本科毕业设计运载装备并联减振机构设计研究Word格式.docx

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题目：

运载装备并联减振机构设计研究

指导者：

武一民教授

（姓名）（专业技术职务）

评阅者：

2015年6月7日

毕业设计（论文）中文摘要

运载装备并联减振机构设计研究

摘要：

目前，关键物资装备如精密仪器的远程输送，既需要通过铁路车辆、运输船舶和客货飞机实施长距离运输，也需要通过各类运输车辆完成短途运输。

各类载运工具的颠簸和摇摆会造成运载装备产生较大的冲击与振动，引起运载物资装备的失效或损坏，造成不必要的经济损失。

针对目前关键物资运输存在的问题，展开研究设计，研究设计了一个全新的并联减振机构，满足了关键物资运输过程中对水平位移、垂直位移、水平加速度、垂直加速度等振动参数的要求。

本文通过分析计算不同并联机型的耦合度，选择设计一种弱耦合度并联机构，并用UG建模导入ADAMS仿真分析，通过振动分析验证了该机构的减振特性，并通过ADAMS优化设计，设计出最优化机构。

关键词：

关键物资、并联减振、耦合度、振动分析

毕业设计（论文）外文摘要

Title：

TransportationParallelVibrationReductionMechanismDesignandResearch

Abstract:

Atpresent,theremotetransmissionofimportantmaterialssuchasprecisioninstrumentsneedsrailtraffic,shiptrafficandplanetraffic.Italsoneedsothervehicletraffictocompleteshortdistancetransmission.Thebumpsandswingofallkindsoftransportation

willmaketransportationproducelargeimpactandvibration,causingthefailureordamageofimportantmaterials,andcausingunnecessaryeconomiclosses.

Forthisproblem,wemakestudiesandresearchesanddesignanewtypeofparallelvibrationreductionmechanism.Thisnewmechanism 

satisfiestherequirementsofhorizontaldisplacement,verticaldisplacement,horizontalacceleration,verticalaccelerationandothervibrationelements.Thisarticleanalysesthecouplingfactorofdifferentparallelvibrationreductionmechanisms,choosinganddesigningakindofweakcouplingparallelmechanism.UsingUGtomakeamodelandimportthemodeltoADAMStomakesimulationanalysis.Verifythevibrationreductioncharacteristicsofthe 

mechanism,andcompletetheoptimizationdesignwiththehelpoftheADAMSsoftware.Eventually,makethedesignofoptimizationmechanism.

Keywords：

importantmaterials、parallelvibrationreduction、coupling

factor、vibrationanalysis

1引言…………………………………………………………………………………5

1.1研究背景………………………………………………………………………5

1.2振动控制技术分类及并联减振机构的特点………………………………5

1.3并联减振机构国内外发展状况………………………………………………6

1.4并联减振机构的发展空间………………………………………………7

1.5本课题主要研究内容………………………………………………………………9

2并联减振机构设计方案确定……………………………………………………10

2.1并联减振机型分类…………………………………………………………10

2.2并联减振机构可用的支链类型……………………………………………11

2.3耦合度分析及计算…………………………………………………………11

2.3.1耦合度分析…………………………………………………………………11

2.3.2机构自由度计算………………………………………………………12

2.3.3耦合度计算……………………………………………………………12

3并联减振机构运动学分析及三维设计…………………………………………15

3.1并联减振机构运动学分析………………………………………………………15

3.2并联减振机构三维设计…………………………………………………………16

4振动仿真分析……………………………………………………………………20

4.1三维模型导入ADAMS…………………………………………………………20

4.2对模型施加约束…………………………………………………………20

4.3对模型施加激励…………………………………………………………21

4.4振动仿真……………………………………………………………………23

4.4.1稳态仿真结果…………………………………………………………………24

4.4.2瞬态仿真结果…………………………………………………………………27

5优化设计……………………………………………………………………31

5.1对弹簧刚度优化…………………………………………………………………33

5.2对阻尼器阻尼系数优化…………………………………………………………36

结论…………………………………………………………………………………41

参考文献………………………………………………………………………………42

致谢……………………………………………………………………………44

1引言

1.1研究背景

关键物资装备的远程输送，既需要通过铁路车辆、运输船舶和客货飞机实施长距离运输，也需要通过各类运输车辆完成短途运输。

各类载运工具的颠簸和摇摆会造成运载装备产生较大的冲击与振动，引起运载物资装备的失效或损坏。

在许多行业如机械行业、电气行业，许多产品如电子产品、精密仪器、医疗器械，以及一些易碎品在运输的路程中需要采取不同的减振措施，比如加入隔振绵、隔振泡沫、隔振气弹簧等，然而这些减振措施只能够减弱目标竖直方向上面的振动，对其他方向的振动基本不减弱，在一些其他特殊试验用途中，对减振方面的要求更加苛刻。

