一种含冗余约束三自由度转炉倾动机构研究

摘要

目前，对于六自由度并联机构的研究已经日趋成熟，而对于少自由度并联机构的研究相对较少。相对于六自由度并联机构，少自由度并联机构具有结构简单、耦合性小、工作空间大、控制方便和价格低廉等特点，故其应用范围越来越广泛。本文提出了一种含有冗余约束的三自由度并联机构，并将其应用到了转炉倾动机构的设计之中。
　　本文首先对机构的性能进行了分析。整个机构的研究过程包括了以下几个方面：位置分析、工作空间的分析、运动学分析、动力学分析。通过矢量法，本文建立起机构位置分析的数学模型，求出了机构的位置反解；通过CAD几何变量法，利用Solidworks三维软件，绘制出了机构的工作空间；借助独立变量法，求出了该少自由度并联机构的Jacobian矩阵和Hessian矩阵，建立了机构的运动学模型并；利用虚功原理，推导出了动载和驱动力的关系表达式，建立了机构的动力学模型。利用CAD软件和Matlab软件对运动学和动力学进行仿真验证，验证了结果的正确性。
　　在对整个机构分析的基础上，本文将其应用于转炉倾动机构。设计了2.2t转炉倾动机构的三维实体，并且利用“切液法”对转炉在不同工作状态下的动载进行了分析，优化了相关主要构件的尺寸参数。最后，本文分析了现有的平衡装置的特点，设计出了与本机构相配套的平衡装置，利用几何法验证了平衡装置设计的合理性。

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第1章 绪 论

1.1 并联机构简介

1.2 并联机构的应用

1.3 研究现状

1.4 论文来源及选题意义

1.5 论文的研究内容

第2章 转炉倾动机构的工作空间分析

2.1 引言

2.2 闭环子链的简介

2.3 转炉倾动机构的自由度计算

2.4 转炉倾动机构的位置分析

2.5 工作空间的定义及分析方法

2.6 转炉倾动机构工作空间的分析

2.7 转炉倾动机构的位置分析仿真验证

2.8 小结

第3章 转炉倾动机构运动学分析

3.1 引言

3.2 独立变量法的简介

3.3 转炉倾动机构结构分析

3.4 转炉倾动机构运动学分析

3.5 运动学仿真验证

3.6 小结

第4章 转炉倾动机构静力学和动力学分析

4.1 引言

4.2 转炉倾动机构静力学分析

4.3 转炉倾动机构各个分支运动学分析

4.4 转炉倾动机构分支动力学分析

4.5 转炉倾动机构动力学模型的建立

4.6 转炉倾动机构的静力学和动力学仿真验证

4.7 小结

第5章 转炉倾动机构的主要结构尺寸计算

5.1 引言

5.2 转炉倾动机构炉体选型

5.3 转炉倾动机构各个杆件的设计

5.4 转炉倾动机构的负载分析

5.5 液压装置的尺寸设计

5.6 小结

第6章 转炉倾动机构的平衡装置的结构设计

6.1 引言

6.2 平衡装置的选择

6.3 平衡装置的布置

6.4 平衡装置配重块质量的确定

6.5 平衡装置对机构性能的影响

6.6 小结

结论

参考文献

附录Ⅰ

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