【JC071】曲轴润滑油孔专机的设计研究设计【机械专业毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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- 内容简介：
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1 一种为机器工具服务的概念上发展的改进三脚架机制 张单；王丽辉 摘要 在这个 论文 中，一种空间三自由度并联增强了被动的 脚和 拟议的并行机制，可用于多种用途，例如 :转台 、模具 与机床 。 首先 ， 几何模型的三自由度并行机制处理其中第四运动学连接 最后一个环节是用来牵制平台运动只有三个自由度即自由的程度的机制取决于被动 脚。 被动的 脚 也提高了整体刚度的结构和分配扭矩由加工 。 第二，运动学分析与考虑连接灵活进行 。 一模 型三自由度并联机构的被动连接，然后建立与分析采用集总参数模型 。 与提出的方法有显着效果的环节灵活机制的精确度提高了 。 影响结构变动的参数，包括材料的性能对系统行为的影响 。 测绘遵守 ， 这也说明 K 的模型提出了一种可扩展的优化设计和控制并联机床 。 最后 ， 优化设计是利用遗传算法和一些设计准则 。 关键词 :刚度 ; 并联机床 ; 优化 1 简介 作为并联机床 (具有较高的刚度，高速灵巧低惯性和大型有效载荷能力 ， 它们已被广泛用于各种不同类型的实际应用 ， 如微型定位装置 1及飞机模拟器 2。最近 ， 他们已成功地应用于高精密机床 3。 由于大部分加工操作只需要最多 5 轴新的配置不足 6 轴 (自由度 )，将更为合适。三角架是一种并联机床的三自由度 ， 它可以执行三个联动加工。因此，三角架是有针对性的 ， 主要配置为 展。 例子包括 机器人三角洲， 从汉诺威大学， ， 部 7从辛辛那提机床公司。 三脚架，可与两轴系统，如 X， Y 轴表，形成五轴联动机。 ） 在这个 论文 中， 有 一个 新奇的三脚架 结构的影响。设置的三角架是描述第一和新颖的结构被演示。 当时的运动，包括雅可比矩阵和速度公式推导刚度和型号的三角架刚性联系 和 柔性联系提出讨论。比较了 三角架由于 没有考虑弹性环节进行 ； 影响被动的链接是有必要的。最后 ， 优化设计的进行，其目的是 成为 最佳的全球坚硬 的结构完整的概念发展。 2 几何造型 三自由度 (自由度 )并联机器人 (鼎 )列于 1这种机器人由四个运动链，包括三个可变长度与相同拓扑和一个被动的环节，连接固定基地的一个移动平台 自由度并联，三个相同的双腿，从基础平台，包括一个固定万向节移动连接， 促使 柱状节理动线和一个 球的关节 附在平台。第四链条连接基地中心到平台中心，是一个被动的腿，并有不同的结构。 来自其他三个 同一链 。 它包含了柱状节附在基地移动通及全民共同重视的平台。 2 这最后一站是用来牵制平台运动只有三个自由度 。 这一机制可建成只用三只脚，即删除其中的三个 同一 商品和启动首次联合的特殊腿。既安排导致类似运动方程。据悉，除现有的各鼎与被动的腿 (如 角洲格奥 ，他们安装了万向在该基地这虽然增加了它的工作，它证明了这个 论文 ，即全球刚度是不充分探讨。事实上 ， 这是比当年的结构给出 的更糟 。 由于平台的机制有三个 自由度只有三个国家的六个坐标的平台 ， 是独立的。在这份研究报告中，独立坐标系，被选为 而 由于这个机制是用来约束左右旋转 Z 轴与翻译沿着 X 和 Y 轴， 和第四站是隶属两个中心的基地和平台 我们可以得到方向的月台，具体规定了联合角度 它更准确地反映了旋转的平台。 