大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖
大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含12張CAD圖,大型,設(shè)備,裝備,動(dòng)力裝置,減速,裝置,對(duì)接,平臺(tái),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),12,十二,cad
附錄一:外文翻譯
一臺(tái)帶有滑塊曲柄和螺桿機(jī)構(gòu)變速機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特色設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)現(xiàn)有機(jī)制的可變輸入速度可以提高機(jī)器的輸出動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)特性。基于這個(gè)概念,本文提出了一種方法以提高復(fù)合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性。它開(kāi)始衍生出一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)合機(jī)理的分析模型。帶有控制點(diǎn)的 Bezier 功能被用來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)合機(jī)構(gòu)的可變?nèi)?;控制點(diǎn)和該復(fù)合機(jī)制的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力特性是在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱通過(guò)求解最優(yōu)函數(shù)來(lái)確定的。另外,建議方法由兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明。結(jié)果表明現(xiàn)存機(jī)器的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力特性可以通過(guò)設(shè)計(jì)帶有貝塞爾功能的可變輸入速度來(lái)改進(jìn)。
關(guān)鍵詞:可變輸入速度; 復(fù)合機(jī)制;運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性;
1 引言
傳統(tǒng)上,工程師以恒定的輸入速度設(shè)計(jì)現(xiàn)有機(jī)制的輸出特性。如果所需的輸出不同,則應(yīng)重新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的尺寸。為達(dá)到此目的,但不修改幾何尺寸的現(xiàn)有機(jī)制的一種替代方法。是為原來(lái)的機(jī)制設(shè)計(jì)可變輸入速度。
關(guān)于變量輸入速度的概念的應(yīng)用程序,可追溯到由 Rothbart 設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)[1],其中
Whitworth 急回機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化可變輸入速度到凸輪。Tesar 和 Matthew [2]運(yùn)動(dòng)方程用于基于可變凸輪轉(zhuǎn)速概念的凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)。Yan et al [3-6]開(kāi)發(fā)了具有可變輸入速度系統(tǒng)的方法用于改善凸輪從動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),如消除跟隨運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)性和低峰值。Van de Straete 和 De Schutter [7]提出了一種凸輪機(jī)構(gòu)帶有恒速電機(jī)和伺服電機(jī),由差速驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。作為其電源輸入,用于靈活地修改輸出運(yùn)動(dòng)。姚等人 [8-13]應(yīng)用了最優(yōu)控制理論以提高輸出運(yùn)動(dòng)的凸輪速度和減少跟隨器的殘余振動(dòng)。后來(lái),可變輸入速度也適用于處理其他種類(lèi)的機(jī)制。Kaplan 和 Rao [14]制定了一個(gè)可變輸入速度機(jī)制作為多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。閻和陳[15-17]設(shè)計(jì)了滑塊 - 曲柄機(jī)構(gòu)輸入速度功能,Watt 型壓力機(jī)和 Stephenson 形成這些機(jī)制近似于所需的功能輸出軌跡。Liu et al [18]設(shè)計(jì)了一個(gè)用于降低滾珠絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的峰值加速度的多項(xiàng)式速度函數(shù)。閻和宋[19-22]開(kāi)發(fā)了對(duì)于四桿連桿的可變輸入速度的設(shè)計(jì)方法以獲得預(yù)期的輸出運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)平衡性能。姚等人 [23,24]提出一種通過(guò)改變輸入的速度功能鏈接來(lái)最小化驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和振動(dòng)力矩的四桿聯(lián)動(dòng)方法。Yan 和 Yan [25]開(kāi)發(fā)了一種用于具有可變輸入速度的四桿連桿綜合設(shè)計(jì)方法以降低峰值振動(dòng)力和力矩的值,以提高性能的跟蹤速度軌跡,并盡量減少電機(jī)功率耗散。
基于上述研究結(jié)果,顯而易見(jiàn)現(xiàn)有機(jī)器的輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性由機(jī)構(gòu)的配置和輸入決定。一般來(lái)說(shuō),如果一種現(xiàn)有設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性需要被改進(jìn)為在恒速輸入;然后,原始機(jī)制的尺寸也需要變。但是 Rothbart [1]提出的使用另一種機(jī)制的辦法推動(dòng)現(xiàn)有機(jī)制改善原有機(jī)制的機(jī)制。Yan 等提出的其他方法[3-6,8-13,15-18,20-25]通過(guò)設(shè)計(jì)提高產(chǎn)量直接變速輸入,而不改變尺寸的相同的機(jī)制。本研究的目的是開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)一個(gè)具有滑塊式機(jī)構(gòu)和螺絲機(jī)構(gòu)復(fù)合機(jī)制的可變輸入速度的模型用
于提高復(fù)合機(jī)制的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性來(lái)滿(mǎn)足所需的約束。這里,貝塞爾曲線(xiàn)[26]是
用于設(shè)計(jì)復(fù)合機(jī)構(gòu)的輸入速度功能以提高這種復(fù)合機(jī)理的輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特征。兩個(gè)被提出來(lái)的設(shè)計(jì)實(shí)例來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程。
2. 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)分析
考慮具有滑塊式機(jī)構(gòu)和螺桿機(jī)構(gòu)復(fù)合機(jī)制,如圖 1 所示,滑塊曲柄機(jī)構(gòu)的輸入和輸出是曲柄和滑塊(架);螺絲機(jī)構(gòu)的輸入和輸出分別是小齒輪(螺絲)和從動(dòng)件;和機(jī)架驅(qū)動(dòng)小齒輪?;瑝K - 曲柄機(jī)構(gòu)如圖 2 所示?;瑝K的位移表示為 r4,速度表示為 v4 和加速度表示為 a4。
大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
¢ ¢
¢
