基于Stewart平臺的并聯(lián)風(fēng)洞天平設(shè)計理論及應(yīng)用研究.pdf

1、天平是風(fēng)洞測力實驗的最關(guān)鍵的測量設(shè)備.本文研究了基于Stewart平臺的并聯(lián)風(fēng)洞天平的若干基本設(shè)計理論及在風(fēng)洞中的應(yīng)用,主要工作如下:首先系統(tǒng)地總結(jié)風(fēng)洞天平的作用、分類、應(yīng)用領(lǐng)域、國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀及基于Stewart平臺的并聯(lián)風(fēng)洞天平優(yōu)點與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.將并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六根可伸縮桿替換為六個一維彈性敏感元件,由此提出了一種全新的6-SS并聯(lián)天平概念,分析該類天平的位置正、逆解,提供了并聯(lián)天平應(yīng)用研究的基本理論依據(jù).依據(jù)天平工作時處于相對

2、靜平衡的特點,利用空間力變換關(guān)系,研究天平的六維感受力與被測力基本變換原理,直接推導(dǎo)出感測力的六維雅可比矩陣,同時給出其結(jié)構(gòu)參數(shù)的解析表達(dá)形式.以力雅可比矩陣條件數(shù)為目標(biāo)函數(shù)對天平進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,推導(dǎo)出雅可比矩陣條件數(shù)關(guān)于五個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的解析關(guān)系表達(dá)式.依據(jù)雅可比矩陣條件數(shù)最小原則,先利用ADAMS軟件對目標(biāo)函數(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行定性分析,再基于矩陣的F-范數(shù)利用數(shù)學(xué)軟件Mathematica進(jìn)行定量分析,應(yīng)用數(shù)值法找到八種滿

3、足天平精度最高的優(yōu)化結(jié)構(gòu),并計算出天平的設(shè)計中心.基于Kane方法研究天平的動力學(xué)及模態(tài),通過線性化動力學(xué)方程建立天平的固有頻率方程,依據(jù)振動理論推導(dǎo)出并聯(lián)天平的六階固有頻率及其對應(yīng)的振型,同時研究了天平的六階固有頻率隨敏感單元剛度系數(shù)及上平臺質(zhì)量的變化規(guī)律,并用有限元法驗證理論計算結(jié)果的正確性.最后,依據(jù)以上形成的設(shè)計理論和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,根據(jù)應(yīng)用要求確定了天平設(shè)計量程,設(shè)計出應(yīng)變式敏感元件、柔性球鉸、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等軟件,