平面柔性并联机构动应力研究

采用运动弹性动力学方法,分析了柔性并联机构杆件的弹性变形与弹性位移的关系,计算了杆件的弹性变形,求解了杆件上任意位置的动应力.通过分析动态交变应力造成的疲劳损伤,预测杆件的疲劳寿命,并根据疲劳强度计算杆件的工作安全系数.计算了杆件在各个时刻的最大动应力及出现的位置,并分析其变化规律.以平面柔性3-RRR并联机构为例,说明分析杆件的动应力对机构的强度失效、疲劳失效分析有重要意义.     

平面柔性连杆3-RRR并联机器人动力学建模

为了描述包含柔性连杆的平面柔性3-RRR并联机器人的运动学、动力学特性,需要建立机器人的弹性动力学模型.采用一种适用于刚体、柔体混合的复杂机械系统有限元建模方法,通过分析柔性连杆与刚性动平台的运动学耦舍关系,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,利用运动弹性动力学理论,建立了平面柔性3-RRR并联机器人的弹性动力学方程.避免了采用运动学、动力学约束方程的弊端,缩小了方程的规模,缩短了计算时间.用SAMCEF软件验证了模型的准确性.计算实例表明,该模型反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响.     

平面柔性并联机器人动力学建模

利用有限元理论研究柔性并联机器人动力学建模的理论和方法,分析各支链的弹性位移及其耦合关系,建立柔性并联机器人系统的运动约束条件和动力约束条件。综合考虑构件的分布质量、集中质量以及杆件的剪切变形、弯曲变形、拉压变形和横向位移的影响,运用运动弹性动力学理论和Lagrange方程,推导出平面柔性并联机器人的动力学方程。以平面3-RRR柔性并联机器人为例,说明该动力学模型能正确反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响。     

5R柔性并联机器人系统运动微分方程

为了描述平面5R柔性并联机器人的运动学和动力学特性,需要建立机器人的运动微分方程。针对刚性活动平台和柔性杆件的运动学耦合特点,改进了一套适用于刚体、柔性体耦合的有限元建模方法,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,综合考虑了科氏阻尼、离心刚度和几何非线性的影响,利用运动弹性动力学理论,建立了平面5R柔性并联机器人的运动微分方程,避免了采用运动学和动力学约束方程的弊端,提高了建模精度。计算实例表明,该方程反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响。     

平面弹性机构间隙效应控制研究

弹性机构铰接副处过大间隙的存在加速了杆件的疲劳与磨损 ,严重地影响了机器的动态特性机构。本文在含间隙弹性平面连杆机构的二阶段动力学模型中 ,引入挤压油膜阻尼器被动控制技术 ,通过算例 ,对比分析了间隙铰及挤压油膜铰机构中弹性杆件变形的稳态响应。结果表明 ,挤压油膜阻尼器可以有效地控制含间隙弹性机构中过大的弹性变形 ,改善机构的稳定性能     

空间弹性变形构件的李群和李代数分析方法

重点研究了具有三维空间弹性变形的杆件,即杆件同时受弯曲、拉伸和扭转等力作用而发生空间变形的李群和李代数理论描述问题。将杆件任意一点处的弹性变形与力的关系进行分析得到系统的空间变形柔度矩阵,并通过对弹性势能的分析,进一步得到了弹性杆件系统的空间变形的柔性密度。结合Rayleigh-Ritz法计算了系统的特征频率。阐明了所用理论方法解决空间弹性变形杆件问题的方便和有效性,并以空间变形简化处理为简单变形的传统方法进行了仿真结果的分析对比。     

柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析

为了获得精确的柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析结果,通过对柔性并联机器人动力学模型的分析,提出了基于微分法的动力学特性灵敏度分析方法,计算精度比差分法提高25%,计算时间缩短了86%。分析了柔性并联机器人动力学特性对各设计参数的灵敏度。柔性并联机器人的动力学特性对连架杆的截面积、构件集中质量及各杆件截面的厚度比较敏感。利用灵敏度微分法计算了设计参数发生微小变化后的动态响应值及固有频率值,在误差小于7%的情况下,计算时间缩短了95%。以3-RRR柔性平面并联机器人为例,说明微分法是准确、有效的。分析动力学特性灵敏度对柔性并联机器人的弹性动力综合和优化设计有重要意义。     

含弹性杆件的并联机器人刚度分析

通过分析包含弹性杆件的并联机器人的刚度系数的性质,计算了机器人在各方向上的刚度,绘制了最小刚度系数的变化曲线,研究了刚度与奇异位形、机器人的固有频率及弹性振动振幅的关系.计算实例表明,刚度系数和奇异位形、机器人的固有频率有密切的联系,可用于预测含弹性杆件的并联机器人的弹性动力学特性和响应,不需要进行弹性动力学计算,计算时间节省94%.     