直角坐标的平台所提供的点的位置 p 对于以固定支架，和定位平台 (定位架 于以固定帧 ) 代表联合角度的第四站 由矩阵 q。 3 如果坐标点 动人的参 照系代表 (直观 ; 坐标点必在固定框是由载体毕 ; 然后 对于 1， 。 。 。 ， 4 个 ; 我们 有 此处 固定坐标系的坐标的定义 P 是位置向量点 P，在固定框上面界定。 我们可以写 如果 q 是旋转矩阵相应的政策取向的平台，对机器人方面 基地的坐标。旋转矩阵可以写为 2293个联合角度的第四站 。 本矩阵 可 以写为 然后我们有 体 方 (2)，我们得出 同时欧几里德范双方 (5)，我们可以从中 其中 R 是长度的 第 I 脚 ，即价值的 第 i 联合协调。 解决的三自由度平台所以完成。 3、 型 :机制 链接 。 说明配置的被动 脚 。从图 2,我们可把 数见表 1。 随着 上指标 ， 我们可以得到运动学模型。 运动链 可以说是一个系列机械臂。运动学系列机器人组成的关系研究关节变量和笛卡尔的变数。 一 合可以用两个正交的转动，在这起案件。 4 被动下肢僵硬的联系 表 1 生参 数的被动制约下肢僵硬链接 对静态链，我们有速度方程 哪里 而 阵的第四站的机制 以表示为 3 2 速度方程 q(六 )关于时间，我们的速度方程为 凡 矢量 P 和 T 的联合速度及扭曲的平台定义为 5 此外，矩阵 A 和 B 被定义为 a 是一种载体六个组成部分，它可以表示为 Q 和 A，分别是关于矩阵旋转 为一个方向吻合，所以 和载体连接的起源与 指示由前者向后者。推导关系笛卡尔速度和联合率 ，从而完成。 3、 3 遵守型号 在这一节，速度方程式在上一节被用来获取 运动静力学模型 的机制与僵化的联系。 根据虚功原理，我们有 其中 S 是一个向量的驱动力，在每个 促使 联合和 W 是扳手 (扭矩 和部队 )的应用平台，而这是假设无 重力的力量 法对任何中级联系。 我们有 其中 N 和 F，分别对外扭矩和作用力的平台。 关于 (10)，而代之以在 (注 16)，我们得到 现在，代 (七 )为 (注 17)，我们有 后者方程必须满足任意值 _此 ， 我们可以写 6 后者涉及方程的驱动力量直角扳手， w 适用于末 端的静态模式。由于各个环节都假定僵化履约的机制将会引起完全遵守器 。 一个器度矩阵 C 是因此定义为 其中 S 是一个向量 促使 联合部队和 人工关节置换术。矩阵 C 是 (3)对角线 其 促使结合点转移 是遵守有关 。 现在， 9)可以写成 而替代 0)到 1)导致 另外，对于一个小位移矢量 (10)可以写成 如果 载体小直角位移及旋转定义为 其中达丰 变化的方向，定义为 当 变异的方向和 向量线性不变的基理。 同样， )也可以写 ，变形小，由于 在现场是一个向量细微变化的联合坐标的制约代 3)到 2)，我们得到 方 7)二代 (26)到 (注 27)，我们得到， 然后， 方 (28)由 ; 我们获得 最后， 方 9)由 我们获得 7 因此，我们获得了笛卡尔遵矩阵 对于 凡 对称半正定 (6)矩阵 ， 是意料之中的事。在下面我们将利用 对角线 矩阵 习遵守这个机制的直角方向。 4、运动静力学模型 :机制的审议与 连接 灵活性 在这一部分，一部分为所有三个相同的 脚 是一样的刚性部分。我们只需要研究 特殊的脚 与 有效的结合点 。 4、 1 雅可比矩阵的被动 脚 从图 3，我们可以得到 数如表 2。 随着 上指标，可以求得运动学 模型 一样提到 3。 1 节。 4、 2 雅可比行列式函数行列式 矩阵 运动链 可以说是一个系列机器人 和运动学系列机器人组成的关系研究 。 表格 2 生参数为被动脚考虑柔性 8 联合 变数和笛卡尔的变数。一 键点 ， 在这起案件 取而代之的是两个正交的转动 。 