并联三自由度振动台优化设计与动态特性研究

发布时间：2017-05-25 06:08

  本文关键词：并联三自由度振动台优化设计与动态特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：许多设备在应用过程中经常会面临不同频带、不同振幅的多维振动,尤其是应用于军事、医疗、航空航天等领域的重要元件,这些设备在出厂前需经过严格的振动测试。振动台作为模拟振动环境的振源设备,在振动实验中起着举足轻重的作用。目前,国内对于多维振动台的研究主要集中于大型、重载的地震模拟台,该类模拟台承载能力强,工作频带宽,主要应用于大型结构件的可靠性实验,但其造价较高且精度难以保证,因此应用具有一定的局限性。本文以小型电动振动台为设计目标,以并联机构为基础,对一种三自由度并联振动台进行优化设计及振动分析,并应用实验进行验证。首先,针对振动台工作的性能要求,综合出几种分支含有闭环的三平移机构,并从中选取3-P(4S)结构作为振动台的最终实施方案。对该机构进行了运动学、动力学分析,得到了机构的速度、加速度映射矩阵以及动力学方程,并应用Adams软件进行了仿真验证。其次,建立了机构的动力学、刚度、速度性能评价指标,用以评价机构的综合性能,并以此作为机构整体优化目标函数的基础。此外,针对机构的优化,应用Matlab遗传算法工具箱,综合考虑机构的各项性能,进行了机构整体的多目标优化,得到了最终的优化尺寸。再次,建立了机构的振动模型,分析了振动台的固有频率以及动态特性,应用Adams软件对计算结果进行了仿真验证;分析了机构位置的变化对固有频率的影响,固有频率对各结构参数的灵敏度。建立了机构在无阻尼以及有阻尼下的振动响应模型,并应用Matlab的Simulink模块以及Adams软件对计算结果进行了仿真验证,此外,针对脉冲激励的时域结果进行离散傅里叶变换,得到了机构的频谱曲线。最后,应用瞬态激振法对直线电机的伺服动刚度进行了测定,通过施加不同负载的砝码,得到了每组重量下的最大变形量,并通过绘制曲线,得到了电机的动刚度。此外,对振动台整体通过模态敲击实验,测定了其在各阶模态下的固有频率值,与之前的理论分析进行了对比验证。
【关键词】：并联振动台 动力学 优化 模态分析 振动响应 模态实验
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB534.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究目的和意义11-12
• 1.2 国内外相关技术及研究现状12-18
• 1.2.1 国外多维振动台研究现状12-15
• 1.2.2 国内多维振动台研究现状15-16
• 1.2.3 并联机构动力学理论与优化研究现状16-17
• 1.2.4 多维振动理论与实验研究现状17-18
• 1.3 主要研究内容及章节安排18-19
• 第2章 振动台构型选取及动力学分析19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 机构构型选取19-22
• 2.2.1 机构构型选取原则19
• 2.2.2 含闭环子链的三平移机构综合19-21
• 2.2.3 机构的选择与布置21-22
• 2.3 机构动力学分析22-34
• 2.3.1 机构运动学分析22-27
• 2.3.2 机构运动学数值算例27-28
• 2.3.3 机构动力学模型建立28-31
• 2.3.4 机构动力学数值算例31-32
• 2.3.5 机构动力学的Adams仿真32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 振动台性能分析及尺寸优化35-52
• 3.1 引言35
• 3.2 机构优化设计变量35
• 3.3 机构性能指标的建立及分析35-42
• 3.3.1 动力学性能指标36-37
• 3.3.2 刚度性能指标37-39
• 3.3.3 速度性能指标39-40
• 3.3.4 性能指标分析40-42
• 3.4 机构尺寸优化42-51
• 3.4.1 尺寸优化策略42-44
• 3.4.2 优化设计算例44-48
• 3.4.3 优化结果验证48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 振动台动态特性分析52-64
• 4.1 引言52
• 4.2 机构振动模型的建立52-55
• 4.2.1 振动方程的简化处理52-53
• 4.2.2 固有频率及振型的求解53-55
• 4.2.3 固有频率及振型算例55
• 4.3 机构振动特性仿真验证55-59
• 4.3.1 Adams振动仿真模型的建立55-56
• 4.3.2 受迫振动的频响函数曲线56-57
• 4.3.3 振动模态参与因子57-58
• 4.3.4 振动功率谱密度58
• 4.3.5 理论与仿真结果对比58-59
• 4.4 机构固有频率特性分析59-63
• 4.4.1 固有频率随位置变化分析59-60
• 4.4.2 固有频率灵敏度分析60-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 振动台动态响应分析64-81
• 5.1 引言64
• 5.2 机构的无阻尼振动响应64-69
• 5.2.1 无阻尼自由振动响应64-66
• 5.2.2 无阻尼强迫振动响应66-69
• 5.3 机构的有阻尼振动响应69-74
• 5.3.1 有阻尼自由振动响应69-71
• 5.3.2 有阻尼强迫振动响应71-74
• 5.4 机构振动响应仿真74-77
• 5.4.1 无阻尼振动仿真74-76
• 5.4.2 有阻尼振动仿真76-77
• 5.5 操作空间振动响应77-80
• 5.5.1 振动响应由关节空间向操作空间的转化77-78
• 5.5.2 振动响应的Adams仿真78
• 5.5.3 机构振动响应的频域研究78-80
• 5.6 本章小结80-81
• 第6章 三维振动台动态特性实验研究81-91
• 6.1 引言81
• 6.2 直线电机伺服刚度测定实验81-85
• 6.2.1 测定原理81-82
• 6.2.2 测定方法及规划82-83
• 6.2.3 实验过程设计83-84
• 6.2.4 实验结果及分析84-85
• 6.3 振动台模态实验85-90
• 6.3.1 试验模态分析简介85-86
• 6.3.2 模态测试实验平台搭建86-87
• 6.3.3 模态实验测试过程87-88
• 6.3.4 模态测试结果及分析88-90
• 6.4 本章小结90-91
• 结论91-92
• 参考文献92-95
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果95-96
• 致谢96-97
• 作者简介97

【参考文献】

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