本文關鍵詞：基于解耦并聯(lián)機構的3D打印機結構設計與研究

  更多相關文章： 3D打印 解耦并聯(lián)機構 尺寸優(yōu)化 動力學 樣機設計

【摘要】：作為快速成形領域的一種新興技術,3D打印技術綜合了計算機技術、精密機械、材料科學等多種先進技術,使產品大大縮短了加工周期,已被廣泛應用于醫(yī)療、汽車、航空航天等領域。然而目前3D打印設備普遍采用串聯(lián)機構作為執(zhí)行機構,因而存在打印精度差、速度低等問題,給3D打印機的推廣帶來了一定的困難。3D打印機的主體為執(zhí)行機構,因此執(zhí)行機構是影響3D打印質量的關鍵因素之一。為此,本文以3D打印機執(zhí)行機構為出發(fā)點來展開研究,旨在改善現有3D打印設備在本體結構上存在的問題。通過對FDM工藝3D打印機工作機理的分析,闡述3D打印機的運動原理,從結構和功能上指出現有3D打印機執(zhí)行機構的不足之處,總結影響3D打印精度和速度的因素,提出解耦并聯(lián)3D打印機器人的設計方法。對比耦合與解耦并聯(lián)機構的優(yōu)缺點,選取3-CUR解耦并聯(lián)機構作為3D打印機的執(zhí)行機構。對執(zhí)行機構進行運動學分析,得到機構輸入與輸出之間的映射關系,應用機構的輸入輸出微分關系,建立機構輸入輸出的誤差模型,分析機構的定位精度。以靈巧度為指標優(yōu)化機構的運動精度,以打印空間為目標,基于機構參數性能圖譜和遺傳算法優(yōu)化機構參數。采用牛頓歐拉方法建立機構的動力學模型,基于給定軌跡利用Adams軟件對動力學模型進行驗證。在不考慮構件質量的情況下,動力學模型轉化為靜力學模型,利用maple軟件得到機構的靜力全解,利用MATLAB軟件繪制機構各支鏈約束力、力矩在給定工況下的變化曲線,分析機構的受力特性。采用虛設轉動副法,建立動平臺變形與六維外載荷的映射關系�；诶碚摲治�,對各個桿件進行設計,利用有限元分析軟件驗證虛擬樣機的剛度特性,最后進行樣機制造,并分析了其控制原理。
【關鍵詞】：3D打印 解耦并聯(lián)機構 尺寸優(yōu)化 動力學 樣機設計
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP334.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 課題來源及研究背景11-12
• 1.1.1 課題來源11
• 1.1.2 研究背景11-12
• 1.2 3D打印技術的國內外發(fā)展現狀12-16
• 1.2.1 國外情況12-14
• 1.2.2 國內情況14-15
• 1.2.3 國內外 3D打印未來發(fā)展前景15-16
• 1.3 我國 3D打印機面臨的問題及解決方向16-18
• 1.4 研究目的和意義18-19
• 1.5 論文的主要研究內容19-20
• 第2章 3D打印機工作機理分析及機構設計方案20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 3D打印技術簡介20-24
• 2.2.1 3D打印技術概念20
• 2.2.2 相對于傳統(tǒng)技術的區(qū)別和優(yōu)勢20-21
• 2.2.3 3D打印機的分類21
• 2.2.4 3D打印累積技術原理21-23
• 2.2.5 打印耗材23-24
• 2.3 基于FDM工藝的 3D打印機工作機理24-28
• 2.3.1 打印機的運動特性分析24-25
• 2.3.2 3D打印機分類及結構組成25-27
• 2.3.3 打印精度和打印速度分析27-28
• 2.4 3D打印機設計方案28-30
• 2.4.1 確定設計任務28
• 2.4.2 設計原則28-29
• 2.4.3 設計指標29
• 2.4.4 執(zhí)行機構技術設計29-30
• 2.5 本體機構的選擇30-31
• 2.6 本章小結31-32
• 第3章 3-CUR機構的定位精度分析與尺寸優(yōu)化32-54
• 3.1 引言32
• 3.2 解耦并聯(lián) 3-CUR機構運動學分析32-40
• 3.2.1 機構組成32-33
• 3.2.2 機構位置正反解33-34
• 3.2.3 打印空間連續(xù)性分析34-35
• 3.2.4 速度和加速度分析35-40
• 3.3 3-CUR并聯(lián)機構的定位精度分析40-43
• 3.3.1 并聯(lián)機器人位置誤差建模40-41
• 3.3.2 3-CUR并聯(lián)機器人精度分析41
• 3.3.3 誤差補償方法41-42
• 3.3.4 誤差模型可行性分析42-43
• 3.4 3-CUR機構運動精度分析43-47
• 3.4.1 運動精度的評價指標43
• 3.4.2 驅動角范圍的選取43-47
• 3.5 3-CUR機構尺寸性能圖譜的繪制47-50
• 3.5.1 3-CUR機構的結構參數數學模型建立47-49
• 3.5.2 繪制結構參數的性能圖譜49-50
• 3.6 基于遺傳算法的機構參數優(yōu)化50-53
• 3.6.1 優(yōu)化思路50-51
• 3.6.2 機構結構參數優(yōu)化過程51-52
• 3.6.3 結構參數優(yōu)化結果與驗證52-53
• 3.7 本章小結53-54
• 第4章 3-CUR機構靜力學特性研究和動力學分析54-74
• 4.1 引言54
• 4.2 并聯(lián)機構力學模型的建立54-63
• 4.2.1 動平臺力學平衡方程的建立55-56
• 4.2.2 長連桿力學平衡方程的建立56-59
• 4.2.3 驅動桿力學平衡方程的建立59-63
• 4.2.4 機構各桿件轉動慣量的求解63
• 4.3 動力學分析63-66
• 4.3.1 機構動力學模型求解63-64
• 4.3.2 基于Adams軟件的動力學模型驗證64-65
• 4.3.3 驅動力矩分析65-66
• 4.4 靜力學特性分析66-70
• 4.4.1 靜力學求解66
• 4.4.2 基于工況下的機構受力特性分析66-70
• 4.5 剛度分析70-72
• 4.6 本章小結72-74
• 第5章 3D打印機結構設計與制造74-85
• 5.1 引言74
• 5.2 樣機設計74-80
• 5.2.1 桿件截面尺寸計算75-76
• 5.2.2 圓柱副的設計76
• 5.2.3 驅動桿的設計76-77
• 5.2.4 長連桿的設計77-78
• 5.2.5 軸座的設計78-79
• 5.2.6 動平臺的設計79-80
• 5.3 樣機制造80-82
• 5.3.1 虛擬樣機剛度校核80-82
• 5.3.2 樣機制造82
• 5.4 樣機控制原理82-83
• 5.5 運動功能實驗驗證83
• 5.6 本章小結83-85
• 結論85-87
• 參考文獻87-91
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務及主要成果91-92
• 致謝92

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