本文選題：并聯(lián)機(jī)構(gòu)　切入點：關(guān)節(jié)效應(yīng)　出處：《西安理工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于承載能力強(qiáng)、精度高、剛度大和高速等一系列優(yōu)點在加工機(jī)械、航天模擬器、食品包裝以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用。然而,在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研制過程中,制造和裝配誤差以及構(gòu)件變形導(dǎo)致了運動副中存在間隙,引起了關(guān)節(jié)元素之間的接觸碰撞和磨損現(xiàn)象,并嚴(yán)重退化了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動態(tài)性能。因此,定量分析間隙關(guān)節(jié)與構(gòu)件柔性對并聯(lián)機(jī)構(gòu)動態(tài)性能的影響和預(yù)測間隙關(guān)節(jié)磨損量是目前需要解決的難題。論文針對關(guān)節(jié)效應(yīng)與構(gòu)件柔性對一種新型四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動態(tài)性能退化問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。利用構(gòu)型演變與螺旋理論綜合出一種能實現(xiàn)3轉(zhuǎn)動1移動的4-SPS/CU四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu),建立了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動學(xué)模型和工作空間模型,并基于Grassmann線幾何理論與螺旋理論研究了該機(jī)構(gòu)的奇異位形,為該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計制造提供了理論依據(jù)。為了確定四自由度4-SPS/CU并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)的力傳遞效果,采用拆桿法對該并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜力學(xué)分析,通過局部轉(zhuǎn)換矩陣去掉了局部自由度對應(yīng)的力矩平衡方程,獲得了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)所有關(guān)節(jié)反力,說明了對機(jī)構(gòu)靜力學(xué)平衡方程中局部自由度預(yù)處理的重要性,為該類并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析提供了理論依據(jù)。為了預(yù)測關(guān)節(jié)摩擦效應(yīng)對該并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動力的影響,以“Coulomb+viscous”摩擦模型為基礎(chǔ),利用牛頓-歐拉法建立了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)考慮關(guān)節(jié)摩擦效應(yīng)的動力學(xué)模型,為該并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動器的選擇提供了參考。另外,在該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的球面副中引入間隙模型,為了考慮接觸變形量與接觸剛度之間的耦合關(guān)系,利用球面間隙副元素之間的非線性剛度系數(shù)改進(jìn)了Flores接觸力模型,從多體系統(tǒng)動力學(xué)的角度建立了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)考慮球面副間隙關(guān)節(jié)的動力學(xué)模型;仿真結(jié)果表明球面副間隙的存在嚴(yán)重的影響了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動力學(xué)性能等結(jié)論。為了給考慮構(gòu)件柔性與間隙關(guān)節(jié)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)研究奠定理論基礎(chǔ),首先,以空間四桿機(jī)構(gòu)為例,在球面副中引入非規(guī)則磨損間隙,提出了一種近似計算間隙球面副元素之間接觸面積的方法,通過修正的Lankarani-Nikravesh接觸力模型與近似接觸面積獲得了間隙球面副元素之間的接觸應(yīng)力,利用有限元方法驗證了該近似接觸面積模型與接觸力模型的正確性;并基于Archard磨損模型預(yù)測了球面副的磨損深度,為間隙球面副的磨損預(yù)測提供了一種更加直接的方法。其次,在考慮間隙關(guān)節(jié)的情況下同時引入構(gòu)件柔性特征,基于絕對節(jié)點坐標(biāo)法,視平面五桿機(jī)構(gòu)中的連桿為二維剪切梁,基于Archard磨損模型預(yù)測了該機(jī)構(gòu)中間隙轉(zhuǎn)動副的磨損深度�？紤]到磨損對轉(zhuǎn)動副元素之間接觸剛度的影響,利用非線性的接觸剛度系數(shù)修正了Flores接觸力模型中的Hertz接觸剛度系數(shù),并對比分析了多間隙與多柔性構(gòu)件對間隙轉(zhuǎn)動副磨損深度與該機(jī)構(gòu)動力學(xué)性能的影響,相比考慮單個柔性構(gòu)件與單個間隙關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動力學(xué)研究,該模型的仿真結(jié)果更加接近實際情況,進(jìn)一步改善了該機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的動力學(xué)仿真精度。最后,基于絕對節(jié)點坐標(biāo)法,視4-SPS/CU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺為薄板單元,考慮連接上平臺與驅(qū)動鏈的某個球面副為間隙球面副。為了預(yù)測間隙球面副的3D磨損深度,將法向接觸力,切向接觸速度和所提出的近似接觸面積在全局坐標(biāo)系中進(jìn)行分解,并基于Archard磨損模型分別計算了間隙球面副在3個不同方向上的磨損深度,獲得了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)中間隙球面副的3D磨損深度與磨損輪廓;并對比分析了上平臺是否為柔性構(gòu)件時對間隙球面副3D磨損現(xiàn)象的影響。分析結(jié)果表明間隙球面副的3D模型不但提高了磨損預(yù)測精度,而且為空間間隙關(guān)節(jié)提供了一種新的磨損預(yù)測策略。
[Abstract]:In order to predict the influence of joint friction effect on the dynamic performance of the parallel mechanism , this paper presents a dynamic model of the parallel mechanism considering the dynamic performance of the parallel mechanism . In order to predict the coupling relation between the contact deformation and the contact stiffness , a new method for determining the contact area between the joint elements is established . In order to predict the contact area between the contact deformation and the contact stiffness , the paper presents a method for approximating the contact area between the contact deformation and the contact stiffness . In order to predict the 3D wear depth of the gap spherical pair , the 3D wear depth and the wear profile of the gap spherical pair in three different directions are calculated . The results show that the 3D model of the gap spherical pair not only improves the wear prediction accuracy , but also provides a new wear prediction strategy for the space gap joint .

【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH112

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本文編號：1689538