一类少自由度并联机构的刚度及其特性研究

发布时间：2017-08-25 06:32

  本文关键词：一类少自由度并联机构的刚度及其特性研究

  更多相关文章： 少自由度并联机构 刚度 特征螺旋分解 主轴分解 弹性中心 弹性轴

【摘要】：本文以含线驱动分支的具有运动耦合特性且自由度数大于或等于三的并联机构为研究对象,对此类少自由度并联机构的刚度及其特性进行了分析。本文研究了刚度矩阵实现对角化的条件以及弹性中心和弹性轴存在的条件,为此类机构的设计、优化以及应用推广做支撑,对少自由度并联机构在工程实际中的应用具有重要的意义。本文主要的研究如下:基于含约束力/矩的少自由度并联机构刚度理论建立了平面3RPS机构和n(3RPS)混联机构的理论刚度模型;建立了含线驱动分支的三自由度并联机构统一有限元模型,通过对比对称和非对称3RPS机构,平面3RPS机构以及n(3RPS)混联机构的理论刚度模型与有限元模型,验证了有限元统一模型的准确性和通用性。通过研究特征螺旋分解和主轴分解刚度矩阵的方法,引入了耦合刚度指标,给出了判断经过主轴分解的刚度矩阵用简单弹簧线性叠加的条件,基于主轴分解方法分析了对称3RPS机构和平面3RPS机构刚度矩阵对角化的条件。结合弹性理论,研究了特征螺旋分解和主轴分解刚度矩阵与弹性中心、弹性轴的关系,分析了基于主轴分解方法判断弹性轴存在的条件和刚度矩阵对角化与弹性系统存在弹性轴的关系。并分析了对称和非对称3RPS机构以及平面3RPS机构在一般位置和特殊位置下弹性轴的情况。以四自由度2RPS-2UPS并联机构为例,建立了其刚度模型,利用特征螺旋和主轴分解方法分析了该机构在一般位形下的刚度特性,绘制了该机构最大刚度值曲面和最小刚度值曲面,验证了刚度矩阵分解方法和弹性理论对其它少自由并联机构的适用性。
【关键词】：少自由度并联机构 刚度 特征螺旋分解 主轴分解 弹性中心 弹性轴
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 课题相关的研究现状12-16
• 1.2.1 并联机构的研究现状12-13
• 1.2.2 少自由度并联机构的研究现状13-14
• 1.2.3 少自由度并联机构的刚度研究现状14
• 1.2.4 少自由度并联机构的刚度特性研究现状14-16
• 1.3 论文的主要研究内容16-18
• 第2章 统一刚度理论的应用与有限元模型的建立18-37
• 2.1 引言18
• 2.2 平面 3RPS机构18-21
• 2.2.1 平面 3RPS机构雅克比矩阵的建立19-20
• 2.2.2 平面 3RPS机构刚度模型的建立20-21
• 2.3 空间N(3RPS)混联机构21-27
• 2.3.1 n(3RPS)混联机构的介绍22-23
• 2.3.2 n(3RPS)混联机构雅克比矩阵的建立23-24
• 2.3.3 n(3RPS)混联机构刚度模型的建立24-26
• 2.3.4 n(3RPS)混联机构数值算例26-27
• 2.4 具有线驱动分支的三自由度并联机构统一有限元模型27-30
• 2.4.1 统一分支的选择28
• 2.4.2 统一三维模型的建立28-29
• 2.4.3 统一有限元模型的建立29-30
• 2.5 统一有限元模型的应用30-36
• 2.5.1 对称 3RPS机构30-31
• 2.5.2 非对称 3RPS机构31-33
• 2.5.3 平面 3RPS机构33-35
• 2.5.4 n(3RPS)混联机构35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 基于刚度矩阵分解的刚度特性分析37-58
• 3.1 引言37
• 3.2 刚度矩阵分解37-44
• 3.2.1 特征螺旋分解38-39
• 3.2.2 主轴分解39-42
• 3.2.3 耦合刚度指标42-43
• 3.2.4 刚度矩阵对角化条件分析43-44
• 3.3 对称 3RPS并联机构刚度矩阵对角化分析44-50
• 3.3.1 雅克比矩阵的建立44-45
• 3.3.2 3RPS刚度矩阵对角化位置分析45-48
• 3.3.3 算例分析48-50
• 3.4 非对称 3RPS并联机构的刚度矩阵分解50-53
• 3.5 对称和非对称 3RPS机构刚度评价53-54
• 3.6 平面 3RPS并联机构刚度矩阵对角化分析54-56
• 3.6.1 刚度矩阵对角化位置分析54
• 3.6.2 算例分析54-56
• 3.7 本章小结56-58
• 第4章 基于弹性理论的刚度特性分析58-69
• 4.1 引言58
• 4.2 弹性轴和弹性中心58-60
• 4.3 基于特征螺旋分解的弹性轴分析60-61
• 4.4 基于主轴分解的弹性轴分析61-62
• 4.5 算例分析62-68
• 4.5.1 对称 3RPS机构62-65
• 4.5.2 非对称 3RPS机构65-66
• 4.5.3 平面 3RPS机构66-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第5章 2RPS-2UPS并联机构刚度特性分析69-79
• 5.1 引言69
• 5.2 2RPS-2UPS并联机构刚度模型建立69-72
• 5.3 基于特征螺旋分解的刚度特性分析72-74
• 5.3.1 特殊位置72
• 5.3.2 一般位置72-74
• 5.4 基于主轴分解方法的刚度特性分析74-75
• 5.5 基于弹性理论的弹性轴分析75-77
• 5.6 刚度评价77
• 5.7 本章小结77-79
• 结论79-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果86-87
• 致谢87

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本文编号：735598