基于柔性關(guān)節(jié)的多維高頻激振臺設(shè)計研究.pdf

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

2、這一缺點(diǎn)提出了用大變形柔性運(yùn)動副代替?zhèn)鹘y(tǒng)運(yùn)動副的方案,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)高頻激振平臺這一方案來實(shí)現(xiàn)多維高頻激振。
　　 第二,設(shè)計了一種新型大變形柔性轉(zhuǎn)動副(記作Ⅰ型轉(zhuǎn)動副)。運(yùn)用能量法與卡氏定理建立了Ⅰ型柔性轉(zhuǎn)動副的柔度與轉(zhuǎn)動誤差表達(dá),并且在Matlab軟件中建立了該柔度與轉(zhuǎn)動誤差的理論模型,同時利用三維造型軟件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)動副運(yùn)動誤差較大,針對這一缺點(diǎn)設(shè)計和改進(jìn)了另兩種柔性轉(zhuǎn)動副(記作Ⅱ型、Ⅲ型轉(zhuǎn)動副),并且加工出了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型柔性運(yùn)動副樣品,搭建試驗(yàn)平臺進(jìn)行三種柔性副的靜加載試驗(yàn),分析比較了其轉(zhuǎn)動剛度與轉(zhuǎn)動誤差,繼而確定將Ⅲ型轉(zhuǎn)動副運(yùn)用到并聯(lián)主體機(jī)構(gòu)中,并且通過理論與試驗(yàn)結(jié)合的方法分析了Ⅲ型轉(zhuǎn)動副的最大轉(zhuǎn)角。
　　 第三,對Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動副進(jìn)行了運(yùn)動傳遞性能的試驗(yàn)和測試。設(shè)計了一種測量柔性轉(zhuǎn)動副傳遞性能的試驗(yàn)方案。搭建了以電動

4、激振器為輸入,Ⅲ型轉(zhuǎn)動副為測試對象,移動導(dǎo)軌垂直位移為輸出的試驗(yàn)平臺。然后搭建了以加速度傳感器、信號采集器、計算機(jī)處理分析系統(tǒng)為主體的測試平臺。測試了Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動副對于多種高頻激勵的傳遞性能。試驗(yàn)結(jié)果說明Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動副可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)振動模擬高頻激勵的有效傳遞。
　　 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,確定3-PP(4R)RR并聯(lián)機(jī)構(gòu)為本文激振臺的主體機(jī)構(gòu)。運(yùn)用運(yùn)動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、動副剛化法判斷了機(jī)構(gòu)主動副選擇的合理性。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軟件對運(yùn)動學(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)對相應(yīng)運(yùn)動激勵的響應(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;通過判斷機(jī)構(gòu)速度約束方程的Jacobian方