一种集成式类平面全柔性并联微定位机构设计与研究

发布时间：2017-05-04 18:02

  本文关键词：一种集成式类平面全柔性并联微定位机构设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微/纳制造技术作为衡量一个国家在制造水平方面的重要标志,已应用于国防、工业控制、精密制造加工、电子制造、光学、信息、医疗、航空等各领域,在促使科技的进步、推进产业的发展、带动经济的增长以及保障国防安全等方面发挥着重要作用。微定位机构作为核心部分,其设计水平直接反映了微/纳制造技术的高低,因此如何设计具有刚度高、动态特性好以及实用性强的精密微定位机构正逐渐引起各国专家和研究机构的重视。目前大部分设计出的集成式全柔性并联微定位机构传递力、运动或能量是通过其部分或全部柔性杆件的弹性变形实现的,与传统的柔性/全柔性并联微定位机构相比具有高精度、高刚度以及加工和装配容易等特点,因此已得到许多专家和学者的重视和研究。然而集成式全柔性并联微定位机构的结构尺寸具有明显的局限性,往往不能满足微纳精密加工与制造领域的全部需求。平面式全柔性并联微定位机构的研究和发展比较成熟,且以其体积小、质量轻、机构一体化以及实用性强等诸多优势广泛应用于精密定位、精密加工和精密操作系统中。因此为了达到精密定位/操作系统所要达到的微型化、轻型化、无间隙和多维化等高端加工与应用要求,研究出科学、创新以及适用性强的设计方法及相关理论将两种不同类型的机构融合于一体中具有十分重要的意义。本文主要做了下面的研究工作:1.基于3-PRPR并联定位机构,采用型综合法为理论支撑,设计出相应的全柔性、集成式全柔性以及集成式类平面全柔性并联机构3种构型,然后应用制图软件Solidworks创建这3个不同几何结构的机构的立体模型;2.基于各类柔性铰链的柔度矩阵,结合虚功原理,建立3个不同几何结构的全柔性并联定位机构的静刚度理论模型。然后建立3个不同几何结构的机构立体模型的有限元模型,获得所需关键节点的微位移;最后采取理论建模与有限元仿真分析结果相结合的方式,得到3种机构的整体刚度矩阵。3.创建3种不同几何结构的全柔性并联微定位机构的动力学方程及模型,并在此基础上结合有限元软件对他们的频域、时域以及瞬态动力等动力学特性进行了研究。4.对3-PRPR集成式类平面全柔性并联微定位机构的实际运动轨迹进行模拟试验仿真和实体试验研究,综合仿真结果与实际检测结果的数据,验证了集成式类平面全柔性并联微定位机构设计的合理性。
【关键词】：全柔性并联机构 集成式类平面 型综合法 刚度 动态特性分析 运动轨迹
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 柔性铰链10-11
• 1.2.2 集成式全柔性并联机构11-12
• 1.2.3 全柔性机构的设计方法12-16
• 1.3 课题的选题背景及研究意义16-17
• 1.4 主要内容17-19
• 第二章 3-PRPR全柔性并联定位机构建模19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 3-PRPR全柔性并联定位机构建模19-20
• 2.3 3-PRPR集成式全柔性并联定位机构建模20-22
• 2.3.1 PRPR型集成式全柔性并联支链建模20-21
• 2.3.2 3-PRPR集成式全柔性并联机构建模21-22
• 2.4 3-PRPR集成式类平面全柔性并联微定位机构建模22-24
• 2.4.1 PRPR型集成式类平面全柔性并联支链建模22-23
• 2.4.2 3-PRPR型集成式类平面全柔性并联微定位机构建模23-24
• 2.5 小结24-25
• 第三章 3-PRPR全柔性并联定位机构的刚度研究25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 典型柔性运动副的刚度研究25-29
• 3.2.1 柔性转动副刚度分析26-28
• 3.2.2 柔性移动副刚度分析28-29
• 3.3 3-PRPR全柔性并联机构静刚度理论建模29-30
• 3.4 静刚度的有限元仿真分析方法简介30-32
• 3.5 静刚度有限元仿真分析32-34
• 3.5.1 3-PRPR全柔性并联机构有限元模型及分析32-33
• 3.5.2 3-RPPR全柔性并联机构静刚度分析33-34
• 3.6 小结34-36
• 第四章 基于ANSYS与Hyper Mesh联合仿真的全柔性并联机构动态特性分析36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 频域分析36-40
• 4.2.1 频域分析理论基础37
• 4.2.2 基于有限元分析的频域分析基本步骤37-38
• 4.2.3 无预应力作用下全柔性并联机构频域分析38-40
• 4.3 时域分析40-43
• 4.3.1 时域分析理论基础40
• 4.3.2 基于有限元分析的时域分析基本步骤40-41
• 4.3.3 无预应力下全柔性并联机构谐响应分析41-43
• 4.4 瞬态动力学分析43-46
• 4.4.1 瞬态动力学分析理论基础43-44
• 4.4.2 基于有限元分析的瞬态动力学分析基本步骤44-45
• 4.4.3 无预应力下瞬态动力学分析45-46
• 4.5 小结46-47
• 第五章 实际运动轨迹研究47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 模拟仿真实验研究47-49
• 5.2.1 模拟仿真实验建模47-48
• 5.2.2 控制器的设计48-49
• 5.2.3 模拟实验仿真结果49
• 5.3 实体试验测试研究49-53
• 5.3.1 实体试验测试系统49-52
• 5.3.2 实体试验过程52-53
• 5.4 实体试验结果和分析53-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 6.1 结论55
• 6.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间的研究成果62-63

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1 邹e，

本文编号：345512