5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床完整刚度模型及其刚度特性

发布时间：2022-07-07 11:50

　　基于全雅可比矩阵和虚功原理建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的完整刚度模型。首先基于螺旋理论推导出约束分支中的约束雅可比矩阵;然后锁定分支中的主动副并利用互易积原理求得驱动雅可比矩阵,最后提出了冗余驱动雅可比矩阵。利用约束力、驱动力和冗余驱动力与外力的映射关系,结合虚功原理,得到系统整体刚度矩阵。考虑虎克铰、轴承等传动部件的轴向变形对分支轴向刚度的影响,构造了各个分支的轴向刚度模型。借助激光跟踪仪对所建立的刚度模型进行了实验测试。结果表明:该刚度模型的误差为2%~5%,验证了理论分析的可靠性。在此基础上,以机床的线刚度和角刚度的最小值为刚度性能指标,分析了其在工作空间内的分布情况。分析显示:机床线刚度的最小值主要分布在Y轴两侧,角刚度的最小值则主要分布在-0.05≤z≤0.05m和-0.11≤y≤-0.05m,因此,在进行并联机床工具规划时应该尽量避免该区域。文中内容可为并联机床刀具运动轨迹的优化提供参考依据。 

【文章页数】：11 页

【文章目录】：
1 引 言
2 5-UPS/PRPU冗余驱动 并联机床简介
3 雅可比矩阵
    3.1 约束雅可比
    3.2 驱动雅可比
4 机床完整刚度模型
    4.1 冗余驱动并联机构的总体刚度矩阵推导
    4.2 各个分支轴向线刚度模型
        4.2.1 虎克铰轴向刚度模型
        4.2.2 轴承轴向刚度
    4.3 实验验证
5 机床刚度性能分析
6 结 论


【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性铰链微定位平台的设计[J]. 马立,谢炜,刘波,孙立宁.  光学精密工程. 2014(02)
[2]大型射电望远镜天线副面调整机构完整刚度模型及微位移分析[J]. 姚建涛,李立建,窦玉超,武国旺,曾达幸,赵永生.  机械工程学报. 2013(21)
[3]Stewart机构刚度映射建模与仿真[J]. 吕帮俊,朱石坚,彭利坤,邢继峰.  振动与冲击. 2011(04)
[4]Tricept机械手静刚度解析建模方法[J]. 王友渔,黄田,CHETWYND D G,HU S J.  机械工程学报. 2008(08)
[5]考虑复杂机架柔性的并联构型装备刚度半解析建模方法[J]. 王友渔,黄田,梅江平,赵学满,Derek G. Chetwynd.  科学通报. 2008(03)
[6]球铰刚度计算模型及靠冗余支链实现并联机床刚度的改善[J]. 白志富,陈五一.  机械工程学报. 2006(10)



本文编号：3656368