多自由度并联式减振平台的设计

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1、2013-2014学年第一学期中国矿业大学科研创新设计论文题目：多自由度并联式减振平台的设计学院：机电工程学院专业：机械设计及自动化班级：姓名：学号：指导教师：2013年12月19目录1选题的背景和意义32国内外研究现状及存在的问题42.1国内外研究现状42.1.1被动座椅悬架42.1.2半主动座椅悬架62.1.3主动座椅悬架72.2存在问题93课题研究的内容与方法93.1三维座椅减振平台的主体结构93.2三维座椅减振平台的运动学分析103.2.1机构的自由度计算103.2.2位置逆解分析113.2.3机构的Jacobian矩阵分析113.3三维座椅减振平台的工作

2、空间分析113.4三维座椅减振平台的奇异位形分析113.5三维座椅减振平台的灵巧度分析123.6三维座椅减振平台的尺寸优化123.7三维座椅减振平台的振动分析133.8三维座椅减振平台的阻尼控制系统144预期成果155论文结构安排166进度安排177参考文献17191选题的背景和意义高强度的全身振动会对人体的腰椎、脊柱、胃和肾脏等器官造成伤害，而最易遭受这种振动伤害的是车辆的驾驶员。汽车在作业和行驶过程中产生强烈的振动，致使驾驶员长时间承受低频(2～8Hz)高强度的乘坐振动，从而引发脊椎畸变、胃病等职业性疾病，严重地损害驾驶员的身心健康，降低工作效率。为了改善驾驶

3、员的乘坐环境，国际标准化组织自1974年制订了国际标准ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》后，又相继制订了一系列针对机械的标准，这些标准对驾驶员所承受振动的测量方法和评价体系做出了具体的规定。为了满足这些标准中车辆乘坐舒适性提出的要求，改善驾驶员的乘坐环境，人们一直在尝试从车辆的轮胎、底盘悬架、发动机悬置、驾驶室悬置和座椅等各个环节寻找解决问题的方案。研究发现，降低轮胎气压，减小轮胎的垂向刚度对提高车辆的乘坐舒适性具有一定的作用。但综合考虑其它因素，这种方法在实际中并不可取：因为轮胎气压的降低会增大轮胎的变形，导致轮胎滚动阻力增加，在轮胎内部产生大量的热量

4、，从而降低轮胎的使用寿命。采用发动机悬置对车辆乘坐舒适性的改善效果也不显著。对车辆的驾驶员来说，振动伤害主要来自粗糙地面引起的低频大振幅振动，而不是由发动机产生的高频振动。理论分析和工程实践表明对这些载重量大、作业和行驶于恶劣环境中的车辆来说，提高其乘坐舒适性的最可行的方法是在底盘、驾驶室或座椅上装备弹性悬架。国内外在这方面的尝试一直没有停止过，并已有部分研究成果应用于生产实际。美国的JohnDeere司不仅在前轴上采用油气悬架，还在驾驶室与后轴之间装备了油气悬置；意大利Carraro公司、德国Fendt公司和柏林工业大学等单位相继研制了半主动悬架系统；半主动控制

5、的空气弹簧也已被应用到驾驶室悬置和座椅悬架中。上述技术方案对改善车辆的乘坐舒适性具有显而易见的效果，但其是以高成本为代价的。在底盘或驾驶室上装备悬架系统，其效果在一定程度上优于座椅悬架，但前者的成本远高于后者；而且对于车辆19来说，由于其特殊的底盘结构和有限的悬架布置空间，在底盘上装备悬架存在着一定的困难。比较而言，采用座椅悬架提高车辆的乘坐舒适性是最为简单直接和经济的方法。所以，深入研究驾驶员座椅悬架系统，采用切实可行的技术措施，隔离由于地面激励而引起的通过车辆底盘和座椅传递到人体的振动，是提高车辆乘坐舒适性的一个重要而实际的课题。2国内外研究现状及存在的问题2

6、.1国内外研究现状车辆在行驶过程中由于路面不平引起上下颠簸，在制动时引起车体前后振动,在汽车拐弯转向时引起车体左右振动，这些振动综合起来可视为三维x、y、z方向的振动。目前有关座椅的多维减振的方法还不多见，徐晓美等研究了一种剪式座椅的振动特性，姚为民等研究了空气悬挂式座椅的减振特性，刘会英等研究了人体座椅系统的主动振动控制系统模型，但上述研究均只考虑了垂直方向车辆振动的影响。还有一种救护车用三维防振架，采用机械多层单自由度减振装置，分层各自实现独立方向的减振，结构十分复杂由于并联机构是一种多输入和多输出的多自由度系统，假设并联机构平台受到多维振动激励，在并联机构运

7、动输入的原动件处装配可控的弹性阻尼减振系统，整个机构即可实现多方向的多自由度减振效果。基于并联机构的运动特点，这种多维减振平台具有结构紧凑、承载能力大、控制精度高、能够满足多种多维减振场合的需求，如陈修祥等就提出采用多自由度的并联机构实现车载设备的多维振动控制。近年来基于Stewart并联机构的6自由度振动控制研究比较活跃，但针对少自由度的多维减振研究较少，对于车载座椅等少于六维的空间耦合振动，若采用上述装置则显得装置复杂、成本高，且会导致多余的非期望振动出现，为此，必须研究按实际所需减振维数的多维减振装置。车辆座椅的动态舒适性与座椅及人体的振动特性密切相关。研究

8、表明:座椅