四自由度并联工作台静动态特性分析

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1、硕士学位论文摘要本文所研究的新型并联工作台在空间内有两个移动自由度及两个转动自由度，可以与铣、镗、加工中心等机床组合使用，能够完成对零空间件任意角度平面及孔的加工要求。本文对该并联工作台的自由度分析、运动学、静力学及静动态特性等进行了研究和探讨。本文首先介绍了并联机构的国内外研究现状，叙述了本文所要研究的并联工作台的设计目的。接着，采用螺旋理论分析四自由度并联工作台的自由度的数目及性质。然后，对并联工作台进行了位置分析，利用解析法给出该并联工作台的位置反解，采用数值方法中的牛顿下山法求取了该并联工作台的位置正解，并利用反解验证了正解的正确性。利用求导法和

2、螺旋法分别求取了并联工作台的速度雅可比矩阵，得到了并联工作台各支链输入速度与动平台输出速度之间的关系，且进行了奇异性分析。研究了该并联工作台的静力学。利用雅可比矩阵，运用虚功原理求得了动平台所受外力和外力矩到驱动关节的运动关系。并通过雅可比矩阵方便的求得了并联工作台的刚度矩阵。对并联工作台有限元模型的建立过程进行了研究，选取了并联工作台的5种极限位姿，建立了精确有限元模型。在有限元模型的基础上，对并联工作台进行了静力特性分析，考察了在工作载荷下，并联工作台在五种极限位姿处的应力和变形特点。运用有限元软件动态特性分析功能，对并联工作台进行了模态分析，根据分

3、析结果，找出工作台的薄弱环节，并总结并联工作台的动态特性。对一般钻孔空过程中由钻削力引起的谐响应进行研究，找出了在钻孔过程中应避开的频率范围。对于机构自由度的分析，传统上采用CGK公式计算其自由度数目，而自由度性质只能靠研究者的经验判断。本文采用螺旋理论分析该并联工作台的自由度，不仅计算了其自由度的数目，而且准确给出了自由度的性质。由于并联工作台动平台可以运动，不同位姿其静动态特性不同，为了研究工作台的静动特性，故选取了工作台的5个极限位姿，分别分析并联工作台在5种极限位姿下的静动特性，找出了工作台的薄弱环节以及并联工作台在钻孔时应该避开的频率范围。关键

4、词：并联工作台；位置分析；雅可比矩阵：静力分析，1模态分析．四自由度并联工作台静动态特性分析AbstractThisarticledescribesanewtypeoffour-DOFparallelworktable．ThisworktablehavetwomobileDOFandtworotationalDOFinspace，whichcanbeusedwithmachinesetssuchasthemilling，boringandmillingcenterandcanmeettheprocessingrequirementsofworkpiece

5、satarbitraryangleplane．Inthispaper，theparallelworktable’SDOFanalysis、kinematics、staticanddynamiccharacteristicshavebeenresearched．Firstly，researchstatusoftheparallelmechanismathomeandabroadwasintroducedandthedesignpurposeofparallelworktablewasdescribedinthispaper．Then，theDOFnumbe

6、rsandnatureoftheparallelworktablewasgiventhroughthescrewtheory．Analyzedforparallelworktable’Sposition,gettheparallelworktablepositioninversesolutionthroughanalyticalmethod，andgettheparallelworktablepositionforwardsolutionthroughnumericalmethodofNewtondescentmethod，andusetheinvers

7、esolutiontoverifythecorrectnessofthepositivesolutions．DerivationandspiralmethodwasusedtostrikethespeedoftheparallelworktableJacobMatrix，thenwecangettherelationshipbetweentheparalleltablebranchedchaininputspeedandoutputspeedofthemovingplatform．Theparallelworktable’Ssingularproblem

8、swerestudied．Thestaticcharacteristicsoft