【正文】 2 廣泛，本文即根據(jù)某型裝載機(jī)模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的性能指標(biāo)要求，對三自由度平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 而三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)研究和開發(fā)得還很不充分。 雖然三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在研究和應(yīng)用領(lǐng)域都有突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但由于三裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 5 自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的機(jī)型比較少，機(jī)構(gòu)的種類對于滿足三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)專型專用這一要求還相差較遠(yuǎn)，由于有些三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，運(yùn)動(dòng) 規(guī)律難以判別，有些理論技術(shù)還未成熟，嚴(yán)重阻礙了其研制和應(yīng)用。并進(jìn)一步設(shè)計(jì)主要部件 液壓缸 。 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自由度論證 機(jī)構(gòu)自由度是描述或確定一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)所必須的獨(dú)立參數(shù)，實(shí)質(zhì)上就是機(jī)構(gòu)具有確定位置時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)目。 39。動(dòng)坐標(biāo)系隨著上平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，而靜坐標(biāo)系始 終保持不動(dòng)。 39。 39。 39。 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 14 支鏈長度的確定 如 節(jié)所述， 動(dòng)平臺(tái)外接圓半徑取值為 r=1200mm，定平臺(tái) 外接圓半徑取值為 R=1500mm， 則在圖 中，靜平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn) 1 2 3,A A A 在絕對坐標(biāo)系? ? A O XYZ： 中的坐標(biāo)分別為 1 2 3( 1 2 9 9 , 7 5 0 , 0 ) , A ( 1 2 9 9 , 7 5 0 , 0 ) , A ( 0 , 1 5 0 0 , 0 )A ??，動(dòng)平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn) 1 2 3,PPP 在動(dòng)坐標(biāo)系 ? ? 39。12 1239。1111:31022103 9 030 0 600 020 400 175 41 1 3222pppxx xP y R y yzz zh?? ?????? ???????? ?????? ????????????????? ? ? ? ??? ? ? ? ?????? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ??????? （ 216） 39。1 11 1139。11 1139。 2m in 1 0 1 0 1 12 2 2( ) ( y y ) ( z z )( 10 39 12 99 ) ( 60 0 75 0) ( 13 54 0) )1446i i i i i il x xmm? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? （ 225） 由此可得液壓缸行程 L： = 2 4 7 8 1 4 4 6 = 1 0 3 2L m m （ 226） 液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，查液裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 22 壓缸行程標(biāo)準(zhǔn)值表（見表 ） ,本文近似取液壓缸行程為 L=1000mm。三 自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可通過液壓缸或電缸傳動(dòng)，但相對于電缸或滾珠絲杠傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)有著無可比擬的優(yōu)勢。所以本文中動(dòng)平臺(tái)與液壓缸桿端的聯(lián)接選擇球鉸，則液壓缸的活塞桿端采用球頭式。 =4MPa。速比不宜過大，容易引起壓力沖擊。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。= , = P y aP P M P?? 則 [ ] 100 ~ 110 M Pa? ? (錯(cuò)誤 !未找到引用源。 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。本文中缸蓋材料選常用的 35 號(hào)鋼鍛件，鎖緊裝置則選擇結(jié)構(gòu)簡單且應(yīng)用越來越廣泛的鎖緊鋼絲，導(dǎo) 向 套則選擇單獨(dú)制造后壓進(jìn)缸 蓋 內(nèi) 孔。進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接?