大位移运动模拟系统动力学研究

作     者：周律 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周跃发

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：运动模拟 大位移 多自由度 动力学 KANE方程 

摘      要：随着市场竞争日益激烈，对科研运动载体及其内置部件的结构性能、外形美观以及研发周期的要求不断提高，越来越多的国家都重视运动模拟系统的深入研究。多自由度运动模拟系统能够应用于飞行器、舰船、车辆等的运动模拟，还可以作为动响应测试平台，其发展水平是对一个国家海陆空运载、空间对接、国防建设及运动载体内置部件研发等方面的发达程度判定的重要依据。现阶段的运动模拟系统都存在工作空间范围较小的不足，因此新型的、大位移的多自由度运动模拟系统的研发有较大理论和实际意义。机械加工技术和控制自动化技术的进一步发展，为高精度、多自由度、大位移运动模拟系统的制造提供了技术支撑，因此需要对运动模拟系统进行运动学和动力学方面深入研究，为其应用、制造提供理论依据。 本文研究的大位移运动模拟系统，包括并串混联运动模拟系统和六自由度串联运动模拟系统。其中并串混联运动模拟系统由Stewart平台和三轴转台组成，Stewart平台可作空间的六自由度运动，但受其自身并联结构的限制，其平动和转动的空间均有限，三轴转台的三个旋转台可实现无限角度的任意转动，它们的组合可以弥补六自由度并联运动模拟系统在转动角度上的范围限制;而六自由度串联运动模拟系统则由直角坐标运动台和三轴转台组成，整个系统采用串联结构形式，直角坐标运动台的平动和三轴转台的转动相结合可以实现大位移空间运动模拟。 本文首先对运动模拟系统的发展历程和研究现状进行了简要介绍，然后对并串混联运动模拟系统和六自由度串联运动模拟系统运动学分析，求得其两种系统内部工作舱的速度、加速度、角速度和角加速度与系统各驱动机构运动状态的关系;然后利用KANE方程对两种不同结构形式的运动模拟系统进行动力学研究，得出两种结构的动力学方程。并通过Matlab编程计算，对系统按指定的运动规律运行时，各驱动机构的运动状态及相关参数进行数值仿真，并通过给定的系统各机构质量和转动惯量，计算系统内部工作舱的运动状态与系统各驱动机构的动力学关系。此外，本文利用Pro/E对两种系统进行动态模拟，对理论推导和编程计算进行校验。