多自由度并聯(lián)式減振平臺的設(shè)計-文庫吧資料
2025-01-22 15:03本頁面
【正文】 動靜平臺半徑已知的情況下，逆解出相應(yīng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角。 為第 i 個運動副的相對自由度數(shù)。 n 為構(gòu)件數(shù)。 機構(gòu)的自由度計算該機構(gòu)中,由于與動平臺相連的平行四桿機構(gòu)存在虛約束, 故計算自由度時應(yīng)去掉平行四桿中平行的桿及其兩端的兩個轉(zhuǎn)動副, 機構(gòu)的自由度計算采用Kut zbachGrubler 公式, 即??????6)1(dfgnMgi式中, d 為機構(gòu)階數(shù)。 可有利于各副恢復(fù)原來平衡位置狀態(tài), 有利于減振的衰減。座椅三維減振平臺簡圖見圖 6。 三維座椅減振平臺的主體結(jié)構(gòu)車載座椅的三維減振平臺采用一個 3PRRP(4R)并聯(lián)機構(gòu)和彈性阻尼裝置組成,并聯(lián)機構(gòu)由上下平臺和 3 個單開鏈組成,每個單開支鏈均由單自由度的移動副或轉(zhuǎn)動副組成,上平臺與座椅相連,它相對于下平臺可產(chǎn)生 x 、y、z 3 個方向10的平移,在主動移動 P 副處安裝彈性阻尼減振器,這里采用空氣彈簧可調(diào)黏滯阻尼器,通過設(shè)計彈簧剛度可調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率,通過可調(diào)阻尼器消耗車輛振動沖擊的能量來實現(xiàn)減振。因此如果能夠設(shè)計出一種可以完成多維隔振的減振裝置，能夠減弱多個方向的振動，那么這個裝置一定具有十分重要的研究意義及應(yīng)用前景。 基于 6 自由度并聯(lián)減振平臺結(jié)構(gòu)已有初步研究，少自由度并聯(lián)減振裝置的系統(tǒng)研究剛剛開始，但應(yīng)用于車輛座椅多維振動要求的少自由度減振座椅未見報道。 存在問題 多年來，人們曾采用特殊橡膠或塑料以期能達到多自由度減振的目的,但遺憾的是它們易老化,失去原來特性。主動座椅懸架通過力控制實現(xiàn)對彈性與阻尼的聯(lián)合調(diào)節(jié)，效果最好, 但能耗大、成本高。綜上所述，被動座椅懸架的研究集中在參數(shù)優(yōu)化和非線性彈性設(shè)計方面，主要通過調(diào)節(jié)彈性參數(shù)設(shè)定頻率來實現(xiàn)有效隔振，懸架參數(shù)不能實時調(diào)節(jié)，因此減振效果相對差些。劉會英等建立了包括主動作動器的人體座椅六自由度模型并給出了前饋型自適應(yīng)控制策略,曹君等探討了座椅主動懸架的魯棒控制方法，張紅新等提出了用于主動座椅的電致作動器。Kawana 等研究了基于電動伺服馬達和滾珠絲杠的主動座椅懸架系統(tǒng),該系統(tǒng)用于重型卡車,實驗結(jié)果表明座椅懸架上板加速度加權(quán)平均值降低接近 50% 。McCormac 等人基于電液作動器搭建了雙軸式主動座椅懸架系統(tǒng)。另一種形式不用彈簧和固定阻尼,只采用可控力發(fā)生器連接。以上研究表明, 基于磁流變技術(shù)的半主動懸架能夠?qū)ψ巫枘崃嵤┛刂? 不僅能量消耗較低，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可靠性高，具有較好應(yīng)用前景。Choi 和 Wereley 對磁流變半主動座椅懸架在振動和沖擊載荷下的人體反應(yīng)進行了研究。該系統(tǒng)由磁流變阻尼器和集成位移傳感器的控制器組成, 如圖 4 所示。圖 2 凸輪控制的非線性彈性座椅懸架7Carlson 等研究用于貨車座椅的可控磁流變液減振器，使座椅振幅降低程度最大達到 50%。磁流變液具有良好的可控性能和力學(xué)性能，和電流變液相比，其屈服強度高( 50 ~ 100 kPa)、驅(qū)動電壓低( 2~ 25 V )，因而具有極高的應(yīng)用價值。隨著智能材料和電子控制技術(shù)的發(fā)展,半主動座椅懸架及其控制技術(shù)的研究逐漸興起并取得了較大進展。 