一种轴孔装配用混联柔性机构构型综合与柔度建模研究

作     者：郭振 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋轶民;连宾宾;李祺

授予年度：2019年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：轴孔装配 混联柔性机构 构型综合 柔度建模 被动柔顺 

摘      要：面向高效高精度轴孔装配的需求,本文提出以混联柔性机构实现被动轴孔装配的方案,开展混联柔性机构的构型综合、柔度建模与轴孔装配实验研究。全文的主要研究成果如下:1.基于混联柔性机构的轴孔装配方案设计。分析轴孔装配过程中轴件的受力变化情况,提炼出装配系统与误差补偿机构的设计要求。结合并联机构与柔性机构的优势,提出一种基于新型混联柔性机构的轴孔装配系统总体方案。选取片弹簧作为并联柔性机构的基本柔性单元,提出由刚性铰链结合片弹簧组成柔性支链,构造并联柔性机构的方法。2.混联柔性机构构型综合。以瞬时旋量作为数学工具,描述基本柔性单元的自由度与约束,提出并联柔性机构的构型综合方法,形成混联柔性机构的构型综合一般流程。根据轴孔装配设计需求,分别进行具备n R2T、3Rn T自由度的并联柔性机构构型综合,借助瞬时旋量理论分别生成n R2T和3Rn T并联柔性机构的四自由度及五自由度柔性支链。按照机构约束条件装配柔性支链获得并联柔性机构,优选1R2T和3R并联柔性机构组合2R3T混联柔性机构。3.混联柔性机构柔度建模与优化设计。借助仿真实验分析混联机构柔度与片弹簧尺度参数的映射关系,获得机构柔度与片弹簧的长度、宽度、厚度的指数映射规律。构建混联柔性机构线柔度、角柔度与片弹簧尺度参数的映射模型,利用遗传优化算法拟合模型系数。将混联柔性机构的质量、体积及轴向承载能力作为优化目标,机构线柔度及角柔度作为约束条件,构造多目标优化模型,优选出使混联柔性机构质量轻、体积小、轴向承载能力高的片弹簧尺度参数。4.混联柔性机构样机制造与实验研究。制造混联柔性机构物理样机,开展样机自由度实验,证明该机构具备3R2T五自由度。进行线柔度模型验证实验,实验结果与柔度拟合模型计算结果误差小于7%。测试混联柔性机构的轴向承载能力,样机可承受不大于50 N的轴向压力与不大于100 N的轴向拉力。基于混联柔性机构搭建轴孔装配系统,开展R10与R5轴孔装配实验,给定轴孔直径偏差0.1mm时轴孔装配系统可实现?5?与?2 mm误差范围内的调整,装配总体成功率在90%以上,表明混联柔性机构可大幅提高轴孔装配成功率、减少装配时间。本文从轴孔装配的特点入手,系统研究混联柔性机构的构型综合与柔度建模方法,通过实验验证基于混联柔性机构轴孔装配系统的有效性,奠定轴孔装配机构理论基础并突破关键建模分析技术,对高效高精度轴孔装配具有重要意义。