基于柔性關(guān)節(jié)的多維高頻激振臺(tái)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、振動(dòng)試驗(yàn)是檢驗(yàn)產(chǎn)品可靠性的主要手段,對(duì)設(shè)備、裝置進(jìn)行高頻多維振動(dòng)測(cè)試需要高頻激振臺(tái)來(lái)模擬實(shí)際高頻振動(dòng)激勵(lì)。目前高頻多維激振裝置相當(dāng)匱乏,一些簡(jiǎn)單的基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多維激振裝置振動(dòng)頻率低,不能模擬實(shí)際的高頻振動(dòng)。因此,本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助下對(duì)高頻多維激振臺(tái)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究,主要進(jìn)行了以下工作:
　　 第一,分析了目前多維激振臺(tái)頻率較低的原因。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副的加工誤差、運(yùn)動(dòng)間隙等缺陷是導(dǎo)致激振臺(tái)頻率輸出較低的主要原因,針對(duì)

2、這一缺點(diǎn)提出了用大變形柔性運(yùn)動(dòng)副代替?zhèn)鹘y(tǒng)運(yùn)動(dòng)副的方案,并且結(jié)合并聯(lián)機(jī)構(gòu)在空間可以實(shí)現(xiàn)多維連續(xù)輸出的優(yōu)點(diǎn),確定了用基于柔性關(guān)節(jié)的并聯(lián)高頻激振平臺(tái)這一方案來(lái)實(shí)現(xiàn)多維高頻激振。
　　 第二,設(shè)計(jì)了一種新型大變形柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副(記作Ⅰ型轉(zhuǎn)動(dòng)副)。運(yùn)用能量法與卡氏定理建立了Ⅰ型柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副的柔度與轉(zhuǎn)動(dòng)誤差表達(dá),并且在Matlab軟件中建立了該柔度與轉(zhuǎn)動(dòng)誤差的理論模型,同時(shí)利用三維造型軟件Pro/E和有限元分析軟件Ansys進(jìn)行了聯(lián)合比較分析。分

3、析結(jié)果顯示Ⅰ型柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)誤差較大,針對(duì)這一缺點(diǎn)設(shè)計(jì)和改進(jìn)了另兩種柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副(記作Ⅱ型、Ⅲ型轉(zhuǎn)動(dòng)副),并且加工出了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型柔性運(yùn)動(dòng)副樣品,搭建試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行三種柔性副的靜加載試驗(yàn),分析比較了其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與轉(zhuǎn)動(dòng)誤差,繼而確定將Ⅲ型轉(zhuǎn)動(dòng)副運(yùn)用到并聯(lián)主體機(jī)構(gòu)中,并且通過(guò)理論與試驗(yàn)結(jié)合的方法分析了Ⅲ型轉(zhuǎn)動(dòng)副的最大轉(zhuǎn)角。
　　 第三,對(duì)Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)傳遞性能的試驗(yàn)和測(cè)試。設(shè)計(jì)了一種測(cè)量柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副傳遞性能的試驗(yàn)方案。搭建了以電動(dòng)

4、激振器為輸入,Ⅲ型轉(zhuǎn)動(dòng)副為測(cè)試對(duì)象,移動(dòng)導(dǎo)軌垂直位移為輸出的試驗(yàn)平臺(tái)。然后搭建了以加速度傳感器、信號(hào)采集器、計(jì)算機(jī)處理分析系統(tǒng)為主體的測(cè)試平臺(tái)。測(cè)試了Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副對(duì)于多種高頻激勵(lì)的傳遞性能。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)振動(dòng)模擬高頻激勵(lì)的有效傳遞。
　　 第四,基于旋量理論進(jìn)行了三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)型設(shè)計(jì),確定3-PP(4R)RR并聯(lián)機(jī)構(gòu)為本文激振臺(tái)的主體機(jī)構(gòu)。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)旋量與約束旋量的方法分析了機(jī)構(gòu)的自由度,采用主

5、動(dòng)副剛化法判斷了機(jī)構(gòu)主動(dòng)副選擇的合理性。采用矢量封閉形法分析了機(jī)構(gòu)的位移反解、速度、加速度,并且運(yùn)用Newton迭代法分析了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置正解,聯(lián)合運(yùn)用Matlab和Adams軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論模型進(jìn)行了分析和驗(yàn)證,得到了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)對(duì)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)的響應(yīng)。
　　 最后,在機(jī)構(gòu)位置反解模型的基礎(chǔ)上采用蒙特卡羅方法,用定姿態(tài)三維網(wǎng)格搜索方法得到機(jī)構(gòu)的工作空間,并在Matlab軟件中可視化輸出;通過(guò)判斷機(jī)構(gòu)速度約束方程的Jacobian方