具有空间复合变形构件的机械系统分析方法

用李群李代数的理论方法探讨了具有空间变形构件的机械系统的分析问题。根据弹性力学的基本原理,建立了考虑弯曲、拉伸和扭转的空间变形杆件的弹性方程。将杆件作为基本元素,将其理论扩展应用于具有空间柔性变形杆件的串联机器人系统,分析了系统空间弹性性能与运动学问题。进而,研究了其在柔性并联机构振动平台分析中的应用。最后,应用该理论很好地解决了螺旋弹簧的空间弹性性能分析问题。将李群李代数理论成功地拓展应用于空间柔性机构系统的分析,验证了该方法的有效性。     

预应力对柔性薄壁轴承疲劳寿命影响的仿真分析

谐波减速器的柔性轴承装配到波发生器椭圆凸轮上时存在较大的预应力和预变形。为研究预应力的影响,利用ANSYS Workbench建立柔性轴承和波发生器凸轮多体接触模型,在实际工作载荷和预应力及预变形作用下,对柔性轴承内外套圈进行分析,得到其变形、应力以及载荷分布规律。分析结果表明,内外圈沟道处的等效应力主要取决于其受到的周向应力;内外圈的最大等效应力和最大径向应力发生在长轴处的球与内外沟道接触的区域。依据L P理论计算出柔性轴承的疲劳寿命,结果表明,考虑预应力情况下柔性轴承的疲劳寿命降低了30%,研究结果对柔性薄壁轴承的设计及分析提供理论参考和实践指导。     

Analysis of the dynamic stress of planar flexible-links parallel robots

This paper presents a method for the dynamic stress analysis of planar parallel robots with flexible links and a rigid moving platform. The finite element-based dynamic model of flexible parallel robots is proposed. The relation between elastic deformations and elastic displacements of the flexible links is investigated, considering the coupling effects of elastic motion and rigid motion. The elastic deformations of links are calculated. Considering the effects of bending-shearing strain and tensile-compression strain, the dynamic stress of the links and its position are derived by using the Kineto-Elastodynamics theory and the Timoshenko beam theory. Due to the flexibility of the links, the dynamic stresses are well illustrated through numerical simulation. Compared with the results of the finite element software SAMCEF, the numerical simulation results show the good coherence and advantages of the analysis method. The dynamic stress analysis is demonstrated to have a significant impact on the analysis, design and control of flexible parallel robots.     

Dynamic modeling of flexible-links planar parallel robots

This paper presents a finite element-based method for dynamic modeling of parallel robots with flexible links and rigid moving platform. The elastic displacements of flexible links are investigated while considering the coupling effects between links due to the structural flexibility. The kinematic constraint conditions and dynamic constraint conditions for elastic displacements are presented. Considering the effects of distributed mass, lumped mass, shearing deformation, bending deformation, tensile deformation and lateral displacements, the Kineto-Elasto dynamics (KED) theory and Lagrange formula are used to derive the dynamic equations of planar flexible-links parallel robots. The dynamic behavior of the flexible-links planar parallel robot is well illustrated through numerical simulation of a planar 3-RRR parallel robot. Compared with the results of finite element software SAMCEF, the numerical simulation results show good coherence of the proposed method. The flexibility of links is demonstrated to have a significant impact on the position error and orientation error of the flexible-links planar parallel robot.     

柔性机器人的变形度和变形能量度指标

提出了评价柔性机器人系统性能的变形度指标和变形能量度指标。两台3R柔性机器人协调操作系统和两台4R冗余度柔性机器人协调操作系统的数值仿真表明：变形度指标和变形能量度指标能够反映系统的综合特征，用该指标评价系统性能是可行的。     

欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性

运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。     

计入轴瓦变形的曲轴动应力和疲劳强度计算

采用动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS,辅以手工编程相结合的方法,研究计入轴瓦变形时某四缸柴油机曲轴动应力分析和疲劳强度计算问题。解决计入轴瓦变形的曲轴—轴承系统动力学和摩擦学分析问题,得到动态油膜压力;采用ANSYS中的参数化编程语言APDL编写程序实现动态施加力边界条件,计算曲轴动应力;采用损伤积累理论计算曲轴疲劳强度。研究表明：计入轴瓦变形,主轴承最小油膜厚度大幅度下降,最大油膜压力大幅度上升,曲轴动力学响应和危险点的动应力也发生变化,曲轴疲劳寿命下降了15.6%。     

发动机飞轮螺栓的三维有限元计算分析

结合大功率柴油机性能强化的数值计算，针对螺纹连接几何形状和载荷条件的复杂性，建立了装配实体模型；在考虑柔性曲轴附加转矩的情况下，采用接触分析法对发动机的飞轮螺栓进行了三维有限元计算；得出了螺栓工作状态下最危险点发生的位置，考核了螺栓的疲劳强度安全系数，分析结果表明，螺纹连接是一种弹塑性模型。提出了发动机性能强化后螺栓连接的三种优化设计方案。