新型三构态变胞机构设计与动态性能研究

发布时间：2020-07-10 19:37

【摘要】：近年来,变胞机构发展成为机构学中一个新兴的研究方向,因其能够在不同工作环境和不同功能需求情况下进行自我重构,以实现机构的空间结构变形,进而备受众多研究工作者的关注。本文以一种能够在三自由度、两自由度和单自由度构态间进行灵活变换的新型三构态变胞机构为研究对象。首先,基于图论法对三活动度十连杆机构进行数综合,通过对所得构型进行筛选,选定其中一构型作为原始构型,并通过杆件的增减和运动副的缺失进行构型变换,设计出一种新型三构态变胞机构。通过运用旋量法对变胞机构各构态的自由度进行计算,并对此变胞机构进行尺度综合,分析得到机构系统各杆件间的约束关系,之后建立该变胞机构的三维模型。然后,运用闭环矢量法对变胞机构各构态输出端的位置、速度和加速度的正、逆解进行分析计算,通过雅克比矩阵对变胞机构各构态进行奇异位形分析,又结合隐函数存在定理求解出该变胞机构工作空间边界条件。通过数值仿真验证了以上求解结果的正确性,并根据机构的奇异位形和边界条件仿真得到该变胞机构各构态的有效工作空间。接着,依据各杆件质心位置和质心速度表达式,计算出机构各杆件的动能和势能,通过求和得到新型三构态变胞机构的动能和势能,运用Lagrange法构建变胞机构的刚体动力学方程,对其求解得到其解析解并运用Matlab软件进行仿真分析。最后,在求解出梁单元体质量矩阵和刚度矩阵的条件下,建立起此变胞机构各构态的有限元模型,并通过机构系统中各梁单元体质量矩阵和刚度矩阵分别求和来获得此变胞机构各构态系统的质量矩阵和刚度矩阵。再运用有限元法进行弹性动力学建模,通过纽马克(Newmark)法求解弹性动力学方程,并利用Matlab进行数值仿真分析。通过以上对该新型三构态变胞机构在运动学、动力学等方面的研究,为其在工程实践方面的应用打下坚实的理论基础。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH112
【图文】：

拓扑图,运动链,拓扑图,顶点表示

Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑把以上拓扑图变换为运动链，在运动链图中，顶点表示运动副，边表示构件，变换逡逑后的运动链如图２－３所示：逡逑１０逡逑

拓扑结构图,运动链,特定化,多连杆机构

逦Ａ６２逦Ａ６Ｚ逡逑图２－３运动链图逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋ｋｉｎｅｍａｔｉｃ邋ｃｈａｉｎ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑通过拓扑结构图形的转换得到６３种运动链图，其运动链图谱如图２－３所示，但并逡逑非每种构型都能满足作业要求，依据多活动度多连杆机构的结构及特点，对新型多连杆逡逑１１逡逑

示意图,机构,示意图

１．邋Ｆｉｘｅｄ邋ｌｉｎｋ邋２．邋Ｍｏｔｏｒｓ邋３，邋Ａ，邋１２．邋Ｄｒｉｖｅ邋ｌｉｎｋ邋５，邋７，邋８，邋１０．邋Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ邋ｒｏｄ邋６．邋ｖａｒｉａｂｌｅ邋ｃｅｌｌ邋ｒｏｄ邋９．邋Ｏｕｔｐｕｔ逡逑ｒｏｄ邋１１．邋Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ邋ｒｏｄ邋ｐａｒｔｓ逡逑睡逡逑图２－１３机构构态二的三维示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１３邋Ｔｈｒｅｅ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｓｔａｔｅ邋ｔｗｏ逡逑２０逡逑

【参考文献】