串联多闭链二自由度变幅机构的动力学建模

摘要

变幅机构是工程机械的关键部件。不同于单自由度变幅机构,本文设计了一种两组液压缸驱动的二自由度变幅机构以提高变幅性能。为了建立该机构的动力学模型,首先,提出层次化方法推导出雅可比矩阵和海森矩阵,继而得到运动学方程。然后,考虑驱动器将该机构拆分成6个刚体,并采用牛顿欧拉法求得动力学方程,基于动力学模型对变幅过程进行仿真分析。最后,在桩架平台上搭建样机模型。仿真和试验研究表明,动力学模型能准确地反映该变幅机构的动力学特性。前液压缸先收缩再后液压缸收缩的控制策略较另外两种控制策略具有更优的力学性能。本文可指导二自由度变幅机构在工程机械上的设计及应用。该建模方法可应用于类似串连多闭链结构,以准确快速地推导动力学模型。