其中f4 和f4 是運(yùn)動(dòng)系數(shù)和它的一階導(dǎo)數(shù)。曲柄 2 的角速度w2 和角加速度w2 是曲柄角位移q2
的一階和二階導(dǎo)數(shù),角位移q5 ,角速度w5 ,螺旋物的角加速度w5
可以表示為:
其中 rg 是小齒輪的半徑,Dr4 是位移 r4 的變化。 修正正弦加速度運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)為應(yīng)用于設(shè)計(jì)螺桿
5 的位置,位移 s6,跟隨器 6 的速度 v6 和加速度 a6 表示為:
圖一 復(fù)合機(jī)制
圖二 滑塊 - 曲柄機(jī)構(gòu)的環(huán)向量其中 b 和 h 分別是在時(shí)段 s 期間螺桿 5 的角行程和行程跟隨者 6。
顯然, 曲柄 2 的角位移q2(t )是時(shí)間 t 的一個(gè)功能, g = 2p 曲柄 2 的角行程是在相同時(shí)間
段t 的角行程。然后,歸一化時(shí)間 T 和標(biāo)準(zhǔn)化曲柄 2 的角位移q2(T )被定義為 T =t/t ,q2 =q2 / g 。因此 0≤T≤1,0≤q2(T )≤1。此外,歸一化加速度是:
W2(T )=dQ2(T ) / dT
= (t
/ g )w2 ;
歸一化角加速度是W (T )=d 2Q (T ) / dT 2 = (t 2 / g )w
。當(dāng)確定角速度時(shí);復(fù)合機(jī)制的運(yùn)
2 2 2
動(dòng)特性將通過(guò)應(yīng)用方程式(1)–(15)來(lái)計(jì)算。
應(yīng)用牛頓第二定律來(lái)鏈接產(chǎn)生 20 個(gè)方程。輸入轉(zhuǎn)矩 M2 可以通過(guò) 20 個(gè)方程計(jì)算。搖晃的時(shí)刻,在框架上的復(fù)合機(jī)制,可以表示為:
的鏈接 i 其中 rOi 是向量從點(diǎn) O 到質(zhì)心。
3.貝塞爾曲線(xiàn)
貝塞爾曲線(xiàn)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形模型中光滑的曲線(xiàn)。Winkel [26]指出,伯恩斯坦多項(xiàng)式和貝塞爾曲線(xiàn)是至關(guān)重要的計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)。因此,這項(xiàng)工作使用這些基本功能來(lái)設(shè)計(jì)歸一化的曲
柄 2 輸入角速度W2(T )。n 度貝塞爾函數(shù)是 n 階可微分連續(xù)曲線(xiàn),其形狀由 n 個(gè)受控點(diǎn)控制。除了高分辨率的連續(xù)性,貝塞爾功能還提供了足夠的各種曲線(xiàn)圖輸入速度功能。歸一化的輸入角速度
W2(T )可以用 n 度貝塞爾函數(shù)表示:
其中 Pi,0≤i≤ n + 1 是 Bezier 功能的第 i 個(gè)控制點(diǎn),Bi, n (T)是伯恩斯坦多項(xiàng)式。
通過(guò)整合表達(dá)式W2(T ),等式(17),對(duì)于 T,然后進(jìn)行歸一化輸入角位移Q2(T )可以被派生為:
其中伯恩斯坦多項(xiàng)式的積分可以由其導(dǎo)出使用部件集成的方法。
對(duì)于歸一化輸入角位移,初始?xì)w一化輸入角位移為零, Q2(0) =
0 ,最終歸一化輸入角位移為
一, Q2(1) = 1。將這兩個(gè)要素代入方程 (19)
由于貝塞爾曲線(xiàn)是 n 階微分,歸一化輸入角加速度, Q2(T ),可以通過(guò)微分得出。歸一化輸入
角速度Q2(T ),相對(duì)于 T 為
其中:
4.設(shè)計(jì)實(shí)例
這項(xiàng)工作使用貝塞爾曲線(xiàn)作為,復(fù)合機(jī)制的變速輸入,以提高復(fù)合機(jī)制的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這種改善可以被制定為受到設(shè)計(jì)師提出的一些設(shè)計(jì)約束一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。最佳設(shè)計(jì)結(jié)果可以通過(guò)求解函數(shù)找到。
圖三 示例 1 的運(yùn)動(dòng)特性:(a)曲柄運(yùn)動(dòng)特性和(b)跟隨器運(yùn)動(dòng)特性
大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
“fmincon”在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中。函數(shù) fmincon 可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)應(yīng)用順序二次編程
(SQP)算法的局部最小值。設(shè)計(jì)過(guò)程由如下兩個(gè)例子說(shuō)明。例 1
如果從動(dòng)件 6 的運(yùn)動(dòng)特性是用應(yīng)用變速輸入改進(jìn),目標(biāo)函數(shù)可以表示為兩個(gè)比率的總和:一個(gè)是均方根比;另一個(gè)是波動(dòng)比。對(duì)于該示例,優(yōu)化結(jié)果與恒定輸入結(jié)果的比率是[a6b]/[a6]。目標(biāo)函數(shù)必須最小化并可以表達(dá)為
受制于以下約束:
其中下標(biāo) b 表示優(yōu)化結(jié)果,下標(biāo) rms 表示均方根的結(jié)果,從動(dòng)件 6 是加速度 a6,ei(i=1,2,3,4,5)
是平等約束。方程(26)和(27)表明初始和最終的歸一化輸入
角位移分別為 0 和 1。方程(28)表明歸一化輸入角速度的邊界條件必須相等。類(lèi)似地,
(29)歸一化輸入角加速度的邊界條件必須相等。這些邊界條件使曲柄的運(yùn)動(dòng)連續(xù)。方程(30)顯示了控制點(diǎn)的極限; 這個(gè)也在等式(21)。復(fù)合機(jī)理的相關(guān)規(guī)范列于表 1。
平均輸入速度為 200rpm,即正常化時(shí)間 T 和時(shí)間 t 的范圍分別為:0≤T≤1 和 0≤ t≤ 0.3s。使用十階 Bezier 曲線(xiàn)作為歸一化輸入角速度。有 11 個(gè)控制點(diǎn),它可以作為設(shè)計(jì)變量。這項(xiàng)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量:P0,P1,...,P10 分別為1.1250,1.1250,0.5000,0.5000, 1.5000, 1.5000, 1.5000, 0.5000, 0.5000, 1.1250, and1.1250。角位移,
速度和曲柄加速度,由設(shè)計(jì)變量確定,如圖圖 3(a)。從動(dòng)件 6 的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)特性如圖 3(b)。圖3 也顯示了相應(yīng)的恒速輸入特性。
設(shè)計(jì)結(jié)果表明,從動(dòng)件 6 速度的峰值和加速度會(huì)被應(yīng)用變量輸入減少。實(shí)施例 1 的特點(diǎn)的比較
展示于表 2 中。
例 2
如果從動(dòng)件 6 的運(yùn)動(dòng)特性和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩特性用應(yīng)用變速輸入改進(jìn),目標(biāo)函數(shù)可以表示為四個(gè)比率的總和:兩個(gè)是均方根比,而其他兩個(gè)是波動(dòng)比。對(duì)于這個(gè)例子,優(yōu)化結(jié)果至恒定輸入結(jié)
果為[a6b]/[a6]和[M2b]/[M2]。目標(biāo)函數(shù)必須最小化并可以表達(dá)為
受限于公式(26) - (31),其中下標(biāo) b 表示優(yōu)化結(jié)果,下標(biāo) rms 表示結(jié)果均方根,下標(biāo) flu 表示造成的結(jié)果,M2 是曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩。平均輸入速度為 200 rpm。十階 Bezier 曲線(xiàn)用于表示歸一化的輸入角速度。有是 11 個(gè)控制點(diǎn),可以用作設(shè)計(jì)變量。這項(xiàng)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能來(lái)確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量。P0,P1,...,
P10 為 1.0234,1.0234,0.5000,0.7032,1.5000,1.5000,1.5000,分別為 0.7032,0.5000,1.0234 和
