基于有限元的3_RPS并联机构结构特性研究

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自动钻铆技术是航空制造领域应自动化装配需要而发展起来的一项先进制造技术,针对其实用化的研究属于前沿课题。   本文介绍了一种融合并联机构的新型自动钻铆系统,并以其中的自动钻铆机托架-3_RPS并联机构托架为研究对象,在运动学、有限元建模、静动态特性及结构改进等方面对其进行了研究和探讨,具体包括以下主要内容:   (1)叙述了本次3_RPS并联机构的研究背景,回顾了并联机构的发展及应用。分析了并联机构实用化过程中遇到的问题,并提出本文拟采取的解决办法。   (2)介绍了3_RPS并联机构的组成及其应用,给定该并联机构的位姿描述方式,建立了基于输出参数的机构位置反解方程,选取了动平台工作空间中的15个典型位姿并求解。对3_RPS并联机构有限元模型的建立过程进行了研究,在实体模型简化及机构各铰接刚度的处理上进行了讨论,建立了精确的有限元分析模型。   (3)在建立的有限元模型基础上,对并联机构进行了静力特性分析,校核在工作载荷下,各零部件强度和刚度情况。寻求理想的铰接一直是并联机构的关键也是难点问题,本文借助有限元仿真分析手段,对一种改进型支链和改进球铰的优劣进行了评价。计算在15个位姿下的轴向刚度和扭转刚度情况,得出并联机构静刚度的空间分布规律,从而可以避开机构刚度的薄弱环节,提高加工的精度。   (4)运用有限元软件动态特性分析功能,计算并联机构在4个典型位姿下的各阶固有频率和振型,找出结构上的薄弱环节,并总结并联机构的动态特性。对并联机构在初始位姿工作时的谐响应问题进行了分析,找出并联机构在工作中应该避开的激励频率。   (5)根据静、动态有限元分析结果,以有限元动态特性分析为手段,对并联机构进行结构改进尝试。通过对单个零部件及整机的改进,比较各次改进对频率的影响,并最终得到较为理想的机型,为该新型自动钻铆系统的产业化和实用化铺平了道路。
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