3DOF并联加载机构静力学和静刚度分析

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1、2014年7月第40卷第7期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2014V01．40No．73DOF并联加载机构静力学和静刚度分析樊锐刘欢王丹(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：基于螺旋理论建立了用于数控机床随动加载的3自由度并联机构的静力学方程，得到机构的驱动力与动平台所受外载的映射关系，方程考虑了支链重力对静力学模型的影响，通过算例绘制了在指定载荷下机构驱动力在工作空间内的分布曲线图．在考虑支链重力和在约束力下支链弹性变形对刚度影响的情况下，建立了机构的静

2、刚度模型，分析了给定静载荷条件下机构在定姿态空间内的变形分布情况，并评价了机构的刚度性能，结果表明机构的刚度特性关于Y轴对称且在工作空间的边界刚度变差．关键词：并联机构；静力学；弹性变形；静刚度；刚度特性中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1001-5965(2014)07旬861-06Staticsandstiffnessof3DOFparallelloadingmechanismFanRuiLiuHuanWangDan(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandA

3、stronautics，Beijing100191，China)Abstract：Astaticmodelofa3一DOFparallelmechanism(PM)thatisusedforcomputerizednumericalcontrol(CNC)machinetoolfollow-uploadingtestwasestablishedbasedonthescrewtheory．Themappingbetweenactuationforceandloadingforceofthemovingplatformwasbuiltconsideringtheinfluenceoflim

4、bs’weight．Thenthedistributionofactuationforcesinworkspaceunderspecifiedloadswasanalyzedthroughanu—mericalexample．Moreover，thestaticstiffnessmappingmodelofthePMwasestablished．Themodelconsid-ersinfluencesofthelimbs’weightandthepans’elasticdeformationundertheconstraintforce．Atlastthedeformationofth

5、ePMintheworkspaceundergivenstaticloadswasanalyzedandthestiffnesscharacteristicwasevaluated．Theresultsshowthatthedistributionofstiffnessinworkspaceissymmetricalaboutthey-axisandthestiffnesswillbeworsenedwhenitcomesneartheworkspaceboundary．Keywords：parallelmechanism；statics；elasticdeformation；stat

6、icstiffness；stiffnesscharacteristic并联机构由于其刚度大、承载能力强、位置精度高等优点⋯，多年来一直是众多学者研究的对象．与6自由度并联机构相比，少自由度并联机构结构简单、制造成本低、控制相对容易，因此成为并联机构学新的研究热点．静力学分析是并联机构分析的必要环节，是机构运动学分析的延续和动力学分析的基础¨。，通过静力分析确定力传递特性，进而为尺度综合等运动学设计提供依据"1；并联机构刚度是末端操作器在外力作用下，由于弹性元件变形引起位移大小的度量¨-，它影响并联机构在受负载情况下的定位精度¨o，也是机构设计重要的评价指标．刚度分析的方法分为有限元分析

7、法和模型解析法．有限元分析法计算简便，精确度较高，但工作量大．刚度解析模型是指机构的操作力和末端变形之间的映射．Gosselin¨1依据虚功原理，建立了空间机构操作力与末端变形间的映射；李树军等¨o考虑结构位形变化和外力影响对并联机构刚度特性进行了分析；赵收稿日期：2013-09·18；网络出版时间：2013-11-2711：01；DOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2013．0491网络出版地址：WWW．cnki．net／