1.0234。曲柄的角位移,速度和加速度 2 由設(shè)計(jì)變量確定,如圖 4(a)所示。從動(dòng)件 6 的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)特性和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩如圖 4(b)和 5。圖 4 和圖 5 也示出了常數(shù) - 速度輸入。設(shè)計(jì)結(jié)果表明,速度的峰值和從動(dòng)件 6 的加速度和曲柄 2 的輸入轉(zhuǎn)矩可以通過(guò)應(yīng)用變速輸入減小。
和例 2 的特點(diǎn)的比較列在表 3 中。概要。
根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)例的結(jié)果,這項(xiàng)工作提出以下結(jié)論:
(1)現(xiàn)有的機(jī)制運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性的改善可以通過(guò)變速輸入的 應(yīng)用提出的方法實(shí)現(xiàn)。
(2)研究復(fù)合機(jī)制的鏈路長(zhǎng)度 r1(圖 2 和表 1)等于零; 滑塊和跟隨器的運(yùn)動(dòng)特性是對(duì)稱(chēng)的。獲得控制點(diǎn)的價(jià)值遵循相同的模式。他們是對(duì)稱(chēng)的,并具有相同的重復(fù)。
(3)方程(25)和(32)是多目標(biāo)函數(shù)包含一些子目標(biāo)函數(shù)。事實(shí)上,當(dāng)采用多目標(biāo)函數(shù)時(shí),如何確定對(duì)于每個(gè)子目標(biāo)合適的權(quán)重,總是有一個(gè)問(wèn)題。合適的權(quán)重的確定取決于設(shè)計(jì)師提出要求。為了簡(jiǎn)單的討論,這項(xiàng)工作使得在等式 (25)和(32 每個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重等于 1。
(4)這個(gè)工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中函數(shù) fmincon 確定最優(yōu)設(shè)計(jì)變量 P0, P1,...,P10。功能 fmincon 可以依靠應(yīng)用 SQP 算法的局部最小值實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)這項(xiàng)工作的最佳設(shè)計(jì)結(jié)果可能是本地化的。
5 結(jié)論
基于可變輸入速度的設(shè)計(jì),這項(xiàng)工作提出了一種用于改善復(fù)合機(jī)制的輸出運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性的方法。導(dǎo)出機(jī)制的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)特性的分析模型。貝塞爾函數(shù)用于設(shè)計(jì)可變輸入速度,以及復(fù)合機(jī)理的局部最優(yōu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)態(tài)特性的確定。最后,所提出的方法由兩個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明。結(jié)果表明復(fù)合機(jī)制的輸出動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)特性通過(guò)使用貝塞爾函數(shù)設(shè)計(jì)可變輸入速度的軌跡得到改進(jìn)。
附錄二:翻譯原文
大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
任務(wù)書(shū)
論文(設(shè)計(jì))題目:大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
工作日期:2016年12月12日 ~ 2017年05月26日
1.選題依據(jù):
以解決大型動(dòng)力與減速裝置裝配的對(duì)接調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),展開(kāi)對(duì)接平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作,在平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中鍛煉學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。且該課題具有工程實(shí)際背景,結(jié)合我校畢業(yè)生培養(yǎng)計(jì)劃,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)思路及相關(guān)理論的實(shí)際運(yùn)用
,有利于理論與實(shí)踐的結(jié)合。
2.論文要求(設(shè)計(jì)參數(shù)):
1)平臺(tái)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置的可靠固定,兩者的支撐固定應(yīng)能相對(duì)獨(dú)立運(yùn) 動(dòng),以滿(mǎn)足對(duì)中要求,
2)基座最大承重: 8t
3)基座初始高度距離安裝臺(tái)表面為300mm ,可向上調(diào)整至600mm,且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中任意位置可閉鎖 。調(diào)整精度為±10mm。
4)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)高度可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有 標(biāo)尺指示 。
調(diào) 整 范 圍 :±100mm 調(diào) 整 精 度 ±0.1mm 6)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)縱向可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有
標(biāo)尺指示。
調(diào) 整 范 圍 :0mm~300mm 調(diào) 整 精 度 ±0.1mm 7)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)橫向可調(diào),調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有
標(biāo)尺指示。
調(diào) 整 范 圍 :±100mm 調(diào) 整 精 度 ±0.1mm 8)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)傳動(dòng)裝置角度可調(diào) ,調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。旋轉(zhuǎn)調(diào)整范圍:±5°調(diào)整精度±0.1°
9)基座外廓尺寸 ≤3m×2.5m
3.個(gè)人工作重點(diǎn):
1)裝配平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):橫向、縱向、高度方向調(diào)整結(jié)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)
2)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)選用計(jì)算:導(dǎo)軌選用的相關(guān)計(jì)算
3)關(guān)鍵部件強(qiáng)度及剛度校核:橫向、縱向、升降滑臺(tái)以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)等的校核
4.時(shí)間安排及應(yīng)完成的工作:
第1周:熟悉題目,明確任務(wù),查閱相關(guān)資料第2周:對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)
第3周:擬定工作內(nèi)容與初步設(shè)計(jì)方案第4周:撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告,進(jìn)行開(kāi)題
第5周:完成整體方案構(gòu)型設(shè)計(jì) 第6周:完成相關(guān)校核計(jì)算與修正
