基于混合运动副间隙的3-PPR机构分析与优化

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在工程实际中,由于加工、装配及运动副元素磨损等原因,机械系统中不可避免的存在着运动副间隙,运动副间隙的存在会对机械系统造成运动副元素磨损、产生运动误差、降低稳定性、产生瞬时冲击等诸多不好影响,因此不可忽视机械系统中运动副间隙的影响。本文以工装系统研制项目中光学元器件装校任务里的精密装校平台为背景,该平台由平面调整单元(3-PPR)和水平调整单元(3-PSR/PSS)串联而成,为使放置在精密装校平台上的光学元器件具有更好稳定性,主要从仅含转动副间隙、仅含移动副间隙和混合运动副间隙三大方面研究了运动副间隙对于平面调整单元的影响。全文主要内容如下:首先简述平面调整单元,即3-PPR平面并联机构,并利用反螺旋理论简单地计算该机构的自由度。接着介绍间隙分析目的及该机构与光学元器件初步布局方式。最后详细得介绍运动副间隙模型、间隙效应评价指标和运动副间隙接触力模型。对不含运动副间隙的3-PPR平面并联机构作运动学分析,将所得驱动滑块位移曲线作为后文动力学仿真的输入条件。然后采用牛顿-欧拉法建立不含运动副间隙的3-PPR平面并联机构动力学模型,联合Matlab和Adams软件仿真验证建模正确性,为后文的含间隙动力学方程提供基础。最后基于Lankarani-Nikravesh接触力模型和Ambrósio摩擦力模型将接触碰撞力引入至含转动副间隙的3-PPR平面并联机构动力学方程,使用Adams软件分别从间隙有无、间隙尺寸和间隙位置三个方面对机构动态特性的影响作对比仿真分析,为该机构转动副的加工装配提供理论指导。基于移动副间隙模型中任意一角接触的状态和前述的接触力模型和摩擦力模型,推导含移动副间隙的3-PPR平面并联机构动力学方程,并分别从间隙有无、间隙尺寸和间隙位置三个方面作对比仿真分析,为该机构移动副的装配精度提供理论支撑。基于前文仅含转动副间隙和仅含移动副间隙的分析,分别从混合间隙、不同混合间隙尺寸和不同混合间隙位置三个方面研究运动副间隙对3-PPR平面并联机构动态特性的影响,验证该机构与光学元器件的相对布局方式的正确性。
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