本文關(guān)鍵詞：高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：液壓驅(qū)動(dòng)的Stewart平臺(tái)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了許多領(lǐng)域中，然而由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得它的工作頻段較低，限制了這種機(jī)構(gòu)在高頻運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用。本文旨在研究典型Stewart平臺(tái)的工作頻率限制因素，并基于分析結(jié)果進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)，提出一種新的高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，然后對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及固有頻率等進(jìn)行分析，以拓展六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。 本文首先根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出了典型Stewart平臺(tái)的工作頻寬限制因素即機(jī)構(gòu)中所用的細(xì)長(zhǎng)液壓缸的橫向振動(dòng)這一觀點(diǎn)。針對(duì)Stewart平臺(tái)中經(jīng)常使用的細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，考慮其關(guān)鍵部件，得到了它的等效簡(jiǎn)化模型。基于此模型，推導(dǎo)了細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸橫向振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程，并找出了限制橫向振動(dòng)的邊界條件。利用運(yùn)動(dòng)方程和邊界條件，進(jìn)一步求解了細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸橫向振動(dòng)的固有頻率，并通過(guò)Matlab軟件分析了液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其橫向振動(dòng)一階固有頻率的影響，給出了提高一階固有頻率的方法。通過(guò)對(duì)比以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及利用ANSYS軟件建模仿真，驗(yàn)證了理論模型的有效性，也說(shuō)明了細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸的橫向振動(dòng)確實(shí)會(huì)限制Stewart平臺(tái)的工作頻率。 在以上分析的基礎(chǔ)上，本文對(duì)一種新型的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明，討論了其實(shí)現(xiàn)高頻運(yùn)動(dòng)的可能性。然后建立了該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解模型，得到了機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)：雅克比矩陣。在運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，又分別建立了機(jī)構(gòu)的單剛體和多剛體動(dòng)力學(xué)模型，其中在建立多剛體動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，使用了凱恩方法，減小了工作量，推導(dǎo)過(guò)程比較簡(jiǎn)潔。接下來(lái)在Matlab/Simulink和Adams/View環(huán)境下分別搭建模型，，對(duì)比驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的正確性。 在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，本文又對(duì)這種高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行了分析。首先求出了機(jī)構(gòu)的剛度矩陣的一般表達(dá)式，然后結(jié)合動(dòng)力學(xué)建模過(guò)程中得到的機(jī)構(gòu)質(zhì)量矩陣，求解了當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)處在中位時(shí)，其六個(gè)自由度方向上的固有頻率和振型。通過(guò)結(jié)果可知，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在一般情況下，在中位時(shí)，不同自由度之間的運(yùn)動(dòng)會(huì)有耦合。為消除這種耦合，文中推導(dǎo)了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在中位時(shí)的振動(dòng)解耦條件，并基于單剛體模型的振動(dòng)解耦條件，求得了解耦之后機(jī)構(gòu)在六個(gè)自由度方向上的固有頻率公式。最后分析了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其固有頻率的影響，并結(jié)合不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下液壓缸的出力大小，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。 本文首次提出了細(xì)長(zhǎng)液壓缸的橫向振動(dòng)對(duì)Stewart平臺(tái)的工作頻率的限制，并對(duì)細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸的橫向振動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，為液壓缸的設(shè)計(jì)和選擇以及平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了幫助。另外，本文在推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型時(shí)所采用的矢量建模方法，相比哈爾濱工業(yè)大學(xué)譚巧銀之前在推導(dǎo)相同機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型時(shí)所用的方法更為簡(jiǎn)潔有效。本文關(guān)于高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固有頻率等方面的分析，對(duì)這種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu) 動(dòng)力學(xué)建模 液壓缸橫向振動(dòng) 固有頻率分析 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH112
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題來(lái)源與研究背景和意義10
• 1.2 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)概述10-13
• 1.2.1 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展歷程10-11
• 1.2.2 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)11-12
• 1.2.3 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用12-13
• 1.3 液壓缸橫向振動(dòng)研究概況13-14
• 1.4 高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究概況14-16
• 1.5 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究概況16-17
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸橫向振動(dòng)分析18-37
• 2.1 引言18
• 2.2 單出桿液壓缸的結(jié)構(gòu)模型18-22
• 2.3 細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸橫向振動(dòng)方程22-29
• 2.3.1 液壓缸的橫向運(yùn)動(dòng)方程22-26
• 2.3.2 液壓缸的橫向振動(dòng)固有頻率求解26-28
• 2.3.3 液壓缸橫向振動(dòng)的振型求解28-29
• 2.4 細(xì)長(zhǎng)單出桿液壓缸橫向固有頻率分析29-36
• 2.4.1 工程實(shí)例分析及 ANSYS 驗(yàn)證29-33
• 2.4.2 液壓缸參數(shù)對(duì)橫向固有頻率的影響33-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析37-41
• 3.2.1 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)說(shuō)明37-39
• 3.2.2 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)說(shuō)明39-40
• 3.2.3 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的選用理由40-41
• 3.3 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)41-48
• 3.3.1 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)系建立41-42
• 3.3.2 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位姿描述42-44
• 3.3.3 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解44-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模及驗(yàn)證49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模49-54
• 4.2.1 單剛體動(dòng)力學(xué)模型50-51
• 4.2.2 多剛體動(dòng)力學(xué)模型51-54
• 4.3 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證54-62
• 4.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的對(duì)比驗(yàn)證56-59
• 4.3.2 動(dòng)力學(xué)模型的對(duì)比驗(yàn)證59-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第5章 固有頻率分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化63-83
• 5.1 引言63
• 5.2 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度63-65
• 5.3 高頻并聯(lián)機(jī)構(gòu)的固有頻率65-67
• 5.3.1 固有頻率計(jì)算65-66
• 5.3.2 實(shí)例分析66-67
• 5.4 基于中位振動(dòng)解耦的單剛體模型固有頻率計(jì)算67-72
• 5.4.1 單剛體模型的中位振動(dòng)解耦條件67-71
• 5.4.2 基于中位振動(dòng)解耦的單剛體模型固有頻率求解71-72
• 5.5 中位振動(dòng)解耦單剛體模型的固有頻率分析72-78
• 5.6 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化78-82
• 5.7 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論83-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 附錄88-91
• 致謝91

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：高頻六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：312751