第7周:根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行高度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
第8周:根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行橫向與縱向相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第9周:根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)角度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
第10周:進(jìn)行其它相關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),完成裝配圖,進(jìn)行必要的校核計(jì)算 第11周:對(duì)主要零件進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),完成零件圖
第12周:整理相關(guān)設(shè)計(jì)資料,撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)第13周:完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)初稿
第14周:修改完善說(shuō)明書(shū),完成英文資料翻譯第15周:修改完善說(shuō)明書(shū)
第16周:做PPT,準(zhǔn)備答辯相關(guān)材料
5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn):
1)一種大型設(shè)備多自由度自動(dòng)對(duì)接方法,周召發(fā), 黃先祥, 強(qiáng)寶民,《光電工程》 2005年
6期
2)一種混聯(lián)精密裝校平臺(tái)的設(shè)計(jì)與分析,謝志江, 宋文軍, 劉小波, 倪衛(wèi),《機(jī)械設(shè)計(jì)》
2012年4期
3)滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副可動(dòng)結(jié)合部動(dòng)力學(xué)建模,毛寬民, 李斌, 謝波, 魏要強(qiáng),《華中科技大學(xué)學(xué) 報(bào) ( 自 然 科 學(xué) 版 ) 》 2008 年 8 期4)帶滾珠絲杠副的直線(xiàn)導(dǎo)軌結(jié)合部動(dòng)態(tài)剛度特性,蔣書(shū)運(yùn), 祝書(shū)龍,《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》
2010年1期
5)飛機(jī)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù),郭洪杰,《航空制造技術(shù)》 2013年13期
6)大型飛機(jī)部件數(shù)字化對(duì)接裝配技術(shù)研究,鄒冀華, 劉志存, 范玉青,《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)》 2007年7期
7)大尺度產(chǎn)品數(shù)字化智能對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)研究,文科, 杜福洲, 《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)》
2016年3期
8)狹長(zhǎng)盲視空間中精密止口柔順對(duì)接集成裝配裝置,何建國(guó), 吳祉群, 蒲潔, 吉方《組合機(jī)床 與 自 動(dòng) 化 加 工 技 術(shù) 》 2005 年 1 期9)基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度精密裝校平臺(tái)研究,宋文軍, 2012 - 重慶大學(xué):機(jī)械電子工程
10)一種新型的對(duì)接裝配裝置的設(shè)計(jì),劉勇, 蒲如平, 敬興久, 張華全 - 《機(jī)械工程師》
2001年11期
指導(dǎo)教師簽字:
XX
教研室主任意見(jiàn):
同意
簽字:XX 2016年12月11日
教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)意見(jiàn):
同意
簽字:XX 2016年12月11日 學(xué)院公章
一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計(jì))題目
大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置對(duì)接平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.研究領(lǐng)域
機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化——工程設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備動(dòng)力裝置與減速裝置的自動(dòng)機(jī)械對(duì)接, 在對(duì)接過(guò)程中保證對(duì)接的精度和效率。
3.論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
理論意義: 隨著大型現(xiàn)代化機(jī)械裝備在社會(huì)上的廣泛應(yīng)用, 規(guī)格較大的動(dòng)力與減速部件的裝配工作的問(wèn)題日益凸顯出來(lái)。由于裝配工作是一個(gè)頻度較高的工作, 人工操作效率低并且給人帶來(lái)了很大工作強(qiáng)度。所以要充分利用機(jī)械的優(yōu)越性, 可以大大的減少人的勞動(dòng)強(qiáng)度, 并且效率較高。鑒于對(duì)接條件的復(fù)雜性, 我們可以做出來(lái)多自由度的對(duì)接平臺(tái), 以適應(yīng)對(duì)接多種條件, 在設(shè)計(jì)過(guò)程中, 使用絲杠等構(gòu)件可以提高平臺(tái)的精度, 再附加上反饋設(shè)備, 可以減少對(duì)接時(shí)間。適應(yīng)了社會(huì)對(duì)機(jī)械對(duì)接平臺(tái)的大趨勢(shì), 為我國(guó)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
特別對(duì)于大型動(dòng)力與減速裝置的對(duì)接問(wèn)題是裝配過(guò)程中一個(gè)難點(diǎn), 由于對(duì)接處接口精度較高, 且對(duì)接的兩部件比較笨重, 調(diào)整過(guò)程往往采用人工手動(dòng)的方式調(diào)整, 且對(duì)接調(diào)整過(guò)程無(wú)實(shí)時(shí)反饋, 只能憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè), 耗時(shí)較長(zhǎng)。本課題旨在通過(guò)設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)反饋功能的對(duì)接平臺(tái), 達(dá)到提高對(duì)接精度與成功率, 節(jié)省調(diào)整時(shí)間的目的。
4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)在對(duì)接平臺(tái)有混聯(lián)六自由度精密裝校平臺(tái), 六自由度精密裝校平臺(tái)在整個(gè)下裝裝校系統(tǒng)中具有核心地位, 其六自由度末 端執(zhí)行器的位姿調(diào)整速度及調(diào)整精度直接影響到 LRu 模塊精確、可靠以及高效率的裝校 。六自由度位姿調(diào)整涉及到平臺(tái)的輸入與輸出關(guān)系, 平臺(tái)的輸出即六自由度位姿調(diào)整是實(shí)現(xiàn) LRU 模塊裝校的前提 。平臺(tái)的輸入是伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn),其中六自由度平臺(tái)的末端執(zhí)行器在空間的位置變化與伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)輸入存在一定的數(shù)學(xué)映射關(guān)系, 簡(jiǎn)稱(chēng)控制算法, 將這種控制算法以程序的形式輸入運(yùn)動(dòng)控制器,則通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器的控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)末端執(zhí)行器的可控調(diào)整。用運(yùn)動(dòng)學(xué)理論, 推導(dǎo)用于運(yùn)動(dòng)控制器控制的末端平臺(tái)位置逆解及正解、速度的正解與逆解, 構(gòu)建誤差模型并對(duì)末端平臺(tái)誤差作補(bǔ)償, 研究了傳感器反饋的閉環(huán)控制, 最終實(shí)現(xiàn)六自由度精密裝校平臺(tái)對(duì) LRU 模塊的可控精密自動(dòng)調(diào)整。
