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在高端制造领域,传统工业机床的性能已不能满足相关结构件日益增长的加工要求,因此具有高精度、高刚度特性的并联机构在该领域极具应用价值。本文主要研究2-PRU-UPR并联机构的运动学分析、性能优化以及样机机械结构设计,主要研究工作可归纳如下:提出2-PRU-UPR并联机构并建立相应坐标系,运用螺旋理论分析该机构的自由度,经计算求得机构动平台末端始终存在两个转动自由度和一个移动自由度。应用封闭解析法对2-PRU-UPR机构的运动学位置反解进行分析,由该机构的几何约束关系求得运动学反解代数表达式。机构运动学位置正解通过数值法求解。运用SolidWorks软件对2-PRU-UPR并联机构进行三维建模,计算并模拟8组单一数值算例和1组椭球面加工仿真算例,通过算例结果来验证2-PRU-UPR并联机构位置分析的正确性。由反解表达式和正解算例结果可看出机构在有效的工作空间内位置正反解具有唯一性。对2-PRU-UPR并联机构进行速度分析,得出反映驱动速度与末端执行器速度的映射关系的速度表达式。通过对速度表达式中的雅可比矩阵的秩的分析,推导出机构存在2种反解奇异、1种正解奇异和2种混合奇异。考虑到机构在实际应用中所需的驱动行程和运动副转角有限,对上述参数加以限制,并考虑奇异位形,采用数值搜索法绘制出该机构的整体工作空间三维图。采用运动/力传递性能指标和虚功刚度指标对2-PRU-UPR并联机构的性能进行了综合分析与评价,得到了相关的性能分布图谱。基于上述两个性能指标,对机构进行尺度优化,先后运用参数无量纲优化法和区间搜索法,得到了机构性能与尺寸关系图谱,从而确定了满足性能要求的最优解,对应最优尺寸参数为样机设计提供数据参考。在原始设计参数的条件下,对2-PRU-UPR并联机构样机进行机械部分设计,包括外购件选型、机械结构设计以及装配布局。同时利用ANSYS有限元分析软件对关键承重零件进行静力分析,并校核其是否满足设计要求。最终完成机械结构的设计,得到实际样机。本文研究工作有助于2-PRU-UPR并联机构在工业机床领域的研发。