少自由度并聯(lián)裝備構(gòu)型及約束鏈研究.pdf

1、并聯(lián)構(gòu)型制造裝備的結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是世界上近年來(lái)逐漸興起的一種新構(gòu)型制造裝備。與串聯(lián)構(gòu)型相比，并聯(lián)構(gòu)型具有剛度好、精度高、高速和高加速度等特點(diǎn)，在制造領(lǐng)域具有很廣泛的應(yīng)用前景。其中，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已成為并聯(lián)構(gòu)型裝備發(fā)展的重要趨勢(shì)。 由于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)總體上具有比六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性，使少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)型匾乏。因此，研究少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。又因?yàn)榧s束鏈的結(jié)構(gòu)形式、

2、關(guān)節(jié)和自由度配置、精度和剛度等特性對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)性能有直接影響，所以對(duì)各類(lèi)支鏈以及其運(yùn)動(dòng)特性等的研究勢(shì)在必行。 本文圍繞少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)和約束鏈相關(guān)問(wèn)題，在對(duì)并聯(lián)構(gòu)型裝備的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的型綜合方法、約束鏈的構(gòu)成與分類(lèi)、不同約束鏈構(gòu)型的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜剛度、彈性動(dòng)力學(xué)、精度與誤差等方面進(jìn)行了比較深入的研究。 具體包括以下內(nèi)容： (1)研究了與并聯(lián)機(jī)構(gòu)密不可分的螺旋理論、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)和群論，

3、闡述了相關(guān)的基本概念、基本運(yùn)算和基本準(zhǔn)則，為進(jìn)一步研究打下理論基礎(chǔ)。 (2)研究了現(xiàn)有并聯(lián)機(jī)構(gòu)型綜合的三種主要方法，包括螺旋約束綜合法，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜合法和位移流型綜合法，詳盡地比較了這些型綜合方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上系統(tǒng)地提出添加約束綜合法。利用該方法擴(kuò)展了若干并聯(lián)機(jī)構(gòu)新機(jī)型。 (3)運(yùn)用添加約束綜合法，對(duì)九類(lèi)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作了較全面的型綜合，綜合出60多種實(shí)例，并對(duì)這些并聯(lián)機(jī)構(gòu)作了約束分析、自由度計(jì)算、約束度計(jì)

4、算和耦合度計(jì)算，并判斷了控制解耦性，對(duì)各類(lèi)機(jī)構(gòu)作了構(gòu)型上和解耦性的比較，為機(jī)構(gòu)的優(yōu)選提供了依據(jù)。 (4)研究了主動(dòng)鏈和約束鏈的構(gòu)成方法，系統(tǒng)地綜合出13種主動(dòng)鏈類(lèi)型，以及113種約束鏈，其中大多是新型約束鏈。并對(duì)其中的37個(gè)約束鏈按約束鏈所具有的自由度數(shù)排列，作了約束特性、自由度數(shù)、結(jié)構(gòu)要求等分析，最后應(yīng)用螺旋理論對(duì)12種典型約束鏈作了約束分析和計(jì)算。 (5)研究了不同約束鏈構(gòu)型的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。對(duì)部分并聯(lián)機(jī)構(gòu)作了位置、

5、速度、工作空間和可操作度分析和計(jì)算，研究了機(jī)構(gòu)的解耦性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、運(yùn)動(dòng)性能以及機(jī)構(gòu)的奇異性。并用ADAMS軟件對(duì)具有串聯(lián)式基本構(gòu)型、平行四邊形4R型，以及含有圓柱副C和虎克鉸T型約束鏈的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)態(tài)仿真。 (6)研究了不同約束鏈對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度的影響，建立了考慮主動(dòng)鏈以及考慮約束支鏈時(shí)的剛度數(shù)學(xué)模型，并利用大型通用有限元仿真軟件ANSYS對(duì)不同構(gòu)型機(jī)構(gòu)作了受力變形仿真和剛度計(jì)算，了解了并聯(lián)機(jī)構(gòu)在不同約束鏈下剛度變化的規(guī)