基于Stewart平臺的并聯(lián)風洞天平設計理論及應用研究.pdf

1、天平是風洞測力實驗的最關鍵的測量設備.本文研究了基于Stewart平臺的并聯(lián)風洞天平的若干基本設計理論及在風洞中的應用,主要工作如下:首先系統(tǒng)地總結風洞天平的作用、分類、應用領域、國內外研究發(fā)展現(xiàn)狀及基于Stewart平臺的并聯(lián)風洞天平優(yōu)點與國內外研究現(xiàn)狀.將并聯(lián)機構的六根可伸縮桿替換為六個一維彈性敏感元件,由此提出了一種全新的6-SS并聯(lián)天平概念,分析該類天平的位置正、逆解,提供了并聯(lián)天平應用研究的基本理論依據.依據天平工作時處于相對

2、靜平衡的特點,利用空間力變換關系,研究天平的六維感受力與被測力基本變換原理,直接推導出感測力的六維雅可比矩陣,同時給出其結構參數的解析表達形式.以力雅可比矩陣條件數為目標函數對天平進行結構優(yōu)化設計,推導出雅可比矩陣條件數關于五個基本結構參數的解析關系表達式.依據雅可比矩陣條件數最小原則,先利用ADAMS軟件對目標函數和系統(tǒng)結構參數的關系進行定性分析,再基于矩陣的F-范數利用數學軟件Mathematica進行定量分析,應用數值法找到八種滿

3、足天平精度最高的優(yōu)化結構,并計算出天平的設計中心.基于Kane方法研究天平的動力學及模態(tài),通過線性化動力學方程建立天平的固有頻率方程,依據振動理論推導出并聯(lián)天平的六階固有頻率及其對應的振型,同時研究了天平的六階固有頻率隨敏感單元剛度系數及上平臺質量的變化規(guī)律,并用有限元法驗證理論計算結果的正確性.最后,依據以上形成的設計理論和結構優(yōu)化方法,根據應用要求確定了天平設計量程,設計出應變式敏感元件、柔性球鉸、數據采集系統(tǒng)及數據處理系統(tǒng)等軟件,