面向多维低频振动的3-PCR并联减振机构设计及其减振性能分析
发布时间：2020-03-28 19:53
【摘要】：振动与人类的活动息息相关,声音的传播需要介质的振动,血液的传输需要心脏的跳动。在工程领域振动现象也普遍存在,如轨道交通在行驶中的振动,工件加工的带来的振动等。不同类型的振动会对人类产生不同的影响。随着人类对振动问题研究的不断深入,利用振动、控制振动的技术方法也在不断创新。对于控制振动,弹簧、橡胶等不同形式的减振器及多种减振元件组合都被应用至合适的场合。近年来有学者发现并联机构具有刚度大、运动精度高、自由度多的特点,通过在并联机构上安装弹簧阻尼等减振元件构成了可以适用于多种工况下的减振装置,并取得了良好的效果,使用并联机构减振现已成为国内外重点研究方向之一。本文在国家自然科学基金“高铁等超大型结构宽频声振预报的混合能量流方法”(51675306)、“基于柔性变胞机构的精密设备多维振动的主动控制研究”(51275375)的资助下,完成了对3-PCR并联机构的运动学、动力学分析建模及优化设计,并创新性地将并联机构与准零刚度相结合,构建了多维低频减振系统,分析了其减振特性,主要完成以下工作:第一,将减弱生产生活中最常见的有害三维平移振动问题作为目标,使用3-PCR并联机构作为减振装置基础,对原有机构进行改型,使其具有更好的力学性能进而适用于减振。使用闭环矢量法对3-PCR并联机构在Matlab中进行运动学数学建模,将其结果与ADAMS软件中的仿真结果对比验证;使用坐标搜索法绘制了机构的工作空间,并根据实际情况选取了以平衡位置为中心的球空间作为研究目标,分析了机构参数对球空间大小的影响。第二,使用拉格朗日方法建立了 3-PCR并联机构的动力学模型,分析了机构上下平台半径、杆长、安装角度等参数对机构固有频率的影响规律;在Matlab与ADAMS中分别对结构的固有频率与模态进行分析;以3-PCR并联机构为主体,根据已有学者提出等效刚度的概念,得到并联机构隔振系统的等效刚度;研究了弹簧在多种配置的情况下对机构模态的影响规律。第三,简要介绍了准零刚度基本原理,以一种易于使用的准零刚度结构为例,研究了其力学特性,分析其在简谐激励下的加速度响应,并对获得准零刚度的条件进行了研究;创新性地将移动副与准零刚度结构相结合使用在并联机构上,使其具有多维低频减振效果;在Matlab与ADAMS中对比了加入准零刚度的并联机构减振装置模型与原减振装置固有频率的变化;分析了准零刚度装置安装前后受简谐激励频率响应曲线,计算出添加准零刚度后减振平台的等效刚度即动刚度值,分析了等效刚度的分布情况。第四,对于3-PCR隔振平台,首先对上、下平台半径、杆长和夹角等参数为变量分析对等效刚度的影响,然后以工作空间内等效刚度值分布均匀为目标,使用遗传算法对多种参数进行了优化,对优化后得到的空间内的等效刚度分布情况进行分析。最后对添加准零刚度结构的3-PCR减振平台的球空间等效刚度进行了优化,对比了优化后与优化前等效刚度分布情况。
【图文】：
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本文编号：2604837
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