；钊麠U的結(jié)構(gòu)分為實(shí)心和空心兩種，當(dāng)活塞桿夠粗達(dá)到 60mm 以上時(shí)，可以采用空心。為了清除活塞桿處處露部分沾附的灰塵、保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程未端設(shè)置緩沖裝置 。排氣閥一般安裝在液壓缸兩端的最高處。根據(jù)表 ，可確定出本文所用單耳環(huán)各部分的具體尺寸。設(shè)計(jì)一種裝載機(jī)模擬器，可以解決在培裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 35 訓(xùn)裝載機(jī)駕駛員過程中的諸多問題。四年來，在吉大南嶺不僅學(xué)到了很多科學(xué)前沿知識(shí)和解決問題的方法技能，也感受到了當(dāng)求知路上遇到的疑問和困惑一一解開時(shí)帶了的興奮和喜悅。 最后，我還要感謝母校對我的栽培與呵護(hù)，豐富了我的知識(shí)，更豐富了我的人生。 崔老師不僅擁有淵博的知識(shí)，敏銳的洞察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度，而且平易近人，和藹可親。 隨著駕駛模擬器的發(fā)展，用戶針對模擬器提出了更高的要求，除了進(jìn)一步提高平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能，如今，越來越多的用戶開始關(guān)注駕駛模擬的真實(shí)感，總之，如何讓用戶更為舒適，更為真實(shí)地完成駕駛訓(xùn)練，這些工作都有待進(jìn)一步研究，許多科學(xué)家也正在進(jìn)行相關(guān)探索，科學(xué)也是一座珠穆朗瑪峰，我們正在 攀登的道路上，任重而道遠(yuǎn)。其次，針對裝載機(jī)模擬器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)要求，通過建立相關(guān)坐標(biāo)系，確定出相關(guān)數(shù)學(xué)關(guān)系，并通過一系列運(yùn)算，求出三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各部分的尺寸。桿用耳環(huán)安裝在活塞桿的外端，通常用螺紋連接，其安裝結(jié)構(gòu)如表 所示。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部緩沖裝置中的環(huán)形固定節(jié)流縫隙緩沖裝置。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。 O 形密封圈屬于自封式壓緊型密封，其“自封作用”對裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 31 防止泄露很有效，且其形狀十分簡單，制造容易，成本低廉，具有良 好的密封性，使用范圍寬，而且動(dòng)密封可達(dá) 35Mpa。 活塞組件的密封和支承方式 A、 密封 活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。 表 單桿 液壓缸安裝尺寸 （ IS08138）（ mm） 缸體內(nèi)徑 D 進(jìn)、出油口 缸體內(nèi)徑 D 進(jìn)、出油口 25 M14 80 M27 2 32 M14 120 M27 2 40 M18 125 M27 2 50 M22 160 M33 2 63 M22 200 M42 2 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 30 活塞組件設(shè)計(jì) 活塞組 件材料 A、 活塞。40~50mm 。 倍的條件。 。缸筒內(nèi)部受壓且內(nèi)應(yīng)力分布隨壁厚變化。 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （ 90） 100 （ 110） 125 （ 140） 160 （ 180） 200 （ 220） 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 26 250 320 400 50 630 注： 由缸筒內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 可計(jì)算無桿腔面積 A1 和有桿腔面積 A2： 21 7 8 5 4 .04A D m m??? 222 ( ) 5 3 9 1 . 04A D d m m?? ? ? （ 231） 液壓缸行程 液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定 ， 由，液壓缸行程 L取值為 L=1000mm。 已知條件： F=24030N, P=4MPa，所以活塞桿的計(jì)算值為： 64 4 2 4 0 3 1 9 2 .2 14 1 0 0 .9FD m mP? ? ? ?? ? ?? ? ?錯(cuò)誤 !未找到引用源。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來確定 。在 裝載機(jī)模擬器三自由度 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用中， 動(dòng) 平臺(tái)需要完成 繞 x 軸 ， y 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿 z 軸方向的平動(dòng)， 液壓缸時(shí)伸時(shí)縮，即時(shí)推時(shí)拉 ，需要雙作用液壓缸，典型的有雙作用單活塞桿液壓缸和雙作用對稱式液壓缸等。 . 液壓缸主要參數(shù)設(shè)計(jì) 液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2 39。1212:31022103 9 01 3 3600 04 2 40 400 175 43 1 34 2 4899 .82462307pppxx xP y R y yzz zh?? ?????? ???????? ?????? ????????????????? ? ? ???? