伸缩杆式两自由度并联机构的虚拟仿真及静动态特性分析

发布时间：2017-08-15 18:26

  本文关键词：伸缩杆式两自由度并联机构的虚拟仿真及静动态特性分析

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【摘要】：少自由度并联机构得到了广泛研究应用,伸缩杆式两自由度并联机构由动静平台和连接动静平台的3条支链组成,通过改变伸缩杆的长度,使动平台能够绕X、Y轴旋转一定的角度,动平台可以实现将空间任一平面旋转到水平面上。本文对并联机构进行了以下研究： 首先,运用螺旋理论对该伸缩杆式并联机构进行自由度分析,验证其能实现绕X、Y轴的旋转运动。由于伸缩杆是该机构的重要部件,所以对其结构形式进行研究,主要研究了液压式、直线电机式和电动推杆式结构；由于直联式电动推杆传动精度高、空间尺寸小及结构简单,故选用直联式电动推杆的结构形式。依据被加工零件的尺寸及翻转角度,确定相应零部件的尺寸参数。 其次,使用Pro/E软件对其零部件进行三维实体建模,按照各零部件的相互关系对其虚拟装配,得到整个并联工作台的实体模型。在Pro/E环境中对并联工作台实体模型进行虚拟仿真,检查各零部件之间有无干涉、尺寸是否合理,根据仿真结果对模型进行修改、调整。通过运动仿真,可观察并联工作台的运动过程,确定并联工作台的4种位姿,分别为水平位置、两伸缩杆最长位置、两伸缩杆最短位置和伸缩杆一长一短位置。 再次,对其进行静态特性研究,使用有限元方法建立结构静力学模型,使用ANSYS软件分析并联工作台在不同极限位姿处承受钻削负载时各零件的变形及应力分布情况,获得结构的最大变形量及最大应力值,经验证其满足材料的强度刚度要求,较薄弱环节主要为球铰链处,因此需对其改进,加大铰链球的直径,同时可以适当对其它变形及应力较小的部件进行改进改进以减轻整体机构的重量。 最后,对其进行动态特性的研究,使用有限元方法建立动力学模型,使用ANSYS软件获得其相应的动态参数。首先通过对其进行模态分析,可获得并联机构在不同极限位置处的固有频率和振型,获得并联工作台在这些固有频率下的振动特性,由结果可知动平台在前三阶频率下和定长杆在四五六阶频率下的振幅较明显,可对定长杆进行改进,加粗其直径,再次进行分析得定长杆在四五六阶频率下的最大振幅减小,整个结构的动态特性提高；其次对结构进行谐响应分析,获得动平台在一定频率范围内的幅频曲线,由结果可确定并联工作台在工作过程中应该避开70Hz及300.400Hz频率范围内。
【关键词】：并联机构 伸缩杆 有限元方法 静态特性 动态特性
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插图索引10-11
• 附表索引11-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 本课题的研究背景及意义12-13
• 1.1.1 本课题的研究背景12-13
• 1.1.2 本课题的研究意义13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 少自由度并联机构构型研究现状14
• 1.2.2 少自由度并联机构静力学研究现状14-15
• 1.2.3 少自由度并联机构动力学研究现状15
• 1.3 本课题的主要研究内容15-16
• 1.3.1 并联机构的结构研究及虚拟仿真15-16
• 1.3.2 并联机构静态特性的研究16
• 1.3.3 并联机构动态特性的研究16
• 1.4 本章小结16-18
• 第2章 并联工作台的结构研究18-32
• 2.1 并联工作台的结构及自由度18-20
• 2.1.1 结构特点18-19
• 2.1.2 自由度分析19-20
• 2.2 并联工作台的结构布局20-24
• 2.2.1 液压缸式伸缩杆20-21
• 2.2.2 圆筒直线电机式伸缩杆21-22
• 2.2.3 滚珠丝杠螺母伸缩杆22-24
• 2.3 并联工作台主要部件尺寸的研究确定24-31
• 2.3.1 滚珠丝杠的选用及校核24-29
• 2.3.2 步进电机的选型29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 并联工作台的虚拟仿真32-42
• 3.1 Pro/ENIGEER机构运动仿真概述32-33
• 3.1.1 机构运动仿真特点32
• 3.1.2 机构运动仿真流程32-33
• 3.2 并联工作台零部件实体建模33-36
• 3.3 并联工作台虚拟仿真36-40
• 3.3.1 并联机构模型创建36-37
• 3.3.2 并联工作台机构仿真37-38
• 3.3.3 结果分析38-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 并联工作台的静态特性研究42-56
• 4.1 有限元法的基本思想42-43
• 4.2 有限元法的静态特性研究43-48
• 4.2.1 有限元法理论基础43-45
• 4.2.2 有限元法静力分析基本过程45-48
• 4.3 并联工作台静态特性研究48-54
• 4.3.1 ANSYS静力学分析48-49
• 4.3.2 并联工作台有限元模型建立49-50
• 4.3.3 定义边界条件并施加载荷50-51
• 4.3.4 求解并分析结果51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 并联工作台动态特性研究56-72
• 5.1 有限元法动态特性分析56-58
• 5.2 并联工作台模态分析58-68
• 5.2.1 结构模态分析原理58-59
• 5.2.2 并联工作台ANSYS模态分析59-66
• 5.2.3 模态分析结果66-68
• 5.3 并联工作台谐响应分析68-71
• 5.3.1 谐响应分析原理68-69
• 5.3.2 并联工作台ANSYS谐响应分析69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论与展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录78

【共引文献】

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本文编号：679661