基于柔性关节的多维高频激振台设计研究

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1、基于柔性关节的多维高频激振台设计研究StudyonaMulti--dimensionalExciterofHigh--frequencyBasedonCompliantJoints姓名塞尘!基2012年6江苏大学硕士学位论文摘要振动试验是检验产品可靠性的主要手段，对设备、装置进行高频多维振动测试需要高频激振台来模拟实际高频振动激励。目前高频多维激振装置相当匮乏，一些简单的基于并联机构的多维激振装置振动频率低，不能模拟实际的高频振动。因此，本文在国家自然科学基金项目资助下对高频多维激振台进行了系统的设计与研究，主要进行了以下工作：第一，分析了目前多维激振台频率较低的原因。传统运动副的加工误差、

2、运动间隙等缺陷是导致激振台频率输出较低的主要原因，针对这一缺点提出了用大变形柔性运动副代替传统运动副的方案，并且结合并联机构在空间可以实现多维连续输出的优点，确定了用基于柔性关节的并联高频激振平台这一方案来实现多维高频激振。第二，设计了一种新型大变形柔性转动副(记作I型转动副)。运用能量法与卡氏定理建立了I型柔性转动副的柔度与转动误差表达，并且在Matlab软件中建立了该柔度与转动误差的理论模型，同时利用三维造型软件Pro／E和有限元分析软件Ansys进行了联合比较分析。分析结果显示I型柔性转动副运动误差较大，针对这一缺点设计和改进了另两种柔性转动副(记作II型、IⅡ型转动副)，并且加工出了

3、I、II和Ⅲ型柔性运动副样品，搭建试验平台进行三种柔性副的静加载试验，分析比较了其转动刚度与转动误差，继而确定将Ⅲ型转动副运用到并联主体机构中，并且通过理论与试验结合的方法分析了ⅡI型转动副的最大转角。第三，对Ⅲ型柔性转动副进行了运动传递性能的试验和测试。设计了一种测量柔性转动副传递性能的试验方案。搭建了以电动激振器为输入，Ⅲ型转动副为测试对象，移动导轨垂直位移为输出的试验平台。然后搭建了以加速度传感器、信号采集器、计算机处理分析系统为主体的测试平台。测试了IⅡ型柔性转动副对于多种高频激励的传递性能。试验结果说明III型基于柔性关节的多维高频激振台设计研究柔性转动副可以实现一定范围内振动模拟

4、高频激励的有效传递。第四，基于旋量理论进行了三平移并联机构的机型设计，确定3-PP(4R)RR并联机构为本文激振台的主体机构。运用运动旋量与约束旋量的方法分析了机构的自由度，采用主动副刚化法判断了机构主动副选择的合理性。采用矢量封闭形法分析了机构的位移反解、速度、加速度，并且运用Newton迭代法分析了并联机构的位置正解，联合运用Matlab和Adams软件对运动学理论模型进行了分析和验证，得到了该并联机构对相应运动激励的响应。最后，在机构位置反解模型的基础上采用蒙特卡罗方法，用定姿态三维网格搜索方法得到机构的工作空间，并在Matlab软件中可视化输出；通过判断机构速度约束方程的Jacobi

5、an方阵是否为零的方法分析了机构的奇异位形，得出机构在奇异位形下的四种位姿并做可视化输出。采用理论建模与软件数值分析结合的方法分析了Ⅲ型柔性转动副、全柔性关节并联机构单支链和全柔性关节并联机构的静刚度，结果说明全柔性关节并联机构可以承受预定的负载并且具备一定的抗干扰能力。关键词：柔性运动副，并联机构，多维激振台，高频，运动学分析，静刚度分析ⅡVibrationtestcomesfirstwhentestingthereliabilityofmanufacturedproducts，butsuchequipmentsarecomparativelyfewespeciallywhentheyne

6、edtoworkunderthecircumstanceofmulti．dimensionandhigh．frequency．Currentlythestructureofasortofmulti-dimensionalexciterareparallelmechanismswhichusetraditionaljoints，butevensuchexciterscannotworkunderthecircumstanceofhighfrequencyinthereasonofthedefectsoftheirjoints·nlerefore．thisstudywiththehelpof”T

7、heNationalNaturalScienceFoundation”focusesonthedesi印andresearchofakindofnewexciterwhichcanproduceamultidimensionalandhighfrequencyoutput．陆st．ithasbeenfoundoutthattheprocessingerrors，movinggapsoftraditionalj