基于柔性關(guān)節(jié)的多維高頻激振臺設(shè)計研究.pdf

1、振動試驗是檢驗產(chǎn)品可靠性的主要手段,對設(shè)備、裝置進行高頻多維振動測試需要高頻激振臺來模擬實際高頻振動激勵。目前高頻多維激振裝置相當匱乏,一些簡單的基于并聯(lián)機構(gòu)的多維激振裝置振動頻率低,不能模擬實際的高頻振動。因此,本文在國家自然科學(xué)基金項目資助下對高頻多維激振臺進行了系統(tǒng)的設(shè)計與研究,主要進行了以下工作:
　　 第一,分析了目前多維激振臺頻率較低的原因。傳統(tǒng)運動副的加工誤差、運動間隙等缺陷是導(dǎo)致激振臺頻率輸出較低的主要原因,針對

2、這一缺點提出了用大變形柔性運動副代替?zhèn)鹘y(tǒng)運動副的方案,并且結(jié)合并聯(lián)機構(gòu)在空間可以實現(xiàn)多維連續(xù)輸出的優(yōu)點,確定了用基于柔性關(guān)節(jié)的并聯(lián)高頻激振平臺這一方案來實現(xiàn)多維高頻激振。
　　 第二,設(shè)計了一種新型大變形柔性轉(zhuǎn)動副(記作Ⅰ型轉(zhuǎn)動副)。運用能量法與卡氏定理建立了Ⅰ型柔性轉(zhuǎn)動副的柔度與轉(zhuǎn)動誤差表達,并且在Matlab軟件中建立了該柔度與轉(zhuǎn)動誤差的理論模型,同時利用三維造型軟件Pro/E和有限元分析軟件Ansys進行了聯(lián)合比較分析。分

3、析結(jié)果顯示Ⅰ型柔性轉(zhuǎn)動副運動誤差較大,針對這一缺點設(shè)計和改進了另兩種柔性轉(zhuǎn)動副(記作Ⅱ型、Ⅲ型轉(zhuǎn)動副),并且加工出了Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型柔性運動副樣品,搭建試驗平臺進行三種柔性副的靜加載試驗,分析比較了其轉(zhuǎn)動剛度與轉(zhuǎn)動誤差,繼而確定將Ⅲ型轉(zhuǎn)動副運用到并聯(lián)主體機構(gòu)中,并且通過理論與試驗結(jié)合的方法分析了Ⅲ型轉(zhuǎn)動副的最大轉(zhuǎn)角。
　　 第三,對Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動副進行了運動傳遞性能的試驗和測試。設(shè)計了一種測量柔性轉(zhuǎn)動副傳遞性能的試驗方案。搭建了以電動

4、激振器為輸入,Ⅲ型轉(zhuǎn)動副為測試對象,移動導(dǎo)軌垂直位移為輸出的試驗平臺。然后搭建了以加速度傳感器、信號采集器、計算機處理分析系統(tǒng)為主體的測試平臺。測試了Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動副對于多種高頻激勵的傳遞性能。試驗結(jié)果說明Ⅲ型柔性轉(zhuǎn)動副可以實現(xiàn)一定范圍內(nèi)振動模擬高頻激勵的有效傳遞。
　　 第四,基于旋量理論進行了三平移并聯(lián)機構(gòu)的機型設(shè)計,確定3-PP(4R)RR并聯(lián)機構(gòu)為本文激振臺的主體機構(gòu)。運用運動旋量與約束旋量的方法分析了機構(gòu)的自由度,采用主

5、動副剛化法判斷了機構(gòu)主動副選擇的合理性。采用矢量封閉形法分析了機構(gòu)的位移反解、速度、加速度,并且運用Newton迭代法分析了并聯(lián)機構(gòu)的位置正解,聯(lián)合運用Matlab和Adams軟件對運動學(xué)理論模型進行了分析和驗證,得到了該并聯(lián)機構(gòu)對相應(yīng)運動激勵的響應(yīng)。
　　 最后,在機構(gòu)位置反解模型的基礎(chǔ)上采用蒙特卡羅方法,用定姿態(tài)三維網(wǎng)格搜索方法得到機構(gòu)的工作空間,并在Matlab軟件中可視化輸出;通過判斷機構(gòu)速度約束方程的Jacobian方