重力对超静定结构受力的影响

目前有关超静定结构的受力分析中几乎均未考虑分支重力的影响,针对此,提出了一种考虑分支重力情况下超静定结构受力分析的方法。首先基于分支的力矩平衡方程直接求解出在分支重力作用下产生的施加给动平台的垂直分支轴线方向的约束力分量,并将其视作施加给结构的广义外力;然后基于结构变形协调关系和受力平衡方程,获得超静定结构各分支沿其轴线方向的约束力分量的完整解析表达式以及存在制造误差时装配内力的解析表达式;最后讨论了分支重力对超静定结构受力的影响机理。以平面超静定结构3-RR和空间超静定结构7-SS为例进行了实例分析,并建立对应的刚柔混合模型,进行了仿真验证。     

基于运动副自由度优化配置的机构自调性设计研究

针对机构动力性能对形位误差敏感的问题，通过约束分析，发现普遍使用的平面闭链机构在理想平面约束条件下存在对机构工作性能不起作用的过约束，并导致机构系统对制造误差很敏感，要求很高的制造精度。为此，以曲柄导杆机构为例，阐述如何配置机构的约束和自由度，设计自调性机构。结果表明所得到的自调机构可大幅度降低机构对误差的敏感度，降低生产成本，减轻装配难度，提高机构的传动效率、使用寿命和对环境的适应能力。从机构的结构因素上消除了误差对机械品质的影响，大大提高了其稳健性。     

具有重复结构的平面连杆机构的过约束分析

给出空间平面过约束和理论平面过约束的定义，分析了这两种过约束对机构误差的敏感特性。提出具有重复结构的平面连杆机构的过约束分析方法，得到该粪机构存在的过约束的数量和类型。从而为该类机构消除或减小过约束影响的措施的采取指明了方向。     

平面机构过约束的研究进展

过约束广泛存在于平面机构中，并导致了机械系统对制造，安装误差的敏感，对机械系统性能造成了一系列有害的影响，因此对过约束机构的研究越来越受到国内外机构学者的普遍重视，取得了一系列突破性的进展，详细分析了平面机构中过约束对机械系统性能的影响，介绍了目前国内外机构过约束的研究现状，最后提出了有待进一步研究和解决的若干问题。     

具有重复结构的平面连杆机构的过约束分析

给出空间平面过约束和理论平面过约束的定义,分析了这两种过约束对机构误差的敏感特性.提出具有重复结构的平面连杆机构的过约束分析方法,得到该类机构存在的过约束的数量和类型,从而为该类机构消除或减小过约束影响的措施的采取指明了方向.     

关于重新建立平面、球面机构与结构自由度计算新公式的研究

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束数的理论出发,对机构学的自由度计算公式进行了研究。研究结果表明,新公式不仅比1896年俄国科学院院士契贝舍夫建立的公式更为简单明了,具有计算速度快的特点,而且还适用于单环、多环、开式链、闭式链、混合链、高副、周转轮系、汽车行星排及结构力学中的静定结构和超静定结构自由度的计算。为计算平面、球面机构与结构自由度提供了更为方便快捷正确的理论计算式。     

基于加权广义逆求解被动过约束刚-柔耦合并联机构的受力问题*

提出一种直接应用力映射矩阵的加权广义逆求解一般被动过约束并联机构(指分支提供给动平台的约束力/力偶数目大于等于1的被动过约束并联机构)的超静定受力问题的方法。基于小变形叠加原理和螺旋理论得到了分支约束力螺旋系刚度矩阵的一般表达式。推导一般被动过约束并联机构的各分支约束力螺旋系幅值与六维外力之间的映射关系式,进而证明了该关系式恰好是力映射矩阵的加权广义逆,其中加权矩阵为各分支约束力螺旋系刚度矩阵组成的分块对角阵的逆。以3-RRC空间三自由度被动过约束并联机构和一个并联振动平台为例,直接应用加权广义逆求解了机构各分支约束力螺旋系的幅值,并进行仿真验证。基于加权广义逆求解被动过约束并联机构的超静定受力问题大大简化了求解过程且解的形式统一、简单。     

平面闭链机构约束不确定性影响及自调结构的分析

论文提出了平面约束不确定性及其对平面闭链机构性能影响的概念,较深入、系统的研究了平面约束不确定性的影响度和考虑运动副元素的形位误差时系统的弹性变形、运动副反力的计算方法与变化规律,为误差控制及消除过约束措施的采取提供了依据.     

基于约束置换的双驱动微夹持器刚度分析

刚度是微动机构重要的性能指标之一,准确且简便的刚度求解方法是进一步对微动机构分析与优化的重要前提。为寻找更优的刚度求解方法,根据结构力学中的力法原理探讨了一种新的刚度求解思路:将微动机构视为超静定结构,并用未知力来置换其冗余约束,转化为相应的静定结构。然后通过位移协调求得未知约束力,对外力已知的静定结构进行位移求解,从而得到微动机构的刚度。同时根据平面型微动机构的结构特点对其进行了规范化与简化处理,最终建立了一种适用于平面型微动机构刚度求解的一般性方法,并实现了基于Matlab的规范化求解程序。最后,为验证该程序的求解精度,应用该程序求解了一种结构对称型双驱动微夹持器的整体刚度。通过与有限元方法分析结果的对比试验,表明该方法的刚度误差控制在5%以内,验证了方法的有效性和高精度特性。     

