并联构型三维振动平台的设计与分析

论文摘要

为了更好的模拟运输货物在道路上的随机振动情况,本文设计了一种并联构型三维振动平台,它是以Delta机器人为基础,在每条支链的摆臂上串联一个曲柄四杆机构。以曲柄的匀速转动做为机构的动力源,带动Delta机器人的摆臂摆动,从而实现三个方向的振动。首先,对机构进行位置分析,给出机构的位置正解和位置反解。在此基础上,先对竖直方向上线性振动的情况进行尺度综合,然后再对任意方向的振动进行分析,最后确定机构各杆件的尺寸。其次,对满足任意方向上线性振动的摆角变化规律和摆角相位进行分析,给出摆臂摆角函数的一般表达式。通过对曲柄长度变化的研究,详细的设计了一种用压电作动的可变幅驱动曲柄结构。再次,对机构进行了动力学设计,给出了三维振动平台的运动学模型和动力学模型,详细的分析了各杆件的角速度和角加速度,动平台的速度和加速度。分析了各杆件的受力情况和力矩的大小。并以此为基础,对支撑弹簧做了详细的设计,确定了弹簧的刚度和机构在振动过程中,弹簧所能承担的转矩。最后,对机构的应用做了展望。为模拟随机振动提供了一种实现方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 课题背景概述
• 1.2 振动试验平台的研究现状
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 单自由度振动试验平台的应用
• 1.2.3 串联构型三维振动平台
• 1.2.4 并联机构为主体的振动试验台的应用
• 1.2.5 模拟随机振动的并联机构振动平台的应用
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2. 三维振动试验台的总体设计方案
• 2.1 引言
• 2.2 三维振动试验台设计要求
• 2.3 并联构型动平台上实施激振实现三维振动的工作原理
• 2.4 用曲柄摇杆机构驱动Delta机构摆臂实现三维振动的工作原理
• 2.5 两方案比较总结
• 3. 三维振动平台的尺寸综合
• 3.1 引言
• 3.2 三维振动平台的位置分析
• 3.2.1 三维振动平台的位置反解
• 3.2.2 三维振动平台的位置正解
• 3.3 Z方向上振动平台尺寸的优化设计
• 3.3.1 振动台机构中摇杆的优化设计
• 3.3.2 满足Z方向线性振动的尺寸综合
• 3.4 在任意方向上振动分析
• 3.4.1 三维振动平台摆角表达式
• 3.4.2 满足任意方向上的摆角变化分析
• 3.4.3 在特殊位置X和Y方向振动时摆角变化分析
• 3.4.4 摆臂摆角函数的整定
• 3.5 可变幅驱动曲柄结构设计
• 3.5.1 曲柄杆长度与图3.12中球坐标系中ψ,θ的关系
• 3.5.2 钹式压电材料PZT-5A简述
• 3.5.3 压电作动的曲柄变幅机构设计
• 3.6 本章小节
• 4.三维振动平台的动力学设计
• 4.1 引言
• 4.2 三维振动平台的运动学模型
• 4.2.1 DELTA构形运动学分析
• 4.2.2 曲柄摇杆构型运动学分析
• 4.3 三维振动平台动力学分析
• 4.3.1 Delta构形动力学分析
• 4.3.2 曲柄摇杆构型动力学分析
• 4.4 本章小节
• 5.三维振动平台摆杆支撑弹簧的设计
• 5.1 引言
• 5.2 摆杆支撑弹簧的刚度确定
• 5.3 有支撑弹簧的机构动力学分析
• 5.3.1 支撑弹簧位移量计算
• 5.3.2 安装支撑弹簧后机构各杆的动力学分析
• 5.4 弹簧设计
• 5.5 本章小节
• 6.总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录