基于空間三平移并聯(lián)機構(gòu)的柔性高頻振動臺的設(shè)計與試驗.pdf

1、振動試驗作為檢測產(chǎn)品可靠性能的最主要手段，目前仍有很大不足之處，究其原因是尚未有真正能模擬實際工況中多維高頻振動的振動臺出現(xiàn)，無法進行真實的多維高頻振動試驗。本文在國家自然科學(xué)基金資助項目(50905077)“基于柔性關(guān)節(jié)的多維高頻振動平臺設(shè)計及非線性解耦控制”及教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點專項基金資助項目(20093227120007)“新型并聯(lián)多維高頻振動平臺的系統(tǒng)設(shè)計理論研究”的支持下，設(shè)計了一種基于空間三平移并聯(lián)機構(gòu)的柔性高頻振動臺

2、，并進行了試驗研究，主要作了如下幾點工作:
　　 首先，列舉了若干種柔性運動副的結(jié)構(gòu)形式，并結(jié)合課題組已完成的柔性轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)角試驗、傳遞性能試驗等，優(yōu)選設(shè)計了一種能實現(xiàn)大角度變形的新型柔性轉(zhuǎn)動副。以微積分理論及相關(guān)力學(xué)知識為基礎(chǔ)，定性地給出了其近似轉(zhuǎn)動剛度的推導(dǎo)過程，借助工程軟件MATLAB得到了曲板內(nèi)徑等三個關(guān)鍵參數(shù)對轉(zhuǎn)動剛度的影響程度曲線;另一方面采用有限元軟件ANSYS給出了其轉(zhuǎn)動剛度的仿真計算公式;而后對加工出來的實物樣件

3、進行了定量的試驗，驗證了轉(zhuǎn)動剛度解析模型和仿真模型的準確性。
　　 其次，通過幾何及解析方法，給出了新型柔性轉(zhuǎn)動副的幾類常見的加工誤差，并建立了相對剛度誤差模型。利用AUTOCAD繪制了厚度誤差等幾類最典型的加工誤差示意圖，然后采用幾何方法計算出上述加工誤差值的范圍;根據(jù)ParosJ剛度計算公式和SmithST誤差分析方法，針對鉸鏈寬度、曲板內(nèi)徑、曲板厚度三個關(guān)鍵參數(shù)，在誤差不相互耦合的前提下，建立加工誤差對柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動剛度影響

4、的偏微分方程誤差模型，定性地分析出了曲板厚度是一項極為敏感尺寸，加工過程中應(yīng)保持該結(jié)構(gòu)的精度;最終通過以有限元的思想分析驗證了誤差模型的準確性。
　　 再次，在完成空間三平移高頻振動臺的虛擬樣機設(shè)計的基礎(chǔ)上，建立了其剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型，并進行了相關(guān)運動學(xué)、動力學(xué)仿真。引入剛?cè)狁詈纤枷耄茖?dǎo)了柔性并聯(lián)機構(gòu)的動能、勢能，根據(jù)虛功原理，建立了其剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型，并引入約束方程，對整個振動系統(tǒng)建立了運動方程;借助虛擬樣機軟件ADAMS

5、對剛?cè)狁詈咸摂M樣機模型進行了運動學(xué)仿真，結(jié)果表明該柔性并聯(lián)機構(gòu)在轉(zhuǎn)化成模態(tài)中性文件(MNF)文件以后，依舊遵循運動學(xué)理論進行運動，從側(cè)面說明了之前對新型柔性鉸鏈的設(shè)計是十分合理的;最后借助有限元軟件ANSYS對柔性并聯(lián)機構(gòu)進行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，得到了該機構(gòu)的各階模態(tài)振型及在實際振動過程中的諧響應(yīng)狀態(tài)，對后續(xù)的試驗起來關(guān)鍵的指導(dǎo)作用！
　　 最后，加工出高頻振動裝置實物樣機并進行了相應(yīng)的振動試驗。根據(jù)振動學(xué)理論，推算出實際振動