基于刚度组集的混联机床的静刚度分析与优化

为了深入研究基于冗余驱动并联机构的混联机床的静刚度,提出一种建立整机刚度模型的方法,这种方法考虑了滚动直线导轨副和轴承的变形.根据刚度组集原理建立整机刚度矩阵,得到整机静刚度分布情况,并讨论了滚动直线导轨对整机静刚度的影响,针对机床薄弱环节,进行结构优化.结果表明: 在一定工作空间内,整机x、 y、 z方向静刚度具有对称性, z向刚度最好, x向刚度最差.滚动直线导轨副对整机刚度影响较大.通过改进某些部件结构提高了整机x向刚度,为此类机床设计和优化提供了理论分析依据.     

龙门式混联机床的静刚度分析

静刚度是机床设计的重要指标之一.为了解基于平面三自由度并联机构的龙门式混联机床的静刚度性能,提出了一种分析方法,此方法同时考虑了并联支链和铰链的变形.根据微分误差模型,建立了机床刚度矩阵,得出了机床位置刚度和转动刚度的分布情况,着重讨论了铰链刚度对机床刚度的影响.结果表明 在工作空间内沿Y方向位置刚度具有对称性,转动刚度具有不对称性; 铰链刚度对机床刚度影响很大,在并联机床或者混联机床设计中必须选用刚度好的铰链连接形式.     

并联机床的平行机构对其静刚度的影响分析

为了研究机床静刚度对并联机床性能的影响,以东北大学研制的3-TPT并联机床为研究对象,通过对机床静刚度模型的理论分析,得出了机床静刚度的表达式.利用大型有限元分析软件ANSYS,在机床不同的受力条件下对机床主架静刚度和机床整机的静刚度进行仿真分析,指出了机床刚度的薄弱环节以及平行机构对机床整机的影响.分析结果表明:机床的z向刚度远大于水平方向的刚度;机床整机的刚度远大于机架的刚度,平行机构能使机床的刚度成倍增加,随着平行机构所在位置高度的增加,其z向刚度增大.     

并联机床支链刚度及载荷的确定方法

给出了并联机床各支链等效的非线性刚度及栽荷的确定方法。首先建立了考虑关节接触变形的并联机床数值分析模型，然后将实验获得的并联机床末端变形数据引入分析模型中，得到一组关于并联机床支链等效刚度的非线性方程组，并提出了非线性刚度矩阵的线性化求解方法。求得并联机床的支链刚度及栽荷后，将支链视为串联机构，可以进一步获得支链上各关节的刚度和栽荷，为并联机床整机的静态和动态性能分析奠定基础。实例计算结果表明了该方法的有效性。     

并联机床机构的分析

介绍了并联机构的产生、发展及其应用,阐述了并联机床的发展,并对并联机床机构进行了位置、运动及其空间分析.     

基于四自由度并联机构的数控机床研究

介绍一种基于混合型四自由度并联平台机构平发的五坐标并联机床,由于其独特的机构设计,与基于Stewart平台的并联机床相比,X方向的进给运动与运动平台分离,改由工作台单独进给,因而其工作空间成倍增大,采用龙门框架结构和滚珠丝杠支承方案使机床获得更高的刚度,给出了该机床运动学逆解,控制系统采用基于PC的数控系统进行五轴三联动控制。     

并联机床及其前景展望

分析了几种典型的并联机床的结构特点,对并联机床的发展前景进行了展望,指出了并联机床需要进一步研究的一些问题。     

并联机床机构的分析

介绍了并联机构的产生、发展及其应用，阐述了并联机床的发展，并对并联机床机构进行了位置、运动及其空间分析。     

3-RRR平面并联机构的刚度特性分析

导出了3-RRR平面并联机构基于守恒协调转换刚度矩阵机构刚度结构位形部分的解析表达式和外力作用影响部分的不完全解析表达式.给出了求机构刚度映射的一般方法,求出了不同参数下3-RRR平面并联机构的刚度映射曲线,并对机构的刚度特性进行了分析和讨论.研究发现,3-RRR平面并联机构的刚度是机构构型的函数,并与驱动力和关节刚度成比例;动平台中心趋于工作空间边界刚度增大,在工作空间的边界附近形成一个刚度较强的环状区域,而在工作空间的内部形成一个刚度较弱的区域.     