目前能對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行六自由度位姿調(diào)整的主要是并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)臺(tái), 簡(jiǎn)稱(chēng)
Stewan 運(yùn)動(dòng)平臺(tái), 在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi), 并聯(lián)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生以后, 并未引起時(shí)人們的足夠關(guān)注, 基于串聯(lián)機(jī)構(gòu)的串聯(lián)機(jī)器人占據(jù)主導(dǎo)地位, 主要是由于并聯(lián)結(jié)構(gòu)計(jì)算量大, 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及動(dòng)力學(xué)難度大, 并且位置有時(shí)還存在奇異性。然而串聯(lián)機(jī)構(gòu)由于自身的缺點(diǎn)無(wú)法克服, 在工業(yè)應(yīng)用上有一定的局限性, 隨著對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)不斷加深、一些理論問(wèn)題的解決及計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能增強(qiáng), 并聯(lián)機(jī)器人較串聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)得到凸
顯, 因此并聯(lián)機(jī)構(gòu)大大彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中存在的不足?;炻?lián)精密裝校平臺(tái)是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng), 涉及到并聯(lián)機(jī)構(gòu)的各類(lèi)知識(shí), 是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性的工程, 涉及到空間機(jī)構(gòu)、調(diào)平技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、先進(jìn)制造和精度設(shè)計(jì)等多項(xiàng)領(lǐng)域。
對(duì)于現(xiàn)代飛機(jī)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)涉及面向柔性裝配的數(shù)字化產(chǎn)品定義、裝配 T 藝規(guī)劃與仿真優(yōu)化、數(shù)字化柔性定位、自動(dòng)控制、先進(jìn)測(cè)量檢測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備, 是機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)。大部件對(duì)接柔性裝配: 裝配系統(tǒng)組成主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件等組成。大部件對(duì)接柔性裝配工裝的主要機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為 3 種形式:柱式結(jié)構(gòu)、塔式結(jié)構(gòu)和塔一柱混聯(lián)結(jié)構(gòu)。
自動(dòng)控制控制系統(tǒng)是飛機(jī)數(shù)字化裝配的大腦, 但是在飛機(jī)數(shù)字化裝配過(guò)程中, 與裝配相關(guān)的硬軟件系統(tǒng)眾多, 數(shù)據(jù)處理方式多樣, 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)、制孑 L 數(shù)據(jù)、連接數(shù)據(jù)等之間存在大量的交互與協(xié)調(diào), 而多系統(tǒng)集成控制技術(shù)便是實(shí)現(xiàn)交互與協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。誤差分析與優(yōu)化控制關(guān)鍵特征的數(shù)字化傳遞過(guò)程誤差是不可避免的, 主要包括測(cè)量系統(tǒng)誤差、定位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)誤差、零部件變形誤差和算法誤差等, 各因素之間是相互獨(dú)立的, 參照數(shù)據(jù)處理中的測(cè)量不確定度分析方法, 對(duì)上述誤差進(jìn)行分析與優(yōu)化控制。
大尺度產(chǎn)品數(shù)字化智能對(duì)接技術(shù)應(yīng)用綜合框架的基礎(chǔ)上,結(jié)合全局坐標(biāo)的位姿引導(dǎo)柔性裝配與六維力引導(dǎo)的柔順對(duì)接應(yīng)用模式。包括采用數(shù)字化測(cè)量系(激光跟蹤儀)、基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的調(diào)姿平臺(tái)、控制柜、力傳感器、集成控制平臺(tái)、固定平臺(tái)、裝配工裝。大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)已不單單是提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的手段, 而是新一代軍機(jī)制造不町缺少的必備技術(shù), 需要從產(chǎn)品定義開(kāi)始人手, 建立數(shù)字化柔性裝配技術(shù)體系, 貫通產(chǎn)品、T 藝、丁裝、裝配和檢測(cè)全過(guò)程。結(jié)合某型機(jī)大部件對(duì)接的 T 程實(shí)際應(yīng)用, 對(duì)數(shù)字量協(xié)調(diào)的 T 藝設(shè)計(jì)、面向飛機(jī)裝配的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)、柔性 T 裝,需要從大量的工程實(shí)踐中總結(jié)梳理成功的經(jīng)驗(yàn), 制定相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn), 完善技術(shù)體系。針對(duì)大部件自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)進(jìn)行了探討分析, 實(shí)現(xiàn)了柔性工裝、數(shù)字化測(cè)量檢測(cè)設(shè)備的協(xié)同規(guī)劃與管理,下一步應(yīng)對(duì)建立數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線(xiàn)相關(guān)技術(shù)展開(kāi)深入研究.實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的整個(gè)裝配過(guò)程的柔性化、自動(dòng)化。
與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比, 并聯(lián)機(jī)構(gòu)在剛度、承載能力、結(jié)構(gòu)、慣量、位置誤差、力反饋
控制及運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解等方面較串聯(lián)優(yōu)越; 但其自身也存在缺點(diǎn), 如運(yùn)動(dòng)學(xué)正解復(fù)雜、工作空間小、力誤差積累等。
二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題
