新型恰约束支链并联机构工作空间及静刚度研究

发布时间：2017-10-01 22:29

  本文关键词：新型恰约束支链并联机构工作空间及静刚度研究

  更多相关文章： 恰约束支链 螺旋理论 完整雅克比矩阵 刚度矩阵法 灵敏度

【摘要】：并联机构以其精度高、误差小、刚性大等优点近年来成为研究热点,尤其是少自由度并联机构更是受到颇多关注,随着研究的深入已广泛应用于航空航天等军事领域。本文基于国家某航天重大专项对一种含有恰约束支链的并联机构的工作空间、静刚度进行研究。为以后该类型的并联机构的研究奠定理论基础。新型恰约束支链并联机构主要由动平台、静平台、三条无约束UPS主动支链和中间恰约束PU支链组成。首先,采用修正G-K公式进行自由度计算,证明该并联机构具有两转动一移动自由度,机构具有唯一确定的运动。其次,建立封闭矢量方程,得到该并联机构位置逆解数学模型。采用螺旋理论求得驱动子雅克比矩阵和约束子雅克比矩阵,最终得到完整雅克比矩阵。采用Jacobian代数法分析完整雅克比矩阵的秩,得出恰约束支链的引入减小了并联机构产生奇异性的可能性,机构不具有奇异性。采用Matlab数值法进行三维空间搜索,得到单自由度、两自由度以及三自由度工作空间曲线。通过虚功原理建立新型恰约束支链并联机构静刚度解析模型,采用刚度矩阵法通过Matlab运动算例仿真得到整个工作空间范围内静刚度分布规律。采用ANSYS Workbench有限元分析软件验证静刚度解析模型的正确性,提出施加锁紧装置提高整机静刚度的方法。选取合适的局部和全局静刚度性能评价指标,通过对各支链截面参数的灵敏度分析,得出中间恰约束支链PU对全局刚度影响明显,在此基础上进行优化设计最终确定各支链截面尺寸。
【关键词】：恰约束支链 螺旋理论 完整雅克比矩阵 刚度矩阵法 灵敏度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 课题研究背景及意义7-8
• 1.2 2R1T并联机构研究现状8-11
• 1.2.1 三自由度并联机构发展应用8-10
• 1.2.2 2R1T并联机构国内外研究现状10-11
• 1.3 并联机构工作空间研究现状11-12
• 1.4 并联机构静刚度研究现状12-13
• 1.4.1 静刚度概述12
• 1.4.2 静刚度研究现状12-13
• 1.5 本文主要研究内容和技术路线13-14
• 1.6 本章小结14-15
• 2 位置逆解及完整雅克比矩阵15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 机构组成原理及自由度计算15-17
• 2.2.1 机构组成原理15-16
• 2.2.2 自由度计算16-17
• 2.3 位置逆解17-22
• 2.3.1 刚体位姿描述17
• 2.3.2 坐标变换17-19
• 2.3.3 位置逆解求解19-22
• 2.4 完整雅克比矩阵22-26
• 2.4.1 螺旋理论介绍22-24
• 2.4.2 完整雅克比矩阵求解24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 奇异性和工作空间分析27-36
• 3.1 前言27
• 3.2 奇异性分析27-29
• 3.2.1 奇异性研究方法27
• 3.2.2 机构奇异性分析27-29
• 3.3 工作空间分析29-34
• 3.3.1 工作空间理论基础29-30
• 3.3.2 工作空间影响因素30-32
• 3.3.3 工作空间求解32-34
• 3.4 本章小结34-36
• 4 静刚度分析36-58
• 4.1 引言36
• 4.2 静刚度建模36-42
• 4.2.1 驱动刚度矩阵求解38-40
• 4.2.2 约束刚度矩阵求解40-42
• 4.3 静刚度解析模型算例仿真42-46
• 4.4 静刚度有限元分析46-57
• 4.4.1 静力学分析基础47
• 4.4.2 静力学分析47-51
• 4.4.3 模态分析51-56
• 4.4.4 预应力模态分析56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 静刚度灵敏度分析58-64
• 5.1 引言58
• 5.2 静刚度性能评价指标58-59
• 5.2.1 局部刚度性能评价指标58-59
• 5.2.2 全局刚度性能评价指标59
• 5.3 灵敏度分析59-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 总结与展望64-65
• 6.1 总结64
• 6.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-68

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本文编号：956049