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ????????????????? （ 221） 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 20 39。13 1339。3 13 1339。P O X Y Z： 中的空間位置坐標(biāo)分別為1 2 3( 103 9 , 600 , 0) , P ( 103 9 , 600 , 0) , ( 0 , 120 0 , 0)PP??， 液壓缸處于中位不動(dòng)時(shí)，因?yàn)轳{駛室距離地面高度為 1754mm，所以此時(shí)支腿長度為： 2 2 21 1 2 2 3 3 ( 1 0 3 9 1 2 9 9 ) ( 6 0 0 7 5 0 ) ( 1 7 5 4 0 ) 1 7 8 0P A P A P A m m? ? ? ? ? ? ? ? ?（ 210） 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)繞 x 軸轉(zhuǎn) 030 ，沿 z軸平移 時(shí)，由于 ,ppxy? 始終為 0，此時(shí) 030 , 0 , , z 40 0p mm??? ? ?， 根據(jù)式 28得，從 動(dòng)坐標(biāo)系到靜坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為 1 0 03102213022R?????????????? （ 211） 根據(jù)式（ 23），此時(shí)動(dòng)平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn) 1 2 3,PPP 在絕對坐標(biāo)系 ? ? A O XYZ：中的坐標(biāo)分別為 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 15 39。由表 可知設(shè)計(jì) 參數(shù)所要求的駕駛室長 ， 寬 高 ，重 800kg， 靜止時(shí)駕駛室距離地面高度為 h=1754mm， 由此可以初步確定動(dòng)平臺(tái)外接圓直徑。這樣， 3條支腿在伸縮過程中的長度就可以確定了，其計(jì)算公式為： 39。 39。1 139。O 置于上平臺(tái)的中心， 39。 由空間機(jī)構(gòu)學(xué)理論可知，空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目可由下式計(jì)算得出， 1= 6 1)giiF N U????（ （ 21） 式中： F—— 自由度數(shù) 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 11 N—— 機(jī)構(gòu)的總構(gòu)件數(shù) iU —— 第 i個(gè)運(yùn)動(dòng)副的約束 g—— 物體之間的運(yùn)動(dòng)副數(shù)目 i—— 運(yùn)動(dòng)副級(jí)數(shù) 由圖 的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖可知，構(gòu)件數(shù) N=8，球形鉸鏈的約束為 1 2 3 3U U U? ? ?,移動(dòng)副的約束為 4 5 6 5U U U? ? ?，轉(zhuǎn)動(dòng)副的約束為7 8 9 5U U U? ? ?。 加速度 （ X 轉(zhuǎn) ） 0230s?， （ Y 轉(zhuǎn) ） 0230s?，（上下） ? 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平 臺(tái) 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 9 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 圖 .三 自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖 該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是一種并聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)主要考慮裝載機(jī)駕駛員駕駛感覺，課題中動(dòng)平臺(tái)要求實(shí)現(xiàn)繞 X軸 Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿 Z軸平動(dòng) 3個(gè)自由度，根據(jù)要求，設(shè)計(jì)出如圖 所示的三自由度平臺(tái)，平臺(tái)主要由固定平臺(tái)（下平臺(tái)）、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（上平臺(tái)）、三支可以實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的液壓缸 以及連接液壓缸與上下平臺(tái)的鉸鏈組成。與那種一環(huán)扣一環(huán)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)明顯具有以下優(yōu)點(diǎn)。但其研究和開發(fā)很不充分，國內(nèi)外對三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研究與應(yīng)用多基于 Delta 機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)為代表的三自由度移動(dòng)機(jī)構(gòu)和 33R 三自由度球面機(jī)構(gòu)。它的研究可追溯到 19 世紀(jì)。裝載機(jī)模擬器占地小、耗能低、不受環(huán)