對(duì)接的適應(yīng)性, 可以通過(guò)調(diào)整角度和位置自動(dòng)連接。
1)裝配平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì): 橫向、縱向、高度方向調(diào)整結(jié)構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)選用計(jì)算: 導(dǎo)軌選用的相關(guān)計(jì)算
3)關(guān)鍵部件強(qiáng)度及剛度校核: 橫向、縱向、升降滑臺(tái)以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)等的校核
2.擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路)
1)文獻(xiàn)閱讀, 發(fā)展現(xiàn)狀及文獻(xiàn)綜述
2)運(yùn)動(dòng)功能分解, 機(jī)構(gòu)選型, 確定總體方案
3)根據(jù)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成總體結(jié)構(gòu)布局, 進(jìn)行機(jī)體受力分析與剛度分析
4)完成各執(zhí)行機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì), 包括軸類(lèi), 箱體、基座等零部件的設(shè)計(jì)與校核
5)進(jìn)行導(dǎo)軌選型與尺寸綜合設(shè)計(jì)
6)進(jìn)行對(duì)接平臺(tái)的裝配圖和零件圖細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)
7)進(jìn)行機(jī)構(gòu)精度分析
3.本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果
1)最終可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型重載連接件的對(duì)接
2)確定基體的結(jié)構(gòu), 導(dǎo)軌位置 電機(jī)位置 絲杠位置
3)完成驅(qū)動(dòng)方案, 精準(zhǔn)對(duì)接位置
4)對(duì)薄弱點(diǎn)進(jìn)行力的分析, 確保安全可靠
5)確定各結(jié)構(gòu)的尺寸
6)完成對(duì)接平臺(tái)的裝配圖和零件圖
7)編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份
三、論文(設(shè)計(jì))工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線(xiàn)或設(shè)計(jì)參數(shù));設(shè)計(jì)參數(shù):
1)基座最大承重: 8t
2)基座初始高度距離安裝臺(tái)表面為 300mm , 可向上調(diào)整至 600mm, 且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中任意位置可閉鎖 。調(diào)整精度為±10mm 。
3)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)高度可調(diào), 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示 。調(diào)整范圍: ±100mm 調(diào)整精度±0.1mm
4)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)縱向可調(diào), 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào)整范圍: 0mm~300mm 調(diào)整精度±0.1mm
5)用于支撐傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)和支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)相對(duì)橫向可調(diào), 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。調(diào)整范圍: ±100mm 調(diào)整精度±0.1mm
6)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)傳動(dòng)裝置角度可調(diào) , 調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有標(biāo)尺指示。旋轉(zhuǎn)調(diào)整范圍: ±5°調(diào)整精度±0.1°
7)基座外廓尺寸 ≤3m×2.5m
技術(shù)路線(xiàn):
對(duì)接功能分析
機(jī)構(gòu)選型, 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
考 慮 運(yùn)動(dòng) 及 驅(qū)動(dòng) 方 式
執(zhí)行部分
底 基座 中間 連接部分 左 調(diào) 節(jié) z 向 右 調(diào)節(jié)x y 向及z 旋轉(zhuǎn)
結(jié)構(gòu)尺寸
不滿(mǎn)足
運(yùn)動(dòng)精度計(jì)算校核計(jì)算
滿(mǎn)足
畫(huà)零件圖 裝配圖
完善說(shuō)明書(shū)
2.論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周: 熟悉題目, 明確任務(wù), 查閱相關(guān)資料第 2 周: 對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)
第 3 周: 擬定工作內(nèi)容與初步設(shè)計(jì)方案第 4 周: 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告, 進(jìn)行開(kāi)題
第 5 周: 完成整體方案構(gòu)型設(shè)計(jì)第 6 周: 完成相關(guān)校核計(jì)算與修正
第 7 周: 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行高度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
第 8 周: 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行橫向與縱向相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第 9 周: 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)角度相對(duì)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
第 10 周: 進(jìn)行其它相關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì), 完成裝配圖, 進(jìn)行必要的校核計(jì)算第 11 周: 對(duì)主要零件進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì), 完成零件圖
第 12 周: 整理相關(guān)設(shè)計(jì)資料, 撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)第 13 周: 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)初稿
第 14 周: 修改完善說(shuō)明書(shū), 完成英文資料翻譯第 15 周: 修改完善說(shuō)明書(shū)
第 16 周: 做 PPT, 準(zhǔn)備答辯相關(guān)材料
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1]宋文軍.基于混聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度精密裝校平臺(tái)研究[D].重慶大學(xué):機(jī)械電子工程,2 012: 1-57.
[2]王軍鋒, 唐宏.伺服電機(jī)選型的原則和注意事項(xiàng)[J].裝備制造技術(shù), 2009,(11):
129-133.
[3]胡小文,龔發(fā)云,王選擇.絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性與誤差分析[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,24(4):10-15.