用于消极的腿 我们有速度的方程用同样的方法，在第 27 刚性联系。 哪里 而 雅可比行列式函数行列式 矩阵的被动腿部的机制可表示为 其中 E 是一个单位向量， R 为载体连接的起源框问题的由来该平台构架。 4、 3 刚度模型脚架柔性连接 根据虚功原理 ， 人们可以 写 其中 动腿 )和 载体的关节力矩的制约腿。这个矢量如下界定，凡 刚度阵的牵制 脚 如 是僵硬的 虚拟接头引进帐户灵活的环节 制约腿。结构的制约腿包括虚拟关节是代表 化的 有效的弹力 乃使用 结构正确 的柔性连接所示 8。 从 10)和 (33)， 36)可以写成 9 既然这个公式适用于任何价值的笔，我们可以写出 它可以写成 凡 一个 (3)对角线 刚度矩阵为驱动的关节。 使用的运动方程 ， 我们可以写， 这是从形式 这里， K 是笛卡尔刚度矩阵，它等于 凡 阵制约腿在这三脚架，而 A 和 B 是雅可比矩阵结构的制约 脚 。矩阵 K 是一个对称 (6)半正定矩阵，是意料之中的事。 然而，在这种情况下，矩阵 K 将满秩非奇异的配置。 事实上，这两笔条款 (44)将跨度完整的空间约束扳手。 10 演化刚度为 2293、 所有其他方向常数 ):(一 )刚度 (二 )刚度 x; 及 (三 )刚度 y。 5、 实施 11 基于刚度模型 其中一个例子是，现在来说明效果柔性连接 (虚拟节点 )的并行机制。 谈到 1，参数用这个例子给出 凡 动刚度， 半径的移动平台和基础平台，分别。 参数的范围为 5、 1 刚度演进及比较 我们实行上述 式既灵活案件和僵硬的情况 。 一个计划已经写了 度和趋势，得到各方面的变化 。 连僵硬。 显示与改善连接刚度，机制的刚性与柔性正在成为一个常数 ; 这表明 ， 我们可以假定有灵活的机制僵化，只有连接刚度达到某个 高价值。 它也验证了该式。对比机制僵化连结 (无虚缝 )和机制灵活的联系 (有效的结合点 ) 列于表 3。 笛卡尔遵每个方向给出一个参考的配置机制，为逐步增加值的连接刚度。如上所述， 按照 在本表中报告的 对角线 的 遵矩阵给予 31) 表 3 显示了完全一致的结果，如上图 4 这表明，效果连接的灵活性是非常重要的，也是不容忽视的。 这显然是解释 4，如果应用到工业机器的 工具箱 介绍 。 5、 2、 遵守映象 上述分析，现在被用于获取遵映象。 他们得出某一段的 工作空间 的平台。 产后初始值以上，遵绘制可以得到如图。 5 从这样的情节，我们可以决定哪些地区的 工作空间 能满足某些符合标准。 遵映射是非常有用的工具，路径规划，例如 : 相同的刀具路径，在不同的工作领域， 我们可以比较僵硬的基础上，遵守测绘最大化刚度和减 少变异僵硬。在南半球。 5(一 )与 (二 )，扭转的满足 进而在 ，并辅以都是对称。在 (d)，刚度 表格 3 笛卡尔遵脚架柔性连接和刚性连接 12 5 遵守映象脚架与被动连接 (所有长度单位米 ):(一 )遵守 ); (二 )遵守 ); (三 )遵守 ); (四 )遵守 z(m/n)。 z 高，近中心的工作，这是最好的位置，支持 垂直载荷 。 这是因为经济的结构选择 该计划旨在支持重物的环境下重力是形迹沿负方向的 Z 轴。 所有这些都是按照什么是直觉想象。 5、 3、 设计 协会排列 我们可以找到全球刚度全方位为 2293刚度和连接刚度 (被促使和 被动制约 52。 8%)，它们 13 凡嘉代动刚度， 表 度被动的腿在 x， Y 和 成弯曲和扭转 ( 与表情，下列设计准则可以作为参考设计这样的机制 : 1. 刚度 成正比的动刚度和没有关系的僵化 被动的腿。 2. 2。 刚度的被动腿沿着 X 和 Y 轴， 发挥同样的功能，限制了运动的平台上沿着 X 和 Y; 即 抗扭刚度 的被动站周围的 Z 轴， 发挥功能的极限旋转的平台，围绕 Z 轴。 