【摘 要】
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为降低车辆行驶过程中的振动对车厢内运输设备的影响,保证运输设备的精度与使用寿命,本文设计了一款针对运输设备进行隔振的多维隔振平台。首先,基于并联机构承载能力强、运动自由度多的特点,提出一种以并联机构为主体的多维隔振平台的设计方案;基于车厢振动情况确定多维隔振平台的振动维度;基于螺旋理论对满足多维隔振平台隔振维度的支链进行了分析综合;通过对该支链形式对应的各种布置形式进行分析比较,确定了多维隔振平台
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为降低车辆行驶过程中的振动对车厢内运输设备的影响,保证运输设备的精度与使用寿命,本文设计了一款针对运输设备进行隔振的多维隔振平台。首先,基于并联机构承载能力强、运动自由度多的特点,提出一种以并联机构为主体的多维隔振平台的设计方案;基于车厢振动情况确定多维隔振平台的振动维度;基于螺旋理论对满足多维隔振平台隔振维度的支链进行了分析综合;通过对该支链形式对应的各种布置形式进行分析比较,确定了多维隔振平台的主体结构为立方构型6-SPS机构,并完成了尺寸设计。第二,基于支链约束法建立起并联机构上平台位姿与支链长度间的运动学模型,通过直接微分法建立上平台速度、加速度与支链速度、加速度间的关系。基于多维隔振平台振动情况对并联机构进行工作性能验证。根据运动学计算结果得出并联机构各个构件的能量表达式。通过拉格朗日法建立并联机构的动力学方程,确定其动力学特性。第三,通过分别用直线弹簧单元与扭转弹簧单元替换并联机构的P副与S副得到相应的多维隔振平台。根据对其承载能力的分析,确定两种隔振平台弹簧单元刚度的取值范围。基于虚功原理建立系统的振动响应方程,通过振动模态分析法对系统振动响应方程进行解耦处理,研究弹簧单元在刚度阻尼取值范围内对系统解耦刚度阻尼的影响情况,确定了弹簧单元的最优刚度与阻尼情况。通过对路面激励情况的分析,得出多维隔振平台下平台的典型振动激励;通过代入振动响应方程,得出了多维隔振平台在各个振动维度的振动响应。通过分析直线弹簧单元与扭转弹簧单元在最优刚度阻尼情况下的振动响应,确定了多维隔振平台的最优隔振形式为扭转弹簧单元隔振形式。第四,通过对柔性铰链变形范围分析,确定柔性铰链变形处于线性刚度范围内。基于材料力学建立了各种切口柔性铰链的扭转刚度模型,分析了不同切口柔性铰链的刚度大小、振动模态和应力集中情况,确定了柔性铰链的切口形式为椭圆切口。通过对不同材料,不同形状尺寸的柔性铰链进行筛选,设计出了满足扭转弹簧单元刚度的柔性铰链。最后,基于设计出的柔性铰链形状完成了多维隔振平台结构设计,根据有限元分析对多维隔振平台的承载能力和最大应力进行了检验与校核;通过Adams对多维隔振平台进行了仿真分析,检验了多维隔振平台的承载能力以及隔振效果;通过搭建多维隔振平台实体样机,研究了多维隔振平台对特定设备的承载能力与隔振情况;通过实验结果与仿真数据及数值计算结果的对比,检验了仿真模型以及数值计算结果的正确性。
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