運載裝備并聯(lián)減振機構(gòu)設(shè)計研究畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)
2025-07-19 21:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖21 一平移二轉(zhuǎn)動機型 圖22 二平移二轉(zhuǎn)動機型 圖23 三平移三轉(zhuǎn)動機型 并聯(lián)減振機構(gòu)中含有多種支鏈類型，各支鏈主要由鉸接點、連桿組成，具體分類如下：表21 支鏈分類編號AB一般單開鏈(SOC)編號CDEF混合單開鏈(HSOC)(單回路)編號GH混合單開鏈(HSOC)(雙回路) 耦合度是指從輸入到輸出運動耦合強弱的標志。對并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計而言，基本要求之一就是耦合度越弱越好。耦合度低的并聯(lián)機構(gòu)在某一維度上使振動衰減的同時，在并聯(lián)機構(gòu)其他維度衍生出來的振動數(shù)量級較低。機械系統(tǒng)剛?cè)狁詈闲苑治鍪窃诳紤]機械系統(tǒng)機構(gòu)剛體運動和彈性變形耦合的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生的一種新的機構(gòu)運動學分析方法。將構(gòu)件的剛體位移與彈性變形的非線性耦合以及各種機械約束引入到系統(tǒng)運動學模型，大大簡化了機械系統(tǒng)在動態(tài)響應(yīng)時的運動學分析過程。 自由度的計算公式為: （11） 其中F是機構(gòu)的自由度個數(shù)，是第個運動副具有的自由度，m是運動副的個數(shù)，是基本回路的數(shù)目，min是指取最小的個基本回路，是第j個基本回路的獨立位移的方程個數(shù)。 機構(gòu)的耦合度為K，則 （12） 對于任一基本回路數(shù)為的運動鏈，可視為由單開鏈(SOC)依次聯(lián)接而成：第一個SOC兩端封閉構(gòu)成第一個基本回路，第二SOC的兩端構(gòu)件聯(lián)接在第一基本回路上，構(gòu)成第二個基本回路。按照該規(guī)則，第個SOC的兩端構(gòu)件，應(yīng)該是聯(lián)接在第個基本回路的運動鏈上，構(gòu)成第個基本回路。直到所有基本回路構(gòu)造完畢。該結(jié)構(gòu)和基本回路的分析過程可以表示為 式中的是指多回路機構(gòu)，其中括弧內(nèi)分別表示其自由度，基本回路數(shù)和多回路之間的耦合度。是第個SOC對機構(gòu)的約束度。由此可知，基本回路數(shù)為的機構(gòu)可視為由個SOC依次聯(lián)接而成，則第個SOC對機構(gòu)的約束度可以表示為： （13）由（11）（12）（13）可求出機構(gòu)耦合度，耦合度K的物理意義為： (1) 當耦合度K=0時，各回路運動學與動力學分析可以依次單獨求解；(2) 當耦合度K0時，運動學和機構(gòu)動力學分析的時候需要聯(lián)立多個回路求解，耦合度的大小就是所需聯(lián)立方程組的最低維數(shù)。六自由度機構(gòu)組合方案與耦合度K的值：表22 組合方案耦合度計算結(jié)果序號123456k值及控制解耦性6A3C3D3E3F2A⊕2Ck=4無k=1無k=2無k=1無k=2無k=2無序號789101112k值及控制解耦性2A⊕2D2A⊕2E2A⊕2F4A⊕C4A⊕D4A⊕Ek=2無k=2無k=2無k=2無k=3無k=2無序號131415161718k值及控制解耦性4A⊕FG⊕3AG⊕C⊕AG⊕D⊕AG⊕E⊕AG⊕F⊕Ak=3無k=2部分k=0部分k=1部分k=0部分k=1部分 由上表可得出，耦合度最弱的機構(gòu)組成有兩種，即編號15和17，但編號17中的支鏈E的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低，復雜程度偏高，不適合并聯(lián)減振機構(gòu)支鏈的類型。所以經(jīng)計算分析決定選取編號15的機構(gòu)類型。如下圖所示： 圖24 GCA組合機型3 機構(gòu)運動學分析及三維設(shè)計 鑒于穩(wěn)定性考慮，上面的動平臺3球鉸接等間距分布在在同一外圓上；下面的靜平臺6球鉸接不等間距地分布在同一外圓12個等分點上。 圖31 機構(gòu)簡圖 需要計算出兩個外圓半徑rr2，支鏈的穩(wěn)態(tài)長度L以及上平臺高度h。 分別建立坐標系如上圖所示，兩坐標系位置對應(yīng)平行。下平臺靜坐標系Oxyz的原點為中心，x軸通過球鉸接于點A1，y軸通過球鉸接喻點A2和A6，z軸垂直于下平臺平面。上平臺中心P為動坐標系Puvw原點，且PBPBPB3延長線均與下平臺外接圓12等分點相交。 下平臺某球鉸接點在靜坐標系中的坐標為，上平臺球鉸接點在動坐標系中的坐標為，在靜坐標系中的坐標為。上平臺繞靜坐標系三軸轉(zhuǎn)角分別為、和。則靜坐標系Oxyz到動坐標系Puvw的DH矩陣T為： （14）位置矩陣：；旋轉(zhuǎn)矩陣：；透視矩陣：；比例矩陣：。上平臺各球鉸接點在靜坐標系中的坐標為： （15）各支鏈長度為： （16） 當時，；當時，；當時，由式（14），（15），（16）可求出并聯(lián)機構(gòu)位置反解。取r1=，r2=，則解得L1=31cm，L2=，L3=，L4=，L5=31cm，L6=，h=33cm。 利用專業(yè)三維建模軟件UG來進行模型的建立，根據(jù)運動學分析結(jié)果，對各部件進行初步建模。該并聯(lián)減振機構(gòu)包含多個零部件，比如：上平臺S1，下平臺S2，長連桿C1，短連桿C2，彈性阻尼連桿C3，球鉸接Q。其中彈性阻尼連桿由彈簧和連桿組成。 為了裝配方便且便于仿真時候約束的添加考慮，將球鉸接與上、下平臺分別求和組成一個部件。 圖32 球鉸接圖33 上平臺圖34 下平臺圖35 連桿 裝配效果如下： 圖36 裝配效果a 為了在UG導入ADAMS時候，方便約束的添加，將彈簧去除后并將上下平臺的厚度減小，裝配效果如下： 圖37 裝配效果圖b4 振動仿真分析 由UG導入ADAMS需要通過文件格式轉(zhuǎn)換，首先將UG模型導出為parasolid格式，然后將此文件導入ADAMS VIEW中。 導入ADAMS效果圖為： 圖41 ADAMS效果圖 需對該模型施加相應(yīng)運動副約束，如下圖所示，所包含的約束種類為：球副，移動副。連桿的上下兩部分之間添加的是移動副約束，自由度為1；上、下平臺與各球鉸接為同一PART，所以不需要額外添加固定約束；各桿與上、下平臺的球鉸接之間添加旋轉(zhuǎn)球副，自由度為3
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