[4]付香梅.齒輪傳動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)性能比較與消隙機(jī)構(gòu)[J].煤礦機(jī)械, 2012,33(11):
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附: 文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
文獻(xiàn)綜述
摘要: 對(duì)接平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)裝配部件對(duì)接的機(jī)械設(shè)備, 在實(shí)現(xiàn)對(duì)接功能時(shí), 有一定的適應(yīng)性??烧{(diào)整自己的位姿, 應(yīng)對(duì)不同情況下的對(duì)接。其結(jié)構(gòu)主要是, 基座, 導(dǎo)軌, 中間結(jié)合部分和執(zhí)行部件(對(duì)接平臺(tái))。驅(qū)動(dòng)部分主要是伺服電機(jī), 絲杠, 渦輪蝸桿等傳動(dòng)??刂品矫婵梢酝ㄟ^(guò)光柵尺, 編碼器, PLC, 聯(lián)合作用保證對(duì)接的精度和自動(dòng)化。
關(guān)鍵詞: 對(duì)接平臺(tái), 伺服電機(jī), 滾動(dòng)絲杠, 導(dǎo)軌。
文獻(xiàn) 1 指出:現(xiàn)在比較廣為應(yīng)用的是六自由度精密裝校平臺(tái),目前能對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行六自由度位姿調(diào)整的主要是并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái), 簡(jiǎn)稱(chēng) Stewan 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。到目前為止, 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的樣機(jī)多種多樣, 包括多自由度的平面機(jī)構(gòu), 不同自由度的空間機(jī)構(gòu), 多種布置方式結(jié)構(gòu), 少自由度結(jié)構(gòu)以及超多自由度串并聯(lián)機(jī)構(gòu)。小型并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多輕載, 輸入多采用“伺服電機(jī)+滾動(dòng)絲杠+導(dǎo)軌”等方式實(shí)現(xiàn), 而大型重載并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入則主要采用電液伺服液壓缸驅(qū)動(dòng), 液壓伺服驅(qū)動(dòng)主要得益于其體積小、功率大、精度高、速度快等特點(diǎn)。該精密裝校平臺(tái)提出如下功能要求: ①一級(jí)提升功能。LRU 模塊在粗定位以后需要作一級(jí)提升。②調(diào)平功能。LRu 模塊粗定位完成以后,
LRu 模塊需要作調(diào)平調(diào)節(jié)。使 LRu 模塊盡量保證與潔凈廂平行。③平面對(duì)接功能。
LRu 模塊調(diào)平功能完成以后,需要與潔凈廂底端的卡槽自動(dòng)對(duì)接。為插入式安裝提供基礎(chǔ)性準(zhǔn)備。對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō), 機(jī)械結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)誤差以及驅(qū)動(dòng)輸入誤差是位姿輸出誤差的主要因素。①調(diào)平機(jī)構(gòu):幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差包括:上、下鉸點(diǎn)零件形位誤差,如: 上、下鉸點(diǎn)分度圓的半徑誤差, 角度分度誤差和安裝平面的平面度誤差; 上、下鉸點(diǎn)裝配誤差, 如: 鉸的間隙、支撐腿安裝誤差等, 調(diào)平機(jī)構(gòu)存在超靜定問(wèn)題, 為了使機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中有一定的柔性, 要求鉸點(diǎn)有一定的間隙, 所以間隙造成的誤差不可避免; 另外還有伺服電動(dòng)推缸的初始長(zhǎng)度誤差及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中自身的定位誤等。②對(duì)接機(jī)構(gòu)。導(dǎo)軌自身在基準(zhǔn)平臺(tái)上的安裝偏差。
伺服電機(jī)可使控制速度, 位置精度非常準(zhǔn)確, 可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制, 并能快速反應(yīng), 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中, 用作執(zhí)行元件, 且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線(xiàn)性度高、始動(dòng)電壓等特性, 可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi), 其主要特點(diǎn)是, 當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象, 轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服系統(tǒng)(servomechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來(lái)定位, 基本上可以這樣理解, 伺服電機(jī)接收到 1 個(gè)脈沖, 就會(huì)旋轉(zhuǎn) 1 個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度, 從而實(shí)現(xiàn)位移, 因?yàn)椋?伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能, 所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度, 都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖, 這樣, 和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng), 或者叫閉環(huán), 如此一來(lái), 系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī), 同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái), 這樣, 就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)精確的定位, 可以達(dá)到 0.001mm 。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, 調(diào)速范圍寬, 控制容易, 需要維護(hù), 但維護(hù)不方便(換碳刷), 產(chǎn)生電磁干擾, 對(duì)環(huán)境有要求高。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。對(duì)于它的選用, 文獻(xiàn) 2 指出: 步進(jìn)電機(jī)的比較(1)控制精度更高; (2)低頻特性好, 即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象(3)具有較強(qiáng)的速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力,最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 2—3 倍;
(4)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣.內(nèi)
部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán), 控制性能更為可靠: 因此, 伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)精度有較高要求的機(jī)械設(shè)備, 伺服電機(jī)選型的原則: 1 負(fù)載/電機(jī)慣量比正確沒(méi)定慣量比參數(shù)
是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前提, 伺服系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)在 1~3 倍負(fù)載電機(jī)慣量比下,系統(tǒng)會(huì)達(dá)到晟佳工作狀態(tài)。2 轉(zhuǎn)速電機(jī)選擇首先應(yīng)依據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的快速行程速度來(lái)計(jì)算, 快速行程的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi), 并應(yīng)在接近電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速的范圍使用, 以有效利用伺服電機(jī)的功率; 額定轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)速、允許瞬間轉(zhuǎn)速之問(wèn)的關(guān)系為: 允許瞬間轉(zhuǎn)速>最大轉(zhuǎn)速>額定轉(zhuǎn)速。3 轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須滿(mǎn)足實(shí)際需要, 但是不需要留有過(guò)多的余量, 因?yàn)橐话闱闆r下, 其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 3 倍。需要注意的是,連續(xù)工作的負(fù)載轉(zhuǎn)矩≤伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩, 機(jī)械系統(tǒng)所需要的最大轉(zhuǎn)矩<伺服電機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)力和對(duì)接平臺(tái)執(zhí)行部件要通過(guò)出動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn), 常用的有滾珠絲杠副和蝸輪蝸桿。
對(duì)于傳動(dòng)方面的問(wèn)題, 文獻(xiàn) 3 指出: 宏微雙重驅(qū)動(dòng)精密工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的要求.其中宏動(dòng)部分由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn).滾珠絲杠傳動(dòng)是傳統(tǒng)的精密驅(qū)動(dòng)方式, 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟, 成本低.但宏動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)中的一些非線(xiàn)性因素, 如滾珠絲杠螺母副間隙存在、彈性聯(lián)軸器的變形、導(dǎo)軌摩擦等, 對(duì)微運(yùn)動(dòng)特性的影響非常明顯, 制約了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度和定位精度的進(jìn)一步提高, 因而研究滾珠絲杠傳動(dòng)工作臺(tái)的微定位特性顯得尤為重要.宏動(dòng)部分系統(tǒng)主要有: 1)工作臺(tái)與光柵測(cè)量裝置組成的控制對(duì)象及位置測(cè)量系統(tǒng); 2)基于 FPGA 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng), 由電機(jī)控制模塊, 光柵計(jì)數(shù)模塊、與上位機(jī)通信的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口等組成.
