并聯(lián)髖關(guān)節(jié)試驗機(jī)彈性動力學(xué)及振動控制分析.pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)在大載荷、高速運(yùn)動的情況下，由于受外載荷及周期性變化的慣性力作用，機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的彈性變形會導(dǎo)致動平臺的運(yùn)動誤差，且很難通過標(biāo)定的方法進(jìn)行補(bǔ)償。髖關(guān)節(jié)假體在進(jìn)行摩擦學(xué)實驗時，實驗裝置的運(yùn)動頻率需為1HZ，試驗機(jī)驅(qū)動桿在摩擦力矩作用下產(chǎn)生彈性變形，降低了試驗機(jī)模擬人體髖關(guān)節(jié)的實際運(yùn)動的精度。3SPS+1PS并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為所研制的并聯(lián)試驗平臺的核心機(jī)構(gòu)，需對其進(jìn)行動力學(xué)建模分析、動態(tài)特性及優(yōu)化、疲勞可靠性、振動主動控制。主要研究內(nèi)容可概括如

2、下：
　　1）研究了基于KED方法的3SPS+1PS并聯(lián)機(jī)構(gòu)彈性動力學(xué)建模方法。利用一種空間圓截面彈性梁單元模型，推導(dǎo)了單元的動力學(xué)方程和支鏈的動力學(xué)方程；根據(jù)機(jī)構(gòu)的位移協(xié)調(diào)關(guān)系和受力協(xié)調(diào)關(guān)系，將各支鏈彈性動力學(xué)方程和剛性動平臺聯(lián)結(jié)，得到了整體的彈性動力學(xué)模型；利用Newmark算法進(jìn)行了并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)的數(shù)值求解，得到了動平臺在運(yùn)動過程中的彈性變形、驅(qū)動支鏈的驅(qū)動力以及動平臺的受力情況。
　　2）研究了基于固有頻率特性的

3、3SPS+1PS并聯(lián)機(jī)構(gòu)動態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。以動應(yīng)力和固有頻率為動態(tài)特性參數(shù)，基于彈性動力學(xué)方程的求解，得到了機(jī)構(gòu)各支鏈的最大動應(yīng)力變化以及機(jī)構(gòu)的前四階固有頻率在工作空間的分布；探討了前三階固有頻率與支鏈截面半徑、動平臺質(zhì)量和動平臺位置高度之間的關(guān)系；以第一階固有頻率/質(zhì)量為優(yōu)化指標(biāo)，在主動支鏈的最大正應(yīng)力滿足約束條件下，優(yōu)化選擇支鏈合適的半徑，減小了支鏈的最大動應(yīng)力、提高系統(tǒng)的固有頻率，達(dá)到改善機(jī)構(gòu)動力學(xué)特性的目的。
　　3

4、）研究了根據(jù)機(jī)構(gòu)支鏈最大動應(yīng)力變化情況，采用雨流計數(shù)法對支鏈最大動應(yīng)力進(jìn)行處理分析，統(tǒng)計出最大動應(yīng)力循環(huán)數(shù)；建立了基于Corten-Dolan的疲勞累計損傷理論疲勞壽命模型，并計算了機(jī)構(gòu)各支鏈的疲勞壽命；最后，基于疲勞可靠性分析方法，分析了機(jī)構(gòu)的疲勞可靠性，并探討了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的疲勞可靠性，驗證了優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以明顯地提高機(jī)構(gòu)的疲勞壽命和可靠性。
　　4）研究了基于滑膜變結(jié)構(gòu)控制的3SPS+1PS并聯(lián)機(jī)構(gòu)振動主動控制。不考慮