具有双层隔振支腿的Stewart平台隔振性能研究

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Stewart隔振平台是目前多维隔振领域中应用较为广泛的一类隔振装置。被动控制模式下,平台支腿的结构会对其多维隔振性能产生较大影响。因此,合理设计支腿结构是提升被动式Stewart平台隔振性能的重要途径。本文将双层隔振系统结构应用于Stewart平台支腿,设计出了一种具有双层隔振支腿的Stewart平台,并基于凯恩方程建立了隔振平台的动力学模型,分析了支腿结构参数对平台动力学响应的影响,通过仿真计算分析了平台的隔振性能。本文主要进行了以下几个方面的工作:(1)双层隔振支腿Stewart平台的结构设计。为提升Stewart平台隔振性能,引入了双层隔振系统结构,设计出了适用于Stewart平台的双层隔振支腿。根据Stewart隔振平台的结构组成与运动特点,完成了双层隔振支腿Stewart平台整体结构设计,并通过自由度计算验证了其具有六个自由度的运动能力。(2)双层隔振支腿Stewart平台的动力学模型建立。基于坐标变换理论得到了隔振平台的位姿描述矩阵。为反映支腿各构件间力与运动的关系,建立了支腿动力学模型。分析了平台与支腿间运动学及动力学关系,构造出了各构件的偏速度与偏角速度。基于凯恩方程法建立了双层隔振支腿Stewart平台的动力学模型。(3)双层隔振支腿Stewart平台的动力学响应分析。采用公式法得到了不考虑阻尼时的隔振平台前六阶固有频率。基于MATLAB数值计算得到了平台在不同支腿结构参数(包括支腿中间质量、刚度和阻尼)下的加速度响应曲线,通过分析响应曲线的变化规律,选择出了支腿中间质量、刚度和阻尼等参数。(4)双层隔振支腿Stewart平台的隔振性能分析。基于ADAMS建立了隔振平台的虚拟样机模型,对模型进行了频率为50Hz的激励试验,得到了上下平台加速度响应,并与理论结果进行了对比,验证了理论模型的正确性。为分析隔振平台的隔振性能,设计了频率范围在1-100Hz扫频激励试验,得到了上下平台六个方向的振级落差,并与一般结构的Stewart隔振平台进行比较,其中,本文所设计的双层隔振支腿Stewart平台沿z轴方向的振动衰减可达34d B,明显优于其他被动隔振平台,从而验证了双层隔振支腿Stewart平台具有更佳的隔振性能。
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