考虑结合部的并联机器装配体静动态特性分析与研究

摘要

随着制造业的快速发展，各种并联装备也在迅猛发展，在样机设计阶段就能准确地预测出机器的性能一直是当前研究的热点，然而由于机器中存在大量的结合部（固定结合部和运动结合部等），使得机器的整机特性变得复杂多样。据有关数据表明，机床的静刚度中有30％~50%取决于结合部的刚度特性，动柔度中有60%以上是源自于结合部，阻尼值更是有90%以上来源于结合部，可见结合部对整机的影响之大。
　　鉴于结合部的重要作用，本文从并联机器中典型结合部的静动态特性入手，以4PRR并联机器人和2RPU/UPR并联机器人两种并联机器作为研究对象，对并联机器的整机静动态特性进行了分析与研究，主要研究内容如下：
　　首先分别对螺栓、轴承和丝杠等典型结合部进行了静动态特性分析，总结了结合部在静动态仿真分析中的有效模拟方法。
　　其次在对固定结合部分析时建立了悬臂梁的理论分析，总结了螺栓结合部不同建模方法的模拟精度和适用场合；运动结合部中着重对滚动球轴承和滚珠丝杠的特性进行了分析，采用Hertz接触理论推导了轴承和丝杠的载荷变形理论计算公式，建立了轴承和丝杠的等效动力学模型，分别对6206轴承和71807轴承进行了有限元仿真和实例计算，并对轴系结构和丝杠组件进行了实验和仿真分析，总结了两种结合部等效模拟方法的适用性和有效性。
　　最后分别介绍了4PRR并联机器人和2RPU/UPR并联机器人整机装配体的结构，总结了两种并联机器中典型结合部在静动态分析中的处理方法，并分析了整机静动态特性。建立了4PRR并联机器人的静动态特性理论，并与仿真分析作了对比验证；对2RPU/UPR并联机器人的重要部件（机座、分支杆和动平台）进行了优化和分析对比，对2RPU/UPR并联机器人的重要部件及整机进行了优化前后模态对比分析和整机动特性的谐响应对比分析。
　　本文通过对并联机器中典型结合部静动态特性的分析和实验研究，为准确快速建立整机有限元模型提供了依据。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 国内外研究现状

1.4 课题来源

1.5 研究意义和目的

1.6 论文研究内容

第2章 固定结合部的静动态特性分析

2.1 引言

2.2 固定结合部的静特性研究

2.3 固定结合部的动态特性研究

2.4 固定结合部的动态特性有限元仿真分析

2.5 本章小结

第3章 运动结合部的静动态特性分析

3.1 引言

3.2 运动结合部的接触分析

3.3 运动结合部的静力学分析

3.4 运动结合部的动态特性分析

3.5 运动结合部的实例分析

3.6 本章小结

第4章 两种并联机器装配体的静力学特性分析

4.1 引言

4.2 并联机器人的静力学理论分析

4.3 并联机器装配体中的结构部件分析与简化

4.4 并联机器静力学分析中结合部的建模处理

4.5 4PRR并联机器人的静力学仿真分析

4.6 2RPU/UPR并联机器人的静力学仿真分析

4.7 本章小结

第5章 两种并联机器装配体的动态特性分析

5.1 引言

5.2 4PRR并联机器人的模态理论分析

5.3并联机器模态分析中结合部建模及计算

5.4 4PRR并联机器人的模态分析

5.5 2RPU/UPR并联机器人的模态分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