滑块式二回转自由度并联夹具仿真及误差分析

摘要

学术上对于机构学的定义是针对运动学规律和传动学规律而言的，其中就涵盖了机构运动学以及构造机构学两个分布系统。对于机构学而言，其功能是研究和处理并联机构当中的活动构件，研究包含对运动机构上的轨迹、传动点的速度以及传动研究方面上的各个点的加速度性质。学术上公认夹具的重要地位体现在对构件的装载和机加工程序中，当刀具切削定位构件时，夹具可以将待加工零部件夹紧在工艺平台上并且能将夹紧位置定位准确。自从并联机构在过去几十年里得到快速发展以来，并联机构在现代工程当中占有越来越重要的作用，它本身与传统机构不同，采用的是多个并联的连杆驱动并且这种驱动有其固有的自身特征:加大机构刚度、承重冲压及载荷能力比以往的串联机构强很多，所以被作为串联机构的有力补充，并且也被作为机构学领域的一个重要的组成部分。但是还要说明的是其在实际运用过程中还存在一些不得不说的问题，尤其是误差是头等重要的问题，其次还要考虑从可靠性和可操作性来全面的分析。本文主要是完成如下三个方面工作:
　　(1)通过利用Solidworks软件对主要零部件进行三维建模并检查其在实际中的可操作性从而对该并联机构的空间位置做个规划布局，并且根据此并联夹具各个参数及其负载作用分析了其自身的布局结构，以及各个工件在实际工作中的运动位姿和总体性能并运用ADAMS仿真软件分析滑块式二回转自由度并联夹具的运动学仿真的合理性。
　　(2)通过运动平台，固定平台的旋转坐标转化关系对整体机构进行位姿分析，与以往研究方法不同通过运用空间位置矢量模型理论，从而求解出此滑块式二回转自由度并联夹具在位置正解和位置反解时的方程组模型。通过给定的约束条件（固定杆长、杆长在实际运动中的干涉、转动角范围、滑块在导轨中的行程）对并联机构进行实际工作分析，其次对此并联机构的相关的约束范围建立起的数学模型求导，求出此种并联机构在此约束条件下的一阶影响系数矩阵，求解出机在特殊位姿的状态下的数学模型。
　　(3)通过建立起的矢量模型利用微分学理论推导出此滑块式二回转自由度并联夹具的误差模型，以及分析并联机构中的误差源，例如固定连接杆的误差、驱动滑块的导程误差及其球铰链的空间间隙引起的误差。最后借助MATLAB分析软件分析并联机构的误差源，以及验证求解运动平台沿x轴y轴方向上的转角和产生的位姿误差，并对计算的结果进行分析得出图形的趋势和结论的合理性。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 课题研究的目的

1．3 研讨本课题国内外趋势

1．3．1 并联夹具的发展趋势

1．3．2 少自由度并联夹具误差研究

1．3．3 有关并联夹具的虚拟仿真研究

1．4 本课题研究的主要内容

第2章 并联工作台的仿真建模

2．1 滑块式二回转自由度夹具平台参数确定

2．2 夹具平台各个构件结构确定

2．2．1 球铰链组合机构

2．2．2 并联夹具的连杆机构

2．2．3 导轨构件组合系统

2．3 电机使用确定

2．3．1 步进电机特点

2．3．2 步进电机分类及选型配比

2．4 并联夹具的虚拟仿真

2．4．1 并联夹具仿真与实体建模

2．4．2 并联夹具仿真实体装配

2．4．3 并联夹具仿真模块分析

2．4．4 并联夹具仿真环境处理

2．4．5 并联夹具仿真效果处理

2．5 本章小结

第3章 并联夹具的空间位姿分析

3．1 滑块式二回转自由度并联夹具结构分析

3．1．1 并联夹具的构型

3．1．2 并联夹具的自由度分析

3．2 滑块式二回转自由度并联夹具的位姿

3．2．1 并联夹具位姿反解模型

3．2．2 并联夹具位姿正解模型

3．3 滑块式二回转自由度并联夹具工作平台分析

3．3．1 并联夹具的杆的限制和干涉分析

3．3．2 并联夹具的构型尺寸

3．3．3 并联夹具的约束的幅度

3．3．4 滑块式二回转自由度并联夹具的一阶影响系数

3．3．5 滑块式二回转自由度并联夹具特殊位形的特殊性分析

3．4 本章小结

第4章 滑块式二回转自由度并联夹具误差源分析

4．1 二回转自由度并联夹具的误差源

4．1．1 二回转自由度并联夹具几何误差分析

4．1．2 二回转自由度并联夹具动态特性误差分析

4．1．3 二回转自由度并联夹具非动静态特性误差分析

4．2 二回转自由度并联夹具的误差建模使用方法

4．3 二回转自由度并联夹具的误差建模分析

4．4 二回转自由度并联夹具的构件误差分析

4．4．1 二回转自由度并联夹具智能组合系统误差分析

4．4．2 二回转自由度并联夹具固定杆件误差分析

4．4．3 二回转自由度并联夹具铰链间隙误差分析

4．5 本章小结

第5章 二回转自由度并联夹具误差仿真

5．1 动平台角度变化对位姿误差的影响

5．2 机构的误差随机模拟

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录