組合柔性機(jī)械臂動力學(xué)特性與振動抑制性能的研究.pdf

1、為了抑制柔性機(jī)械臂的振動，論文提出將柔性機(jī)械臂做成組合結(jié)構(gòu)型式，利用接觸面阻尼效應(yīng)抑制柔性機(jī)械臂的振動。論文以疊層結(jié)構(gòu)型式的單根組合柔性機(jī)械臂為對象，通過試驗、理論分析、有限元仿真等手段，研究組合柔性機(jī)械臂的靜、動力學(xué)特性，振動抑制能力，結(jié)構(gòu)參數(shù)對其靜、動力學(xué)特性及抑振能力的影響、動力學(xué)建模、動力學(xué)模型參數(shù)識別以及運(yùn)動微分方程的求解。為組合柔性機(jī)械臂振動抑制研究，減振設(shè)計與運(yùn)動控制提供了理論依據(jù)和有效方法。論文的主要內(nèi)容如下：
　

2、　 通過靜力彎曲試驗了解組合柔性懸臂梁力-變形特性和能量耗散特點(diǎn)，并根據(jù)接觸面作用機(jī)理作出了解釋。在對試驗結(jié)果分析、綜合的基礎(chǔ)上，將組合柔性臂力-變形曲線簡化為一雙折線模型，并用第一剛度k1、第二剛度k2、轉(zhuǎn)折點(diǎn)變形量yB三個特性參數(shù)描述其力學(xué)特征。給出了三種工況下組合柔性臂變形時的能量耗散率w計算式。討論了能量耗散率最大時組合柔性臂的變形狀態(tài)，并做了試驗驗證。
　　 通過大量試驗，研究了夾緊力、疊層剛度、疊層層數(shù)、疊層材質(zhì)等

3、結(jié)構(gòu)參數(shù)對組合柔性臂力-變形特性及能量耗散率的影響，從而提出了增加能量耗散率、減輕疊層質(zhì)量的措施。這些研究結(jié)果為組合柔性機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 建立了組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)的三種動力學(xué)模型。根據(jù)Bernoulli-Euler梁理論，分析并建立主梁與疊層之間的變形關(guān)系，力作用關(guān)系，用Newton-Euler法推導(dǎo)出了組合柔性臂連續(xù)系統(tǒng)運(yùn)動偏微分方程組。采用等效原理，將組合柔性臂組合層之間的相互作用等效為雙線性滯遲模型，

4、引入形函數(shù)表示組合柔性臂的變形，根據(jù)Hamilton原理建立組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)的集中參數(shù)模型。用接觸單元模擬組合層之間的相互作用，考慮大變形對組合柔性臂剛度的影響，建立組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)的有限元模型。
　　 通過組合柔性懸臂梁質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動試驗和激振試驗，證明了組合柔性臂對振動具有優(yōu)良的抑制效果。根據(jù)響應(yīng)特點(diǎn)，將組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動分為變頻快速衰減振動和微幅振動兩個階段。分析了兩個階段振動衰減的原因，制定了衡量振動衰

5、減的指標(biāo)。
　　 通過大量試驗，研究了夾緊力、接觸面摩擦系數(shù)、疊層剛度、疊層層數(shù)、疊層材質(zhì)、系統(tǒng)質(zhì)量配置等結(jié)構(gòu)參數(shù)對組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)抑振性能的影響。為組合柔性機(jī)械臂的減振性設(shè)計、研究提供了理論依據(jù)。
　　 應(yīng)用有限元模型對組合柔性臂進(jìn)行靜、動力學(xué)試驗數(shù)值仿真。仿真結(jié)果與試驗結(jié)果一致性好，能準(zhǔn)確反映組合柔性臂動、靜力學(xué)特性，為組合柔性機(jī)械臂的減振性設(shè)計、研究提供了有效方法。
　　 用有限元仿真試驗，取代實(shí)物試驗，

6、對組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)模型參數(shù)的識別。用四次多項式逼近組合柔性臂變形的形函數(shù)，并根據(jù)組合柔性臂有限元仿真試驗數(shù)據(jù)確定了組合梁的形函數(shù)。通過動態(tài)恢復(fù)力滯遲回線分解和最小二乘法確定了組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)集中參數(shù)動力學(xué)模型參數(shù)。
　　 研究了振幅與振動頻率對動力學(xué)模型參數(shù)的影響。研究結(jié)果表明，組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)動力學(xué)模型參數(shù)基本穩(wěn)定，為組合柔性臂質(zhì)量系統(tǒng)動力學(xué)模型的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
　　 用S函數(shù)編制了動態(tài)恢復(fù)力和三