双驱动变杆长五杆机构研究及在研磨机的应用

发布时间：2020-07-30 02:33

【摘要】：平面连杆机构经过了上千年的发展,各国学者对平面连杆机构的研究从未中断,研究的方法不断得到补充,连杆机构的应用范畴也在不断拓展。由于平面单自由度的连杆机构的轨迹曲线相对比较简单,为了完成轨迹曲线相对复杂的运动,多自由度连杆机构的研究成为了众多学者研究热点。五杆机构作为杆件数目最少,环数最少的多自由度机构,是研究复杂多自由度连杆机构的基础。现在对球面副的加工,大多只有最后的精车,使用过程中难以形成承载油膜,以手工形式完成研磨加工,表面包络线不均匀且耗时较长。针对此现象,完成双驱动变杆长五杆机构在研磨机的应用设计,仿真分析以及优化分析。本文的主要研究内容主要由下述三部分组成:(1)对滑块五杆机构的运动特性进行分析。包括机构的可动性,奇异点分析,轨迹域,运动确定条件。分析机构各项参数对机构运动性能产生的影响,如驱动曲柄长度的匹配,机架的长度,输入角速度匹配,以及初始相位角等。并将这些参数进行归一化处理,得到五杆机构的轨迹图谱,用于指导研磨应用中机构参数调整。(2)以概念设计方法为引导,将双驱动变杆长五杆机构应用到研磨机械中,制作样机,并进行仿真分析。整体结构分析,相比行星齿轮机构的研磨机,结构简单,机构参数调整的灵活性很高,经济性能良好;通过工装进行更换,除可以应对平面的研磨,还可以完成对球面副内表面的研磨;仿真结果表明,研磨轨迹曲线具有自封闭性,轨迹曲线分布均匀,研磨加工效果良好。同时仿真结果表明,机构运动参数变化会对整体研磨加工质量产生很大影响,在实际应用中需要依据工艺需求确定所需机构参数,保证整体加工质量。(3)机构的平衡与优化。样机试验结果表明,较高速度下该机构的动态稳定性较差,对机构平衡进行研究并进行优化是完成高速研磨的必然。机构初始位姿的设定会影响机构各轴向的惯性力及惯性力矩。借助MATLAB优化工具箱对满足约束下的机构初始位姿进行优化,得到优化后的机构位姿参数。基于变杆长五杆机构的研磨机可实现平面与球面研磨加工,拓展了五杆机构的应用,提高了球面副加工精度,具有很高实用价值。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112;TG580.2
【图文】：

属材料的加工，也适用于非金属材料的加工，加工的表面形状可以是平面、球面、逡逑锥面、圆柱面、齿面、螺纹面以及凹凸面等。最终加工精度可达到ＩＴ５？ＩＴ０１，逡逑表面粗糙度可达到０．６３？０．０１微米。如图１－１所示为球面副在工业中的应用。逡逑国内行业对球面副的应用，通常在精车之后直接使用，使用过程中难以形成逡逑承载油膜，会造成两接触零件的剧烈磨损。以手工研磨的形式进行加工，研磨轨逡逑迹包络线分布不均匀，且研磨过程耗时、耗力［２］。逡逑（ａ）汽车转向机构逦00调心棍子滚子轴承逡逑图１－１球面副应用实例逡逑滑块五杆机构作为五杆机构中的一种典型机构，机构可动性不受杆长条件的逡逑约束。运动副之间的接触均为低副，运动副间接触应力小，此外五杆机构的组成逡逑零件结构相对简单，可在很大程度上降低制造成本，实现较高的加工精度。机构逡逑的可动性不依赖于杆长条件，杆长参数调整灵活性很高，拓展了滑块五杆机构的逡逑应用范围［３］。分析五杆机构的运动

在文献［５］中，作者提出了一种设计和分析五杆机构的应用程序，并借助限元工具进行分析，对分析结构进行验证。文献［６］中，通过建立机构的最小方逼近，插值逼近和最佳逼近等方法实现对连杆机构轨迹的综合。Ｔａｎｋ邋Ｅｍ，族容五杆机构进行分析，得到五杆机构末端椭圆形运动轨迹的曲线方程，并借专业的测试系统，得到关于五杆机构执行末端的振动曲线图谱，从而证明了五机构在精密加工技术中应用的可行性。方秀平［８］借助计算机技术实现了对平面杆机构的辅助设计，完成了对平面四杆机构函数的最优综合。逡逑

第二章五杆机构选型参数说明及运动分析逡逑五杆机构是杆数最少的，闭环数目最少的多自由度连杆机构，是研宄其他多逡逑自由度机构的基础。逡逑２．１五杆机构分类逡逑根据型综合理论可得到的平面五杆机构共十三种类型［２９］，图２－１所示为常用逡逑五杆机构的八种类型。五杆机构的输入方式灵活多变，可在与机架相连的两连架逡逑杆添加回转驱动，也可在滑块上添加可随动的直线驱动，实现不同的轨迹。当固逡逑定不同的构件作为机架时，可以得到不同机构类型。本论文基于图中２－ｌｈ类型逡逑机构进行研宄。逡逑

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本文编号：2774879