平面5R并联机器人约束误差影响分析

少自由度并联机器人中的过约束构型,具有结构简单、刚度大的优点,但其依赖运动副轴线间的特殊几何约束关系,如平行、垂直、汇交于一点等,来实现预期的动平台自由度。此类机构有对几何约束条件敏感的缺点,约束误差的存在将对机构产生一系列不良影响。基于此,以平面5R并联机器人为对象,在分析其过约束特性基础上,研究运动副轴线几何约束误差导致的回路封闭变形协调条件。应用矩阵力法计算强制装配引起的机构附加内力以及连杆的变形,从而分析动平台的寄生运动以及机构的应变能波动。对一种具体的5R并联机器人进行仿真分析,计算结果揭示了过约束机构对运动副轴线几何约束误差的敏感性以及约束误差与过约束共同作用下对并联机器人性能的影响机理。     

ACCURACY ANALYSIS FOR PLANAR LINKAGE WITH MULTIPLE CLEARANCES AT TURNING PAIRS

Clearance at turning pair has a strong impact on the kinetic accuracy of linkage, but there is short of a generic model to analyze it so far. Clearance error, input error, and manufacturing tolerance of links are taken into consideration as the random variables synthetically. The kinematics and dynamics accuracy analysis models for planar linkages with multiple clearances at joints are built up as well. At last a typical planar linkage is selected for nurnerical illustration. These models stated in matrix resolve the relativity of output parameter errors of mechanism and therefore are of vital significance for the reliability analysis and synthesis of mechanism with clearances.     

A study of overconstrained linkage geometry by solution of closure equations — Part II. Four-bar linkages with lower pair joints other than screw joints

The methods of Part I are applied to four-bar linkages with revolute, prismatic, cylindric, planar and spherical joints. 21 forms of overconstrained linkage without passive degrees of freedom are derived.This paper is intended to be read in conjunction with Part I[24].     

Methods for Force Analysis of Overconstrained Parallel Mechanisms: A Review

The force analysis of overconstrained PMs is relatively complex and difficult, for which the methods have always been a research hotspot. However, few literatures analyze the characteristics and application scopes of the various methods, which is not convenient for researchers and engineers to master and adopt them properly. A review of the methods for force analysis of both passive and active overconstrained PMs is presented. The existing force analysis methods for these two kinds of overconstrained PMs are classified according to their main ideas. Each category is briefly demonstrated and evaluated from such aspects as the calculation amount, the comprehensiveness of considering limbs’ deformation, and the existence of explicit expressions of the solutions, which provides an important reference for researchers and engineers to quickly find a suitable method. The similarities and differences between the statically indeterminate problem of passive overconstrained PMs and that of active overconstrained PMs are discussed, and a universal method for these two kinds of overconstrained PMs is pointed out. The existing deficiencies and development directions of the force analysis methods for overconstrained systems are indicated based on the overview.     

一种过约束并联机构受力分析的方法

将一般过约束并联机构定义的过约束称为被动过约束,冗余驱动并联机构引入的过约束称为主动过约束,进而将过约束并联机构分为被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和冗余驱动过约束并联机构。详细地描述了被动过约束并联机构和冗余驱动并联机构受力分析的国内外研究现状,提出了一种过约束并联机构受力分析的方法。该方法定义了分支约束力螺旋系刚度矩阵,考虑连杆及驱动器的弹性变形,推导得到了约束力螺旋系幅值的一般解析表达式。该方法适用于一般的过约束并联机构的受力分析,通用性较强。     

A study of overconstrained linkage geometry by solution of closure equations — Part 1. Method of study

A method is described which enables all constrained linkages with given numbers and types of joints and with no passive degrees of freedom, to be derived. This method is based on the dependence of the linkage closure equations in overconstrained linkages. It is applied to a class of linkages in Part 2 of this work, which follows in a later issue.     

平面连杆机构运动精度可靠性及灵敏度分析

针对平面连杆机构传动路线长,存在较大的积累误差,对机构的运动精度产生的影响不容忽视的问题,提出了加工误差、结构变形、装配间隙及铰链磨损多因素耦合作用下运动机构精度可靠性分析的建模方法及求解流程。用动量交换法建立铰链间隙的碰撞模型后对机构进行动力学分析,基于动力学分析结果,利用胡克定律及有限元法分析部件变形,利用Archard磨损模型分析铰链的磨损量。在此基础上,给出了加工误差与部件变形影响下杆长的分布参数以及装配间隙与铰链磨损影响下铰链间隙的分布参数,然后将铰链间隙用无质量连杆模型替换,建立并求解机构的运动方程。通过对飞机舱门收放机构的算例分析,得到了该机构在不同收放次数下的运动精度可靠度及对应的可靠性灵敏度,并给出了制造维护建议,证明了方法的可行性。     

任意平面连杆机构运动分析通用程序KAPL（SOC）的研制及其应用

本文运用作者研制的通用程序ＫＡＰＬ（ＳＯＣ），完成了一系列复杂机构的结构自动分解、运动量自动求解、机构动态及运动线图自动显示等工作。一方面，为其优化设计、运动误差及动力学研究提供了基础数据；另一方面，进一步验证了软件ｋＡＰＬ（ＳＯＣ）具有较高的自动化程度、正确性及通用性，可供教学、科研及设计部门使用。     

Overconstrained 5-bars with parallel adjacent joint axes — I Method of Analysis

Almost all overconstrained spatial 4-bar linkages have now been systematically isolated. Several categories of 5- and 6-bar linkages have also been determined, but without reference to any exhaustive form of analysis. In this Part of the present paper, a method will be set up to allow a major attempt in solving the 5-bar linkage problem. Included in the technique is a new procedure for simplifying the analysis of linkages which contain screw joints, a considerable stumbling-block for earlier researchers.