3-PPR平面并联机构的运动学和动力学性能研究

发布时间：2017-05-17 02:03

  本文关键词：3-PPR平面并联机构的运动学和动力学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自由度数小于6的少自由度并联机构，不但具有并联机构结构紧凑、高速、高刚度、高精度、高负载率、低运动惯量的特点，更兼具了制造成本低、相对控制容易等优点，吸引了工业和学术界的广泛关注。三自由度并联机构以其构型设计、控制、成本等方面的优势以及其作为平面与空间的结合体的特殊地位，成为少自由度并联机构研究的一个重要组成部分。同时，机构学的研究一般有一个从平面到空间的发展过程，因而平面三自由度并联机构的研究受到了广泛的重视。 目前，对运动副全部为转动副（3-RRR）或者含有少量移动副（3-RPR、3-RRP、3-PRR）的平面三自由度并联机构的研究较为深入，而对于含有多个移动副（3-PRP、3-PPR）的平面三自由度并联机构的研究相对较少。这类机构由于其特殊的结构，对少移动副机构起到了互补的作用，其运动学和动力学的相关研究具有不可忽视的研究价值。此外，运动副间的摩擦是实际工程中必然存在的因素，理论研究中为了便于分析，往往忽略运动副摩擦对理想模型进行分析，这就与工程实际产生了差异，为了更符合工程实际，在考虑运动副摩擦影响的情况下对平面三自由度并联机构进行分析也是十分必要的。本文选取3-PPR平面并联机构为研究对象，，首次对其运动学和动力学的相关性能进行体统的研究和仿真。 首先，对3-PPR平面并联机构运动学进行分析。建立了该3-PPR平面并联机构基于闭环矢量法的运动学正解、逆解模型，在其位置正、逆解分析的基础上，对该3-PPR平面并联机构进行运动学仿真，仿真分析表明不同驱动类型的驱动参数的改变，对3-PPR平面并联机构运动平台位移、速度、加速度曲线有着重要的影响。在运动学方程的基础上，对3-PPR平面并联机构运动平台中心点的工作空间进行了分析，结果表明构件长度对工作空间的形状和大小有着显著影响，驱动构件的伸长范围在一定程度内变化，不改变运动平台的工作空间，超过这个程度后运动平台的工作空间变化明显；中间构件的伸长范围对运动平台工作空间的影响更明显。 其次，利用拉格朗日方法建立3-PPR平面并联机构的动力学进行分析。以运动学分析为基础，分析机构各部分质心处的运动学参数，考虑3-PPR平面并联机构的整体势能和动能，对该机构的动力学进行分析，并通过四阶龙格-库塔法对动力学方程进行近似的数值求解，表明合理控制驱动是实现动平台按某一轨迹进行运动的重要措施。 最后，在考虑运动副摩擦影响的情况下，对3-PPR平面并联机构的动力学进行分析和仿真。建立3-PPR平面并联机构考虑运动副摩擦的凯恩方程，并采用ADAMS建立该3-PPR平面并联机构的三维模型，通过动力学仿真分析，验证了运动副摩擦对机构驱动力的显著影响，发现移动副摩擦使得机构的驱动力明显增大且突变点明显增多，中间构件上的移动副的摩擦对机构的驱动力影响最为显著，而转动副摩擦则只对该3-PPR平面并联机构驱动力的大小有一定的影响。说明了考虑运动副摩擦进行平面并联机构动力学分析的必要性。
【关键词】：平面并联机构 运动学 工作空间 动力学 摩擦
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 平面并联机构的应用12-13
• 1.3 国内外研究现状13-18
• 1.3.1 三自由度并联机构13-14
• 1.3.2 运动学分析14-15
• 1.3.3 工作空间分析15-16
• 1.3.4 动力学分析16-17
• 1.3.5 考虑摩擦的动力学分析17
• 1.3.6 其他方面的分析17-18
• 1.4 3-PPR 平面并联机构的选择18-21
• 1.5 本课题研究的主要内容21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 2 3-PPR 平面并联机构的运动学分析23-44
• 2.1 运动学分析23-24
• 2.2 3-PPR 平面并联机构模型的建立24-25
• 2.3 3-PPR 平面并联机构的正运动学分析25-26
• 2.4 3-PPR 平面并联机构的逆运动学分析26-28
• 2.4.1 3-PPR 平面并联机构的位置逆解26-27
• 2.4.2 3-PPR 平面并联机构的位置解实例计算27-28
• 2.5 3-PPR 平面并联机构的运动学仿真28-43
• 2.5.1 工作空间分析28-31
• 2.5.2 运动学仿真31-43
• 2.6 本章小结43-44
• 3 不考虑运动副摩擦的 3-PPR 平面并联机构动力学分析44-53
• 3.1 平面并联机构动力学44
• 3.2 动力学建模44-48
• 3.3 动力学分析48-50
• 3.4 实例分析50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 考虑运动副摩擦的 3-PPR 平面并联机构的动力学分析53-77
• 4.1 机构中的摩擦53
• 4.2 凯恩动力学方程53-54
• 4.3 3-PPR 平面并联机构的凯恩动力学方程54-70
• 4.3.1 系统广义坐标的建立54
• 4.3.2 考虑摩擦时机构运动副的力学模型54-56
• 4.3.3 3-PPR 平面并联机构的运动分析56-61
• 4.3.4 3-PPR 平面并联机构的受力分析61
• 4.3.5 3-PPR 平面并联机构的广义主动力和广义惯性力61-70
• 4.4 动力学仿真70-76
• 4.4.1 虚拟样机技术70
• 4.4.2 ADAMS 动力学仿真70-76
• 4.5 本章小结76-77
• 5 总结与展望77-79
• 5.1 总结77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果85-86
• 致谢86-87

【参考文献】

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本文编号：372311