目前许多精密器械运输对减振的要求及其严格，尤其对水平方向加速度、垂直方向加速度及其他方向加速度有着严格的限制。

因此，开展运载装备减振机构设计研究对于减小对运载装备，特别是精密装备和易损物资的损害具有重要的意义。

1.2振动控制技术分类及并联减振机构的特点

振动控制技术的分类可以简单概述振动被动控制和振动主动控制两种类型。

振动被动控制技术应用范围很广，应用时间较早,它主要是由弹簧和阻尼组成，其系统特征值是定值，机构较简单，可靠性较高，减振效果良好；

振动主动控制技术最初出现于上世纪五十年代,振动主动控制技术有着非常显著的特点，其线性特性明显，快速性突出，效果良好，稳定性较高，智能性控制等，但其用途相对专一化，利用率较低，制作成本很高且可靠性低。

振动被动控制技术又分为串联减振、并联减振控制。

串联减振机构大致可简化为由减振弹簧和阻尼装置组成，其机构仅能够减少目标在一个方向上的振动。

多维并联减振机构主要是由多个减振支链并联而成，其机构为闭环系统，多个减振运动支链一端同时与一个多自由度的动平台机构连接而成,多维并联减振机构在原理上可以同时衰减多个自由度方向的振动。

并联减振机构在多维减振平台上有着十分广泛的应用，有多种机型分类，比如：

三自由度三平移式、四自由度二平移二转动式、六自由度三平移三转动等机型。

因为并联机构有着非常明显的有点,被大量应用到需要的刚度、速度、精度较高的机械系统中，而且这种并联减振机构对操作空间的要求较小。

与传统的串联机构相比,并联机构由于具有刚度较大、承载能力较强、精度较高、控制相对容易等一系列的优点而得到十分广泛推广和应用。

在运动学分析方面的研究内容是目前对并联机构研究工作的重中之重,运动学分析也是误差分析、工程力学分析、空间结构分析、动力学分析等的基础。

机构运动学分析在并联机构的分析中具有十分重要的意义，并联机构在运动学分析中的研究内容有：

计算并联机构的输出构件和机构的输入构件间的位置关系，输出构件和机构的输入构件的速度关系和加速度关系。

1.3并联减振机构国内外发展状况

目前针对单自由度振动，国内外早已研究许多简单有效的减振设备，单自由度减振理论及其控制方法都已经十分成功应用于实践。

比如橡胶金属减振技术、钢丝绳式弹簧减振技术、新型油气弹簧减振技术等。

最近几年还出现了一些全新的减振技术,比如粉体阻尼减振技术、磁流可变阻尼减振技术、电流可变减振技术，但这些都针对于单自由度减振问题，对于多维减振的研究成果目前还不是很多。

通过对国内外论文、专利等资料的检索发现多维减振技术目前仅包括以下两个方面:

一，采用特殊制造橡胶和复合塑料为主体结构，完成目标的多维减振要求，其缺点十分明显，使用年限低容易发生老化、过载时容易失去弹性、性能较不稳定、使用维护成本较高。

这种技术出现于北京理工大学所研发的减振气囊在关键物资运输设备中的应用，因为其使用成本很高导致其通用性不高，仅用于一些特殊设备中；

图1-1减振气囊

二，采用机械的方法实现各个方向多自由度减振，这种机构的缺点是结构过于复杂，尺寸过大，质量大。

这种基础出现于藤田悦则研究的用于救护车上的防振担架[P]（中国国利:

CN1251292A,2000），其机构由多层单自由度弹性阻尼装置组成,在不同的分层中完成各自方向上的减振要求。

目前国内外在多维减振方面的技术方法大都采用这种机械式多层结构，结构十分复杂，减振效果较差，制作成本也很高。

图1-2防振担架

2004年，Ren等人通过对Stewart机构的动柔度和稳定性进行研究，解决了风载对其上安装的大型望远镜造成的振动问题。

2007年，布鲁塞尔大学的Preumont等人采用Stewart平台开发出一款6轴隔振系统，在失重环境的测试结果显示：

该隔振系统在5～400Hz范围内，隔振性能优良。

在5～200Hz范围内最大振动衰减量可达-40dB。

该成果最终用于执行某飞行器对接任务。

图1-3基于Stewart平台六轴隔振系统