3. 从表达以上 人们可以找到， 495 沿 Z 轴是世界上最大的一各方向，是 为该 对称 的结构。 4。据观察， 得无限而灵活的联系变得更加僵硬。 这相当于提案阻止了被动的 脚 。 对于 模型 我们还可以探讨刚度被动的腿 假设弯曲刚度被动的腿在 X 和Y 方向是 100， 000 牛顿 /米和 扭转 刚度的被动腿 100， 000于刚度模型，不难得出以下的结果 ， 对被动 脚 下的研究 : 其结果是相当合理的，因为周围栽 X 和 Y 是纯轮换 扭转刚度在这两大方向是 0。 据观 察，有被动的腿 刚度在 X 和 Y 增加了 10 倍的刚度被动的腿。与此同时，我们计算了僵硬的腿被动的格局中，万向节安装在移动平台。具有相同刚度和扭转刚度，我们已获得了下列资料 : 如在优化， 传统 离子的方法是使用本地搜索的收敛分步进行的程序 (如梯度 性，和连续性 )，其中比较价值观下站移师相对最佳点。 14 全球 字体 可以发现只有当问题具有适当凸性质，基本上保证任何局部优化 是一个全球最优。 传统的方法查 字体 点安装，很容易陷入局部最优值点。 遗传算法方法搜索最佳点，从种群到种群。因此，这是更 有效地找出最佳点。 因此，遗传算法 (气 ) 9选定的案例。我们运用了 传统的 术语 (均值和标准差 )进行了优化设计， 这是能评价刚度比 工作空间 而非某一配置。 为了 正确的使用气 ，几个参数设置要确定，他们是 :染色体上的代表性 ，选择功能，遗传操作，建立了人口规模，突变率，交叉率和评价的职能。他们中有详细说明如下 : 染色体代表性 :这是一个基本问题进行的遗传代表性 ; 它是用来描述每种 个体 人口计算的利息。 这个问题在这里念书，染色体组成的结构参数 (坐标的附着点 坐标的移动平台，顶点分布在基地和移动平台上，平台高度， e 而性能参数 (动刚度，动刚度的联系等 )的机制。 选择功能 :这一步是一个关键的程序产生的后代。它决定哪些个体将生存下来，继续传递给下一代。 在论文中，轮盘赌方式。 遗传操作 :经营者被用来制造新的儿童基于当前一代的人口。基本上，有两种类型的操作 :交叉和变异。 交叉 需两个个人而产生两个新个体突变而改变一个人产生一个新的解决方案。 人口规模 :人口占了多少个人或染色体的人口。 基因突变率为 :突变率是指按一定比例的 总的数字 基因的人口 ; 它确定概率的突变会发生。 最好的突变率是应用依赖性，但对于大多数应用 它介于 0。 001 至 0。 1。在个案研究，突变率设定为 0。 1。 交叉率 :最佳交叉 运用随即 率，但对于大多数应用它介于 0023。 80 和 0。 95。 为案例研究，交叉率为 00。 85%。 评价职能 : 评价职能是受该 小限度的需求 的功能，能够绘制人口变成一个偏序集。 对这个问题进行研究，包括染色体的结构参数 常和 z 进行优化设计， 凡 半径的移动平台 ; 半径的基础平台 ; z 是高度的平台。 其范围是 :55; 10 厘米 ; 2; 14 厘米 ; 和 6 人 ; 70 厘米 : 其他一 些遗传参数设定为 P4000; 这里 为了获取最大的刚性，每个方向，可以写出目标函数最大化。 目标函数是作 凡 i1; 。 ; 6)代表该 对角线基础 对机器人的刚度矩阵 ; 李(i1; 。 ; 6)体重因素，每个 方向的硬度 ， 它刻画的优先刚度这个方向努力。 这将最大限度地概括了对角线元素。 虽然不能最大限度每个角元件分别，总是可以优化每个刚度分配加权因素。 目标函数的最大化，为了寻1
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