并联机床主运动模块设计的研究

提出了一种新型模块化并联机床的结构模型，采用并联机构实现了机床的主运动。利用机构尺寸型空间模型理论，研究了机床主运动模块平均二自由度机构的运动特性，给出了机构运动学的正反解。研究表明，末端执行器的奇异位形形式与机构尺寸有关，而机构存在着3种类型的奇异位形，其最大工作空间取决于并联机构两支链中较短杆的长度，研究为快捷地设计开发三轴或多轴并联机床提供了基础理论。     

一种工装弹簧的参数化建模与分析

电阻式应变计在封装成型过程中,通常利用圆柱螺旋压缩弹簧工装对其进行加压。由于工装弹簧在制造过程中存在线性比不准确,在使用过程中易产生疲劳破坏,以及微小的冲击振动等问题,因而直接影响电阻应变计的最终质量。基于Solidworks软件环境,对工装弹簧进行参数化建模,并利用Solidworks Simulation对其刚度、疲劳以及频率进行分析,计算出工装弹簧的刚度、疲劳寿命及频率。结果表明,工装弹簧的刚度仿真分析值与理论值误差约为4.17%,在工程误差范围内,工装弹簧的最大疲劳寿命约9 000次,工装弹簧最小频率约100.3 Hz。仿真数据为弹簧工装的安全使用和检测维修提供了可靠依据。     

随形冷却对注塑成型和生产效率的影响

采用有限元模拟方法,利用Moldflow软件对注塑冷却过程进行模拟.以香盒零件为研究对象,对多种不同冷却方案进行了模拟分析.根据模拟结果,比较分析了不同冷却方案的冷却过程,并优化出了香盒零件的最佳随形冷却水道.利用选择性激光烧结快速制模工艺制造出设计好的具有最优随形冷却水道的注塑模具.应用该模具进行实际的注塑生产,其工艺参数和最终注塑产品质量均验证了模拟结果.采用随形冷却的香盒零件注塑模,其生产效率提高了30%,翘曲变形仅为普通模具的20%     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

A semi-analytical approach for stiffness modeling of PKM by considering compliance of machine frame with complex geometry

Stiffness modeling is one of the most significant issues in the design of parallel kinematic machine （PKM）. This paper presents a semi-analytical approach that enables the stiffness of PKM with complex machine frame geometry to be estimated effectively. This approach can be implemented by three steps： （i） decomposition of the entire system into two sub-systems associated with the parallel mechanism and the machine frame respectively; （ii） stiffness modeling of each sub-system using the analytical approach and the finite element analysis; and （iii） generation of the stiffness model of the entire system by means of linear superposition. In the modeling process of each sub-system, the virtual work principle and overall deflection Jacobian are employed with special attention to the bending rigidity of the constrained passive limb and the interface stiffness of the machine frame. The stiffness distribution of a 5-DOF hybrid robot named TriVariant-B is investigated as an example to illustrate the effectiveness of this approach. The contributions of component rigidities to that of the system are evaluated using global indices. It shows that the results achieved by this approach have a good match to those obtained through finite element analysis and experiments.     

Rapid Tooling Technique Based on Stereolithograph Prototype

Rapid tooling technique based on the sterelithograph prototype is investigated. The epoxy tooling technological process was elucidated. It is analyzed in detail that the epoxy resin formula is easy to cast, curing process, and release agents. The transitional plaster model is also proposed. The mold to encrust mutual-inductors with epoxy and mold to inject plastic soapboxes was made with the technique. The tooling needs very little time and cost, for the process is only to achieve the nice replica of the prototype. It is benefit for the trial and small batch of production.     

