有限元法的計(jì)算精度和解析法的建模效率,可擴(kuò)展到其他類型的并聯(lián)機(jī)構(gòu),相關(guān)成果可對(duì)一類少自由度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減振、抑振等具有重要的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V262;TH112

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本文編號(hào)：1170822