一種新型五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、本文密切結(jié)合航空制造業(yè)大型整體結(jié)構(gòu)件加工對五坐標(biāo)加工裝備的需求，系統(tǒng)研究一種新型五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法。在兩轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的拓?fù)錁?gòu)型綜合基礎(chǔ)上，提出一種新型五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，深入研究該機(jī)構(gòu)的運動學(xué)分析、彈性動力學(xué)建模與分析、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計等問題。全文主要成果如下:
　　基于李群理論，提出定點轉(zhuǎn)動兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的拓?fù)渚C合方法。結(jié)合子流形等效原理與位移子群/子流形特征將可用支鏈分類，并提出定點轉(zhuǎn)動兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)可用支鏈

2、的裝配原則。通過引入環(huán)形導(dǎo)軌、鉸接動平臺、平行四邊形子結(jié)構(gòu)擴(kuò)充了定點轉(zhuǎn)動兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)拓?fù)錁?gòu)型，得到多種新型兩轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
　　以拓?fù)錁?gòu)型綜合得到的PaRot并聯(lián)機(jī)構(gòu)為A/B軸轉(zhuǎn)頭，創(chuàng)新設(shè)計一種適用于五坐標(biāo)高效加工作業(yè)的臥式布局、可實現(xiàn)3T2R運動的新型五自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)T5。借助矢量鏈法分析T5并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置逆解和位置正解，并通過微分運算建立該機(jī)構(gòu)的速度和加速度在驅(qū)動空間和操作空間之間的映射模型，進(jìn)而計及鉸鏈轉(zhuǎn)角范圍、驅(qū)動副行

3、程等約束條件、利用極限邊界數(shù)值搜索法完成機(jī)構(gòu)工作空間分析。
　　在運動學(xué)分析與虛擬樣機(jī)設(shè)計基礎(chǔ)上，應(yīng)用機(jī)構(gòu)運動彈性動力學(xué)與子結(jié)構(gòu)綜合理論，計及桿件柔性、鉸鏈柔性、集中質(zhì)量、重力及零部件裝配特征，建立支鏈、轉(zhuǎn)頭等部件運動微分方程，進(jìn)而根據(jù)節(jié)點自由度耦合關(guān)系建立T5并聯(lián)機(jī)構(gòu)彈性動力學(xué)模型。
　　通過無阻尼固有特性分析，揭示了T5并聯(lián)機(jī)構(gòu)低階固有頻率的面對稱空間分布特征，并借助商用有限元軟件驗證其有效性。采用振型疊加法求解系統(tǒng)時域

4、動態(tài)響應(yīng)，并研究了運動過程中機(jī)構(gòu)最大動應(yīng)力的變化情況。結(jié)果表明，重力對機(jī)構(gòu)最大彈性位移有較大影響，應(yīng)在動態(tài)設(shè)計時加以考慮。
　　借助商用軟件預(yù)估伺服驅(qū)動參數(shù)，進(jìn)而開發(fā)基于工控機(jī)+運動控制器的數(shù)控系統(tǒng)，搭建T5原型樣機(jī)實驗平臺。開展典型位姿下原型樣機(jī)的模態(tài)實驗研究，驗證彈性動力學(xué)分析的有效性。
　　利用田口實驗法分析機(jī)構(gòu)截面參數(shù)和尺度參數(shù)對動態(tài)性能的影響，獲得關(guān)鍵參數(shù)對機(jī)構(gòu)動態(tài)特性的作用規(guī)律，為動態(tài)優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。針對動態(tài)性