1 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)滾珠絲杠傳動(dòng)效率高。摩擦小, 在伺服控制系統(tǒng)中采用滾動(dòng)螺旋傳動(dòng), 不僅提高傳動(dòng)效率, 而且可以減小啟動(dòng)力矩、顫動(dòng)及滯后時(shí)間, 但傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度不高, 尤其細(xì)長(zhǎng)的滾珠絲杠更是剛度的薄弱環(huán)節(jié).起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)能量的一部分要消耗在克服中間環(huán)節(jié)的彈性變形上, 彈性變形使系統(tǒng)的控制難度增加, 伺服性能下降。2 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)光柵檢測(cè)部分利用光柵的莫爾條紋測(cè)量位移, 需要
2 塊光柵:指示光柵和標(biāo)尺光柵.指示光柵與運(yùn)動(dòng)件連在一起,并與運(yùn)動(dòng)件一起運(yùn)動(dòng),
光源發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)透鏡后成為平行光束,垂直投向標(biāo)尺光柵.而 2 塊光柵迭合時(shí)就形成了莫爾條紋.光柵測(cè)量實(shí)質(zhì)上就是讀取相應(yīng)的柵線(xiàn)數(shù).
除了滾珠絲桿傳動(dòng)外, 還有其他傳動(dòng)方式, 例如渦輪蝸桿和齒輪傳動(dòng)。文獻(xiàn) 4 指出: 蝸輪蝸桿傳動(dòng)是一種桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu).是可廣泛替代已有擾性傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu).由桿輪和作為擾性曳引元件的桿共同構(gòu)成蝸輪的傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)動(dòng)力大, 而且在動(dòng)力傳遞中, 傳動(dòng)比在 8~100, 在分度機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)比可以達(dá)到 1 000.所以動(dòng)力較大, 應(yīng)用性比較廣泛, 傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低; 結(jié)構(gòu)緊湊; 在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)自鎖等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。但蝸桿傳動(dòng)有效率低、發(fā)熱量大和磨損嚴(yán)重, 蝸輪齒圈部分經(jīng)常用減磨性能好的有色金屬(如青銅)制造, 成本高: 蝸輪傳動(dòng)是垂直軸傳動(dòng), 圓柱齒輪為平行軸傳動(dòng).傘齒輪傳動(dòng)兩軸可成 90 度或其他角度。
在實(shí)現(xiàn)對(duì)接平臺(tái)導(dǎo)向的機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌。在文獻(xiàn) 5 中,我們可以了解到深層次的導(dǎo)軌問(wèn)題: 機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的作用是用來(lái)支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件, 按給定的方向做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng), 其結(jié)合部包含了導(dǎo)軌與滑塊, 以及兩者相聯(lián)結(jié)的結(jié)合面.導(dǎo)軌結(jié)合部是數(shù)控機(jī)床整機(jī)系統(tǒng)中最重要的結(jié)合部之一, 其動(dòng)力學(xué)特性對(duì)整機(jī)動(dòng)力學(xué)性能有著顯著的影
響.影響數(shù)控機(jī)床結(jié)合部動(dòng)力學(xué)特性的因素眾多.以直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌為例, 主要包括結(jié)合部的尺寸與形狀、初始面壓、滾動(dòng)體的接觸形態(tài)、結(jié)合面之間的介質(zhì)狀態(tài)、結(jié)合部的材質(zhì)等。通常將導(dǎo)軌滑塊結(jié)合部簡(jiǎn)化成一個(gè)單自由度系統(tǒng), 進(jìn)一步可通過(guò)識(shí)別滑塊在導(dǎo)軌上所表現(xiàn)出來(lái)的模態(tài)來(lái)獲得導(dǎo)軌結(jié)合面的接觸剛度忌、阻尼比 f、阻尼系數(shù)f等.
在對(duì)接平臺(tái)的控制方面,我們可以以文獻(xiàn) 6 為參考,它講了一個(gè)機(jī)械手控制的例子: 從往復(fù)移動(dòng)機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖可知, 機(jī)械手的移動(dòng), 是通過(guò)同步齒形帶, 帶動(dòng)移
動(dòng)平臺(tái)作往復(fù)移動(dòng)的, 齒形帶移動(dòng)的距離通過(guò)增量型編碼器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào), 此脈沖信號(hào)被PLC的高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),其計(jì)數(shù)值與齒形帶移動(dòng)的距離存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系, 當(dāng)齒形帶移動(dòng)達(dá)到某一設(shè)定值時(shí), 通過(guò)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就可以控制P
LC輸出, PLC的輸出控制電動(dòng)機(jī)停止工作, 從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的位置控制。利用編碼器與PLC實(shí)現(xiàn)齒形帶移動(dòng)距離的控制原理。為了控制齒形帶的移動(dòng)距離, 必須知道編碼器的脈沖當(dāng)量, 即一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)齒形帶移動(dòng)的距離, 也就是控制齒形帶的移動(dòng)精度。
對(duì)接平臺(tái)主要部分也就是驅(qū)動(dòng)部分伺服電機(jī), 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副和蝸輪蝸桿, 已經(jīng)執(zhí)行部件的移動(dòng)導(dǎo)軌。這些是一個(gè)對(duì)接平臺(tái)基本而有重要的東西?,F(xiàn)在還有升華的部分, 如對(duì)接中平臺(tái)的反饋系統(tǒng), 對(duì)接平臺(tái)的誤差分析已經(jīng)計(jì)算, 而對(duì)于自動(dòng)對(duì)接裝配技術(shù)更涉及面向柔性裝配的數(shù)字化產(chǎn)品定義、裝配 T 藝規(guī)劃與仿真優(yōu)化、數(shù)字化柔性定位、自動(dòng)控制、先進(jìn)測(cè)量檢測(cè)和計(jì)算機(jī)軟件等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備, 是機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉融合的高新技術(shù)。總之, 未來(lái)整個(gè)裝配過(guò)程的柔性化、自動(dòng)化會(huì)成為一個(gè)大趨勢(shì)。
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