帶軸向變形的柔順機構(gòu)多自由度偽剛體模型研究.pdf

1、柔順機構(gòu)是一種可以利用自身柔性構(gòu)件的彈性變形來轉(zhuǎn)換運動、力和能量的新型機構(gòu)。與傳統(tǒng)的剛性機構(gòu)相比，由于它免去了運動副間的裝配和摩擦磨損，因而表現(xiàn)出許多優(yōu)點，近年來已成為國內(nèi)外機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的一個研究熱點。
　　柔順機構(gòu)具有獨特的性能和廣泛的應(yīng)用前景，但是對于大變形造成的幾何非線性導(dǎo)致柔順機構(gòu)的分析和設(shè)計變得非常困難。由 Howell提出的偽剛體模型法將柔順機構(gòu)的非線性問題轉(zhuǎn)化為等效剛性機構(gòu)的線性問題來求解，為柔順機構(gòu)的研究奠定了基礎(chǔ)。

2、后來學(xué)者陸續(xù)提出了2R、PR偽剛體模型，但這些偽剛體模型自由度不足，導(dǎo)致其模擬精度和范圍有限，限制了其進一步應(yīng)用。針對上述問題，本文在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，增加偽剛體模型的自由度，提出一種帶軸向變形的多自由度 PRR偽剛體模型，考慮多種復(fù)雜載荷情況，建立了相應(yīng)的偽剛體新模型，并對該模型進行了相關(guān)研究。主要內(nèi)容歸納如下：
　　1、針對末端受力矩載荷時的柔順桿，建立大變形柔順機構(gòu)的PRR偽剛體模型。將力矩載荷施加到模型的末端，采用參數(shù)近似

3、化法建立模型特征半徑系數(shù)的三維搜索過程，并對偽剛體模型中移動副引起的軸向位移占整個軸向移動的比例做定量分析。研究表明，在力矩載荷作用下，該移動副幾乎不發(fā)生軸向位移，此時PRR模型與2R偽剛體模型基本一致。
　　2、針對末端受力載荷的柔順桿，建立大變形柔順機構(gòu)的PRR偽剛體模型。通過運動學(xué)正解得出模型特征參數(shù)的數(shù)值表達式，運用參數(shù)化近似法建立程序求解框圖，運用線性回歸法擬合模型的剛度系數(shù)。利用數(shù)值分析軟件，通過與現(xiàn)有偽剛體模型以及柔

4、順桿的末端軌跡特征進行分析對比，表明PRR偽剛體模型的模擬精度進一步提高。
　　3、針對末端受復(fù)合載荷形式的柔順桿，建立大變形柔順機構(gòu)的PRR偽剛體模型。將載荷比進行極端化處理，推導(dǎo)出兩種極端載荷形式下偽剛體模型的數(shù)學(xué)表達式。通過建立三維搜索程序和線性擬合方法求解出模型的特征參數(shù)，通過與其他模型對比分析驗證了受復(fù)合載荷時PRR模型的優(yōu)越性。
　　4、將受不同載荷時的PRR偽剛體模型應(yīng)用到平面柔順機構(gòu)中，建立柔順四桿機構(gòu)和柔順