一种大转角混联机床性能分析与优化

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混联机床融合了并/串联机构各自的优点,同时弥补了各自的劣势,本文提出了一种大转角混联机床结构。该机床可实现五自由度的加工操作,同时可实现较大转角的转动。论文通过以下几个方面对该大转角混联机床的性能进行了分析与优化:(1)提出了一种大转角混联机床的结构。该混联机床的并联组件呈非对称分布,其中第1、2支链为PRT型运动支链,第3支链为P-2SS型运动支链。(2)对大转角混联机床的运动学进行了研究。基于矢量法和数值法建立了混联机床的位置正反解、速度和加速度运动方程,通过MATLAB软件编程得到所有的正反解位姿图及仿真速度、加速度变化规律。(3)对大转角混联机床的性能进行了分析。基于Jacobian矩阵法,得出了混联机床可能出现边界奇异、局部奇异和结构奇异的位置;运用数值搜索法得出混联机床的运动工作空间,转角范围可达(-30 80);推导出混联机床的刚度矩阵和灵巧度矩阵,给出实例计算并绘制刚度和灵巧度图。(4)对大转角混联机床动力学性能进行研究。采用凯恩方法对机床建立动力学方程。使用ADAMS和MATLAB软件对机床的动力学进行仿真研究。(5)以混联机床速度、刚度和灵巧度为优化目标,基于Isight优化软件集成MATLAB软件,构建了混联机床的多目标可靠性优化设计模型,得到分布性良好的Pareto解集,并给出了多目标优化实例以体现优化效果。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-20页
    1.1 选题背景及意义第10-12页
    1.2 国内外研究现状第12-16页
    1.3 混联机构研究现状及分析第16-19页
    1.4 主要研究内容及拟采用研究手段第19页
    1.5 本章小结第19-20页
2 大转角混联机床结构设计与分析第20-28页
    2.1 引言第20页
    2.2 螺旋理论第20-22页
    2.3 混联机床的构型描述第22-27页
        2.3.1 大转角混联机床的结构简介第22-23页
        2.3.2 自由度计算第23-27页
    2.4 本章小结第27-28页
3 大转角混联机床的运动学分析第28-45页
    3.1 引言第28页
    3.2 位姿描述及坐标变换第28-31页
        3.2.1 位姿描述第29页
        3.2.2 坐标变换第29-31页
    3.3 位置正反解分析第31-38页
        3.3.1 位置反解分析第31-33页
        3.3.2 位置正解分析第33-34页
        3.3.3 位置正反解数值分析第34-38页
    3.4 速度、加速度分析第38-43页
        3.4.1 速度分析第38-42页
        3.4.2 加速度分析第42页
        3.4.3 速度、加速度数例分析第42-43页
    3.5 本章小结第43-45页
4 大转角混联机床的运动性能研究第45-57页
    4.1 引言第45页
    4.2 大转角混联机床奇异性分析第45-47页
    4.3 大转角混联机床工作空间研究第47-52页
        4.3.1 工作空间分析方法第48页
        4.3.2 工作空间约束条件第48-49页
        4.3.3 工作空间求解第49-52页
    4.4 大转角混联机床刚度分析第52-54页
        4.4.1 建立刚度矩阵第53-54页
        4.4.2 数值算例与分析第54页
    4.5 大转角混联机床的灵巧度分析第54-56页
        4.5.1 灵巧度概念第54-55页
        4.5.2 数值算例与分析第55-56页
    4.6 本章小结第56-57页
5 大转角混联机床动力学分析及仿真第57-69页
    5.1 引言第57页
    5.2 凯恩方程简介第57-59页
    5.3 大转角混联机床的动力学建模第59-64页
        5.3.1 速度和加速度分析第59-61页
        5.3.2 偏速度和偏角速度分析第61-62页
        5.3.3 广义主动力和广义惯性力分析第62-63页
        5.3.4 大转角混联机床的动力学方程建立第63页
        5.3.5 动力学仿真分析第63-64页
    5.4 基于ADAMS的运动学、动力学仿真验证第64-68页
        5.4.1 创建机床几何模型第65页
        5.4.2 基于ADAMS的运动学、动力学仿真分析第65-68页
    5.5 本章小结第68-69页
6 大转角混联机床多目标优化设计第69-77页
    6.1 引言第69页
    6.2 基于Isight软件的多目标优化第69-72页
        6.2.1 多目标优化设计流程介绍第69-70页
        6.2.2 多目标优化设计的模型构造第70页
        6.2.3 建立多目标优化设计流程第70-72页
    6.3 多目标优化结果分析第72-76页
        6.3.1 试验设计(DOE)结果分析第72-74页
        6.3.2 多目标优化结果分析第74-76页
    6.4 本章小结第76-77页
7 总结与展望第77-79页
    7.1 总结全文第77-78页
    7.2 展望第78-79页
参考文献第79-84页
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果第84-85页
致谢第85-86页
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