【摘 要】
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相比串联机构,并联机构具有结构紧凑、刚度高、承载能力强、累积误差小、速度快、精度高,系统惯性小、动态响应灵敏、各向同性好等优点。现代并联机构正朝着高速、轻型、精密等
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相比串联机构,并联机构具有结构紧凑、刚度高、承载能力强、累积误差小、速度快、精度高,系统惯性小、动态响应灵敏、各向同性好等优点。现代并联机构正朝着高速、轻型、精密等方向发展,使得构成并联机构的轻质杆件容易发生弹性变形,引起弹性振动,影响系统的稳定性。并联机构弹性动力学系统本质是一个非线性系统,存在复杂非线性动力学特性,因此研究并联机构非线性弹性动力学行为具有重要的理论和应用价值。本文以实验室自主研发的4-UPS/UPU空间并联机构为研究对象,对其进行非线性弹性动力学建模、动力学响应分析和混沌现象辨识,论文主要的研究内容如下: 首先将4-UPS/UPU空间并联机构的伸缩杆划分若干单元,根据 KED方法计算单元的速度和加速度,求出单元的动能和势能;利用Lagrange方程建立单元的非线性弹性动力学方程;由支链的弹性动力学方程,根据机构运动学和动力学约束条件,得到系统的非线性弹性动力学方程。 基于建立的空间并联机构弹性动力学方程,分析了4-UPS/UPU并联机构的动力学响应。利用数值仿真软件求解并联机构系统的弹性动力学方程,并得到系统的X方向、Y方向、Z方向和合方向上的运动学误差,及其伸缩杆等效应力和系统频率随时间的变化规律。 最后,根据混沌理论,介绍了混沌运动基本特征和混沌现象辨识方法;从定性和定量两个方面,借助相图、Poincare映射图和最大Lyapunov指数,分析了并联机构系统的混沌现象,伸缩杆材料、伸缩杆直径、动平台质量和动平台铰链分布半径等机构参数对系统混沌运动的影响。
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