馈能悬架少自由度并联机构学分析

摘要

馈能悬架是指利用馈能减振器替代传统减振器的一种新型悬架系统，不但可以衰减车身的振动，还可以将悬架振动能量转化为电能，是汽车节能减排的有效手段。为了提高传统能馈装置的能量转换效率，简化结构，增加支撑刚度，本文提出一种新型少自由度并联机构馈能悬架，其将悬架的垂向振动转化为动基座的旋转运动，以驱动馈能电机回收能量。
　　针对这种新型少自由度并联机构，首先利用旋量理论进行自由度分析，根据支链的约束条件，分别应用位姿变换公式和下降型牛顿迭代法建立该并联机构的位置逆解和位置正解约束方程，并利用一阶影响系数法与二阶影响系数法分别建立并联机构的速度和加速度数学模型。然后定义了该并联机构可达工作空间的评价指标。最后采用空间投影法对连杆速度进行求解，得到三单元体系动基座旋转周期的计算公式，并将其拓展到动基座为正N边形的一般解析表达式，进而探讨了边数N→∞和N→0的可行性。在此基础上提出该机构的可能的变结构运动形式，分析结果表明该类机构的设计计算不但要考虑机构的位移耦合，同时也要考虑杆件在弹性变形过程中的对速度的影响。
　　为了求得该机构处于某一位置姿态时各构件上的约束反力与反力矩，采用拆杆法对该机构的各部分构件的约束力进行静力学分析，建立了该机构的静力学平衡方程和基于该约束方程的广义坐标系，借助雅克比矩阵建立了操作力和末端执行平台之间的刚度映射矩阵，并定义了刚度评价指标，分析了主要结构参数与该评价指标的相关性。
　　利用拉格朗日法建立少自由度并联机构馈能悬架系统的动力学模型，应用数值方法对该机构进行可行性分析，采用ADAMS软件对该机构进行了运动学和动力学仿真分析，验证了该机构在悬架振动-电机旋转运动转换方面的可行性，动力学仿真结果表明;该机构具有刚度大、响应快，转化效率高等优点，为其应用到馈能悬架奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 馈能减振器

1．3 并联机构的发展与研究现状

1．3．1 6自由度并联机构

1．3．2 少自由度并联机构

1．3．3 少自由度并联机构在振动领域的应用

1．4 主要研究内容

第2章 少自由度并联机构的结构分析

2．1 空间并联机构结构分析

2．1．1 连杆参数的表示方法

2．1．2 空间机构的组成元素

2．1．3 空间机构的自由度

2．2 位姿表示方法

2．2．1 欧拉变换方程

2．2．2 齐次坐标变换

2．2．3 并联机构中点的表示方法

2．3 少自由度并联机构分析

2．3．1 少自由度并联机构描述

2．3．2 自由度分析

2．4 少自由度并联机构运动学分析

2．4．1 位置逆解

2．4．2 位置正解

2．4．3 速度分析

2．5 工作空间分析

2．5．1 杆长的限制

2．5．2 运动副关节的转角限制

2．5．3 运动的干涉

2．6 数值算例

2．6．1 正逆解

2．6．2 速度包络空间

2．7 本章小结

第3章 并联机构变结构原理分析

3．1 3单元体系结构原理分析

3．1．1 3单元体系结构的运动学分析

3．1．2 3单元体系结构的旋转周期分析

3．1．3 3单元体系结构的参数分析

3．2 可变机构原理

3．2．1 多单元体系可变结构原理研究

3．2．2 空间多单元体系模型

3．2．3 变胞结构模型

3．3 仿真分析

3．3．1 参数设置

3．3．2 正弦输入

3．3．3 阶跃输入

3．3．4 随机辅入

3．4 本章小结

第4章 受力与刚度分析

4．1 受力分析

4．1．1 受力描述

4．1．2 力和力矩平衡方程的建立

4．1．3 数值算例

4．2 刚度模型的建立

4．2．1 建立雅克比矩阵

4．2．2 刚度矩阵的建立

4．3 刚度评价指标

4．3．1 数值算例

4．4 本章小结

第5章 少自由度并联机构动力学分析

5．1 动力学理论基础

5．1．1 达朗伯原理

5．1．2 虚位移原理

5．2 并联机构的动力学模型

5．2．1 拉格朗日方程

5．2．2 动力学模型建立

5．3 振动系统模型

5．4 动力学仿真分析

5．4．1 仿真流程

5．4．2 虚拟模型样机的建立

5．4．3 多刚体系统动力学

5．4．4 参数设置

5．4．5 仿真结果分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文结论

6．2 创新点

6．3 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