仿昆扑翼微飞行器中高效传动铰链的研究

针对仿昆扑翼微飞行器对高效传动铰链的要求,从几何约束、应力条件、临界屈曲条件等方面,结合电磁驱动仿昆扑翼微飞行器对异质复合型柔性铰链进行了研究,给出了铰链的设计方法;研究了预应力对整个传动机构并联刚度以及铰链连接方式对整个传动机构串联刚度的影响;得到了传动机构中各铰链的宽度、厚度、长度、旋转刚度等设计参数.结果表明,整个传动机构的串联刚度是其并联刚度的135倍,满足了高效传递能量的要求;翅膀扑打角峰峰值达到了99.6°,较好符合了仿昆扑翼微飞行器的设计要求.     

并联机构转动副滚动轴承静刚度参数辨识

以新型五自由度完全并联机构的一组滚动轴承支撑单元为研究对象,利用多体系统传递矩阵法、有限元法及实验法深入研究其静刚度预估问题,提出一种滚动轴承的静刚度参数辨识流程/方法.首先,将滚动轴承支撑单元等效为多柔体系统,借助传递矩阵法建立其静刚度参数与结构模态参数间的映射关系;其次,借助实验模态分析法确定滚动轴承支撑单元的固有特性,通过比对系统固有频率和振型,确定滚动轴承支撑单元的静刚度参数;最后,将辨识出的静刚度参数代入滚动轴承支撑单元有限元分析模型,将仿真结果与实验结果相比较,以验证静刚度辨识方法的有效性.研究表明,这种滚动轴承静刚度参数辨识方法精度较高,为含转动副并/混联构型装备的静刚度优化设计提供了理论依据.     

Tripod并联定位器刚度分析及其在飞机装配中的应用

改进了传统的3-UPU并联机构,得到了刚度更高、结构更加紧凑的3-Tripod和4-Tripod并联机构.求出了3-Tripod并联机构的工作空间和Jacobian矩阵,并由此分析了3-Tripod机构的刚度特性,得到了3-Tripod机构的刚度矩阵,画出了工作平面内的最大刚度和最小刚度分布图以及工作空间内取得最大刚度与最小刚度的方向.结果表明,在工作平面内垂直于基座的方向刚度较大,平行于基座的方向刚度较小.研究结果对提高机身与机翼对接工装精度有一定意义.     

关于平行弹簧组等效劲度系数的讨论

在通常情况下,针对多个平行弹簧等效劲度系数的研究过程中,存在这样的假设:这些平行弹簧同时被压缩或伸长的量要相等。但是在实际中,更多的情况是:在同时间内,每个平行弹簧被压缩或伸长的长度各有不同。我们以劲度系数不相同的两个平行弹簧为例,将平行弹簧的一端固定,而对另一端压缩,每个弹簧被压缩的量不一致。在这种情况下,得到平行弹簧组的等效劲度系数。     

海洋导管架型平台非线性多层子结构模式分析法

海洋导管架型平台是一个复杂的非线性空间结构。按照通常的方法,这种非线性结构系统不能一次确定力和位移的关系、其总刚度矩阵必须多次迭代才能完成,因而很费计算机机时。本文介绍的多层子结构摸式分析法,根据导管架型平台只是局部非线性结构的特点,把平台结构分成两类子结构模式;非线性子结构模式——桩基浅处的桩土之间相互作用的模式和线性子结构模式——桩基深处的桩模式和导管架模式。每一个子结构模式又可分成简单的超级单元和更简单的基本单元。仅仅非线性子结构漠武需要经过多次迭代求出其刚度矩阵。它与线性子结构刚度矩阵一起组装成平台的总刚度矩阵,进而进行静力和动力分析。由于非线性子结构模式比整个平台结构小得多,因而迭代过程容易完成。各种工况下的复杂的荷载也可以山各种简单的荷载模式组成,因此各种工况的静力和动力分析的结果可以一次求得。木文运用DASOS—J计算机程序(此程序是由大连工学院编制的)按此方法分析了我国渤海某平台的内力计算实例。