半主動座椅懸架半主動懸架由可控的阻尼元件(減振器)和彈簧組成，參見圖 3，其無動力源且通常只能調(diào)節(jié)阻尼力。另外一種實現(xiàn)非線性彈性的方法是通過懸架機構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn), 德國 Grammer 公司 (其座椅懸架參見圖 2)、英國Bostrum 公司、我國河南科技大學(xué)等研究了用水平線性拉簧和凸輪、擠壓滾輪、曲面板配合, 借助機構(gòu)運動關(guān)系實現(xiàn)非線性彈性特性。例如高愛云等對非線性座椅懸架的動態(tài)參數(shù)進行了優(yōu)化，他們以傳給人體的加速度均方根值最小為優(yōu)化目標(biāo)，用 9 次奇次多項式表示非線性彈性特性力，采用隨機方向法進行優(yōu)化得到了最優(yōu)的多項式系數(shù)，采用優(yōu)化后的動態(tài)參數(shù)制成的新座椅經(jīng)實驗測試隔振能力提高 40% 左右。被動座椅懸架的研究集中在懸架參數(shù)的測定、分析、優(yōu)化等方面，并且以懸架彈性特性研究為主。本文按照被動型、半主動型、主動型 3 種座椅懸架的分類詳細地介紹座椅5懸架的研究進展。因此，提高座椅動態(tài)舒適性的原則就是合理地選擇( 或控制) 彈性和阻尼參數(shù)，避開人體最敏感頻段，同時盡量吸收振動能量。車輛座椅的動態(tài)舒適性與座椅及人體的振動特性密切相關(guān)。基于并聯(lián)機構(gòu)的運動特點，這種多維減振平臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、控制精度高、能夠滿足多種多維減振場合的需求，如陳修祥等就提出采用多自由度的并聯(lián)機構(gòu)實現(xiàn)車載設(shè)備的多維振動控制。目前有關(guān)座椅的多維減振的方法還不多見，徐曉美等研究了一種剪式座椅的振動特性，姚為民等研究了空氣懸掛式座椅的減振特性，劉會英等研究了人體座椅系統(tǒng)的主動振動控制系統(tǒng)模型，但上述研究均只考慮了垂直方向車輛振動的影響。所以，深入研究駕駛員座椅懸架系統(tǒng)，采用切實可行的技術(shù)措施，隔離由于地面激勵而引起的通過車輛底盤和座椅傳遞到人體的振動，是提高車輛乘坐舒適性的一個重要而實際的課題。在底盤或駕駛室上裝備懸架系統(tǒng)，其效果在一定程度上優(yōu)于座椅懸架，但前者的成本遠高于后者；而且對于車輛來說，由于其特殊的底盤結(jié)構(gòu)和有限的懸架布置空間，在底盤上裝備懸架存在著一定的困難。美國的 JohnDeere 司不僅在前軸上采用油氣懸架，還在駕駛室與后軸之間裝備了油氣懸置；意大利Carraro 公司、德國 Fendt 公司和柏林工業(yè)大學(xué)等單位相繼研制了半主動懸架系統(tǒng)；半主動控制的空氣彈簧也已被應(yīng)用到駕駛室懸置和座椅懸架中。理論分析和工程實踐表明對這些載重量大、作業(yè)和行駛于惡劣環(huán)境中的車輛來說，提高其乘坐舒適性的最可行的方法是在底盤、駕駛室或座椅上裝備彈性懸架。采用發(fā)動機懸置對車輛乘坐舒適性的改善效果也不顯著。研究發(fā)現(xiàn)，降低輪胎氣壓，減小輪胎的垂向剛度對提高車輛的乘坐舒適性具有一定的作用。為了改善駕駛員的乘坐環(huán)境，國際標(biāo)準化組織自 1974 年制訂了國際標(biāo)準ISO2631《人體承受全身振動的評價指南》后，又相繼制訂了一系列針對機械的標(biāo)準，這些標(biāo)準對駕駛員所承受振動的測量方法和評價體系做出了具體的規(guī)定。20222022 學(xué)年 第一學(xué)期中國礦業(yè)大學(xué)科研創(chuàng)新設(shè)計論文題目：多自由度并聯(lián)式減振平臺的設(shè)計學(xué) 院：機電工程學(xué)院 專 業(yè)：機械設(shè)計及自動化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：
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