微定位平台运动精度与动静态特性分析

来源 :山东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Jingle2008
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随着科学技术的发展和对机械加工精度要求的不断提高,机械加工中所需要的精度由原来的微米级向纳米级迈近,因此,为满足加工制造的要求,高精度、大行程的微定位机构的成为研究热点。本文以大行程并联微定位平台为研究对象,研究其基本单元刚度求解、杠杆放大比求解、构型、整体刚度、运动学、运动空间、固有频率等方面,具体研究成果及创新点如下:(1)论述了传递矩阵的求解方法,传递矩阵的传递性、传递矩阵与单元刚度矩阵之间的关系,求解了传递矩阵在单元坐标系转换到结构坐标系时所需要的坐标变换方法。(2)结合传递矩阵特点及力平衡方程、变形协调方程提出传递矩阵法,用以求解柔性机构刚度及运动学。该方法避免了变形协调方程及全局坐标系的变换,求解简单,具有递推性,利于编程,且考虑了各子单元的变形,求解结果更精确。以柔性杠杆放大机构为例,推导了其刚度的求解过程以及结构参数的优化。(3)利用传递矩阵与刚度矩阵的关系求解了柔性铰链单元刚度,由于考虑了剪切力以及剪切不均匀系数,与其他文献相比刚度求解结果更精确。(4)设计了一种大行程并联微定位平台,采用杠杆放大机构,将弹性移动副改为弹性折叠梁,减小了阻力、增加放大位移;采用柔性平行四杆机构作为冗余支链,提高了平台的承载能力和刚度;采用并联结构且两条支链正交布置,具有良好的各项同性,使其两个平动自由度解耦,因此具有大行程、刚度性能好、灵敏度高、控制简单等优点。(5)对大行程并联微定位平台特性进行分析,利用传递矩阵法求解其刚度、运动学,利用Matlab绘制运动空间,利用Workbench进行模态分析求解其固有频率及各阶频率所对应的振型等。分析了传递矩阵法与有限元分析误差产生的原因,提出一种考虑单元界面关联性的修正方法,修正后结果精度明显提高。为微定位平台理论分辨率求解和工作空间设计提供了理论依据。通过有限元仿真验证了传递矩阵法求解刚度的精确性以及与实际相符合,在微动平台构型、尺寸优化及误差分析具有应用价值,也为大行程并联微定位平台控制系统的设计提供了理论依据。
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