空间RCCR机构的力分析与仿真

利用示力副法对空间RCCR机构进行力学分析,并利用计算机辅助动力学分析软件COSMOSMotion对该机构进行仿真分析,通过典型运动副约束反力仿真结果与理论计算结果一致性分析.得出了该机构的若干重要结论.     

考虑杆件空间复合弹性变形的过约束并联机构受力分析方法

以3-PRRR三自由度移动并联机构为例提出一种考虑杆件空间复合弹性变形(包括弯曲、拉伸和扭转变形)的过约束并联机构受力分析方法。提出并定义分支约束力螺旋系刚度矩阵,建立分支约束力螺旋系幅值与分支末端弹性变形之间的映射关系;然后结合动平台受力平衡方程推导得到了分支约束力螺旋系幅值的一般解析表达式,分析施加给动平台的约束力螺旋与运动副实际约束反力之间的内在联系,从而求解得到了驱动力和所有被动运动副的约束反力。基于ADAMS仿真软件提出了一种建立过约束并联机构受力仿真模型的方法,所建刚柔混合模型与理论模型完全一致,且仿真结果与理论计算结果的最大误差不超过2%,有效地验证了提出的过约束并联机构受力分析的正确性。     

基于螺旋理论对单环空间RSUR机构受力分析

用传统方法对并联机构或复杂机构进行受力分析是十分不方便的,尤其是要计算所有运动副的约束反力时,常常需要联立大量的方程才能得到最终结果.基于螺旋理论对这类机构进行受力分析会使这个问题简化.运用此方法可以方便地求出在外力作用下机构的主动力和所有运动副的约束反力,并且对于主动力和各运动副的约束反力是以单独构件逐个求解为特点的,可以确保分析每个杆件联立求解的方程数目不多于6个.为详细说明基于螺旋理论对这类机构进行受力分析的方法的优点,以由两个转动副、一个球副和一个万向铰组成的一个单环空间机构为例运用此方法求解其主动力和所有运动副的约束反力,通过求解就可以看出运用此方法可以使机构的受力分析过程大大简化,并且思路清晰容易理解.     

空间曲柄——外摆杆机构的运动和力学分析

采用平面投影法分析了空间曲柄——外摆杆机构的运动规律,在此基础上利用示力副法计算了该机构中间运动副处的约束反力,并利用计算机辅助动力学分析软件ADAMS对该运动副处的约束反力进行了仿真分析,通过仿真结果与理论计算结果的一致性分析,得出了该机构的若干重要结论,为该机构在工程中的应用提供了依据。     

含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构逆动力学建模

提出一类含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构,为解决该类机构的逆动力学问题,首先对机构进行运动学分析,建立支链与动平台末端的速度、加速度映射关系,并对运动学模型进行仿真验证;之后对3-RPS/3n-SPS机构进行受力分析,列出的平衡方程数目少于未知量个数,基于机构分支作用力与动平台末端位姿误差间的协调关系构建动力学补充方程,求解出该类机构中所有运动副的约束反力和机构分支作用力;基于达朗贝尔原理对机构进行逆动力学建模,建立了机构末端力和各杆件惯性力与机构分支作用力间的关系表达式,求解了3-RPS/3-SPS机构分支作用力、运动副约束反力及动平台位姿误差,通过分析机构分支作用力、运动副约束反力、动平台位姿误差随时间的变化规律,验证本文建立的3-RPS/3n-SPS并联机构动力学模型的正确性。所得到的动力学结果为该类机构的进一步研究和工程应用奠定了理论基础,此外该逆动力学建模方法也可用于其他含有冗余支链的并联机构中。     

含过约束力偶的少自由度并联机构的受力分析

少自由度并联机构常常含有过约束,受力分析时就会出现静不定问题。对静不定机构进行受力分析时,为求出全部的未知量不仅要建立所有构件的力和力矩平衡方程,还要建立相应的补充方程。以含有过约束力偶的2次静不定的4-UPU并联机构为例进行受力分析。得到机构的自由度和位置反解。通过列出构件的力、力矩平衡方程和补充方程求解4-UPU并联机构处于某一位置姿态时的运动副约束反力以及与作用在机械上的已知外力和各构件的惯性力相平衡的主动力,并给出主动力和主运动副约束反力的一组数值计算结果。在分析时把运动平台与分支连接处的运动副拆开作为主运动副。首先,通过部分力和力矩平衡方程,以及补充方程确定主动力和主运动副的约束反力。然后,从上向下逐一考虑各构件的平衡,利用剩余的力、力矩平衡方程求解其他运动副的约束反力。即该方法在受力分析时能够实现部分力解耦。过约束分为过约束的力和过约束的力偶,该原理可以推广应用于其他的静不定并联机构,其中包括机构含过约束力的情况。     

牛头刨床六杆机构的虚拟样机建模与仿真分析

为准确分析牛头刨床六杆机构的运动学和动力学性能,工程中需要考虑切削阻力及运动副反力对机构动态特性的影响。本文提出了对其运动学和动力学的理论分析及虚拟样机的建模方法。实例中,对牛头刨床运动至特定位置时滑枕的动力学方程进行求解计算,利用ADAMS建立机构模型,仿真计算关键杆件的位移、速度、加速度并以图像形式输出其随时间变化规律曲线,与动力学方程数据进行对比,为工程应用中牛头刨床机构的结构设计参数和工作参数等的确定提供理论依据。用分离体法分析机构运动副反力和原动件的平衡力矩,为机构的设计和力分析提供理论基础。     

一种新型平面连杆机构——四偏心机构

为扩大传统平面连杆机构的应用范围、丰富其结构形式,通过完全采用以偏心构件代替连杆,以转动副代替铰接,构成一种新型的四偏心式平面四连杆机构,即带有大转动副的微型平面四连杆机构.为促进此机构向实用阶段转化,给出了两种基本的结构形式,并对其进行了初步的结构分析、运动分析、CAE仿真以及实验验证.给出了各构件的基本尺寸关系和结构优化的方法,求出了从动构件的转角位移运动方程和曲线.通过仿真获得了与理论推导结果相同的从动构件的转角位移运动曲线;同时得出了此机构与传统平面田连杆机构的运动仿真轨迹曲线一致.指出了此机构相对于传统四连杆机构的特点和实施要点.上述分析证明此机构与传统平面田连杆机构的运动规律在本质上具有一致性.     

索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。     

双径向轴承安装三叉杆滑块式万向联轴器机构的运动分析

建立三叉杆滑块式万向联轴器机构输出轴采用双径向轴承安装时的系统坐标系,应用空间机构坐标变换技术建立输入轴与输出轴的关系方程,推导出当输入输出轴存在偏转角运动时输出轴的运动方程。通过数值分析法绘制第一个滑块沿三叉杆方向及沿导向槽方向的相对运动关系曲线,并将实体模型导入ADAMS中进行运动仿真验证。结果表明,安装双径向轴承时联轴器机构具有等角速传动特性,输出轴的运动轨迹为圆柱运动且其旋转半径只与输入、输出轴两轴线的偏转角和导向槽中心线至输入轴中心线的距离有关;在一个旋转周期中滑块对三叉杆的相对位移、相对速度和相对加速度均相似于正弦曲线且沿三叉杆做两倍频于输入轴的往复运动;滑块对导向槽的往复运动与输入轴同频率,其相对位移、相对速度均类似于正弦曲线,但相对加速度曲线明显偏离标准的正弦曲线;运动仿真实例验证了理论分析中建立数学模型和数值分析的正确性。