虚拟轴机床非线性动力学的正问题和逆问题
该文结合国家重点基础研究基金资助项目(973项目):数学机械化与自动推理平台项目—机构学及数控技术中的数学机械化方法,和清华大学机械工程学院基金资助项目:并联机构非线性动力学特性及其关键技术,主要以清华大学和齐齐哈尔第二机床厂联合开发的一种新型混联虚拟轴机床为背景,对其进行了动力学分析;同时对虚拟轴机床中的6-SPS型Stewart平台进行了动力学建模的研究.主要内容如下:1.将递推牛顿-欧拉动力学算法推广到更一般情况.给出了运动底座串联机器人的递推牛顿-欧拉动力学算法的两种形式.一种是不考虑连杆重力的,一种是考虑连杆重力的.得到并应用数学方法证明了这两种算法之间的关系:后一种算法可以由前一种算法通过改动补始值得到.将这种通过改动初始值的算法运用到新型混联机床的动力学分析上,结果表明该算法具有较好的计算效率.2.从两个不同角度,建立了端铣刀动态铣削力/力矩的两个模型.并对其中一个不需重新标定的模型,取不同的铣削参数给出了动态铣削力和力矩的仿真.3.对混联机床进行了正、反运动学分析,得到其位置、速度、加速度的解析解.4.将混联机床看作是由串联结构和并联结构构成的.运用牛顿-欧拉方法,分别建立了并联结构各个分离体的牛顿-欧拉动力学方程;运用推广的递推牛顿-欧拉动力学算法,给出了串联结构的动力学方程.通过使用消元技巧,得到了整个机构的封闭形式的动力学逆问题公式.通过仿真得到如下结论:动平台运动所需的滑块驱动力,与动平台相对机床的对称面做其对称运动所需的另一滑块的驱动力对应相等.考虑铣削过程,对动力学逆问题公式进行了仿真.研究了铣削参数的变化对驱动力的影响.5.从逆动力学公式出发,建立了动力学正问题模型.针对两种情况进行了正动力学仿真研究:一种是不考虑铣削过程,一种是考虑铣削过程.6.建立了混联机床的振动模型,仿真研究了不同的铣削参数对振动特性的影响.相轨图表明振动呈现混沌特性.7.运用图论方法,建立了6-SPS型Stewart平台的动力学方程.首先构成树形结构,并画出了系统的有向图.其次给出了关联矩阵、通路矩阵、转轴矩阵、滑移轴矩阵等量,通过运算得到了树形结构的动力学方程.结合约束方程,最后得到6-SPS型Stewart平台的动力学方程.
虚拟轴机床;非线性动力学;Stewart平台
中国农业大学
博士
车辆工程
龙运佳
2003
中文
O322;TG502.12
119
2004-06-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）