基于柔性多体动力学的并联机构动态特性研究及优化分析

批准号:
51105258
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
朱春霞
依托单位:
学科分类:
E0503.机械动力学
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱立达、袁哲、齐凤莲、张景强、王召迁、谷丰
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中文摘要
并联机构的动态特性是影响其加工精度和效率的主要指标。但目前对于并联机构动态特性的研究还主要集中在弹性动力学和机构的静刚度方面,对影响动态特性的多种因素缺乏全面的考虑和有效的理论指导。本项目拟利用理论建模、仿真分析和实验验证方法对并联机构的动态特性进行全面研究及优化。充分考虑杆件柔性、关节结合部柔性和关节间隙,采用柔性多体动力学理论建立机构完整的非线性动力学模型,推导出柔性杆件变形量、关节刚度和阻尼与整个机构的等效刚度和阻尼之间的关系,确定其对动态特性的影响规律和变化范围;分析动力学参数对机构动刚度和动态误差的影响规律;以实现机构运动规划的驱动力矩和动态位置误差两项性能最优为目标函数进行优化,提出机构的优化设计方案。本研究拟寻求有效改善机构动态特性、优化机构结构的技术途径,解决其技术实现的主要理论和技术关键问题,为推动我国并联机构技术理论发展、实现实用化和产品化提供理论基础和关键技术。
英文摘要
随着并联机构向高速高精度应用领域的拓展,对其速度和加速度要求的不断提高,要求并联机构更加精密化和轻型化。而机构的轻型化导致构件的柔性加大,固有频率下降,高速化导致惯性力激振频率升高,系统容易产生较大的弹性振动和运动误差,同时由于并联机构关节多且接触刚度低、阻尼小,导致整个机构的动态特性变差,因此研究并联机构的动态特性要综合考虑并联机构的杆件柔性、关节结合部柔性以及关节间隙等多种因素的影响。本项目以3-TPT并联机构为研究对象,综合考虑机构的杆件柔性、关节结合部柔性等因素,提出了一种基于机构柔性多体动力学理论的提高并联机构动态特性的研究方法,并通过建立参数化的机构多体动力学仿真模型进行仿真验证,最后通过实验来修正理论模型并验证优化的效果。综上所述,本项目的主要完成的研究内容和成果如下:.(1)并联机构的柔性多体动力学建模研究.针对并联机构在高速高精度加工方面的特点,考虑机构杆件柔性、关节结合部柔性等因素,建立了整个机构的柔性多体动力学完整的非线性模型;分析了机构的几何参数以及动力学参数对动态性能的影响规律。.(2)并联机构动态特性的研究和优化.在柔性多体动力学模型的基础上,推导了柔性杆件的变形量和动态刚度与整个机构的动态特性之间的关系,确定柔性杆件变形量、关节刚度对机构动态特性的影响规律和变化范围;分析了机构的动力学参数对机构固有频率、动态响应等的影响规律。.(3)并联机构多体动力学模型的参数化建模和仿真优化.利用多体动力学仿真软件,研究了复杂机构的柔性多体动力学参数化建模方法,建立了机构的参数化仿真模型,对机构的动态响应、驱动力矩和固有频率等动态特性进行了仿真计算;研究了机构动刚度和动态误差;并以机构轻量化为目标函数进行了结构优化,并提出了优化设计方案。.(4)并联机构动态特性的实验研究.针对具体的并联机构样机,采用实验模态分析和参数辨识方法对机构固有频率和动态响应进行了实验分析,通过与理论模型和仿真结果的对比,对理论分析和仿真分析进行了验证。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Applied Mechanics and Materials
影响因子:--
作者:Zhu Chunxia
通讯作者:Zhu Chunxia
Research on dynamic performance of feed drive systems by integrating the virtual prototype and finite element
虚拟样机与有限元相结合的进给驱动系统动态性能研究
DOI:--
发表时间:--
期刊:JOURNAL OF VIBROENGINEERING
影响因子:1
作者:Chunxia Zhu
通讯作者:Chunxia Zhu
DOI:10.1007/s00170-013-5202-8
发表时间:2013-08
期刊:International Journal of Advanced Manufacturing Technology
影响因子:3.4
作者:Zhu, Lida;Li, Haonan;Wang, Wansan
通讯作者:Wang, Wansan
DOI:--
发表时间:2014
期刊:东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
影响因子:--
作者:史家顺;王 凯;朱立达
通讯作者:朱立达
DOI:10.19026/rjaset.5.4609
发表时间:2013-03
期刊:Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology
影响因子:--
作者:Chunxia Zhu;Jiman Luo;Dan Wang;Bingyu Cai
通讯作者:Chunxia Zhu;Jiman Luo;Dan Wang;Bingyu Cai
基于表面织构效应的并联机构典型结合面及整机动态特性与实验研究
- 批准号:51575365
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:朱春霞
- 依托单位:
国内基金
海外基金
