基于准零刚度的低频并联隔振平台研究

作     者：辛大卫 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡波

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：多维隔振 并联机构 准零刚度 机构奇异 低频隔振 

摘      要：多维低频隔振平台研究一直是低频隔振领域中的难点。并联机构由于具有多支链,可实现多维运动,结构紧凑等优点常被人们用来设计多维隔振平台。常用的设计方法是将非线性隔振器作为驱动元件安装到并联机构的各支链上,实现多维隔振。但由于并联机构高刚度的特性,导致其自身固有频率较高,应用于高频隔振时性能良好但难以实现低频隔振。考虑并联机构处于某些奇异位形时在奇异方向具有低刚度的特性,本文基于并联机构奇异位形提出低动态刚度与高承载能力并存的多维低频隔振平台设计构想,实现低频隔振。基于上述构想,本文以并联隔振机构为研究对象,从单自由度到多维低频隔振,探索机构奇异、准零刚度、低频隔振三者的内在联系。提出基于变分法的隔振机构奇异分类方法,用于并联隔振机构构型优选;结合大变形弹簧驱动弹性元件推导适合于并联隔振机构的完整刚度公式;探索准零刚度工作空间,建立固有频率和下跳频率的奇异接近度数学模型,综合评价隔振机构性能。基于上述隔振机构设计理论方法,应用典型的平面单自由度并联机构奇异位形,进行单自由度垂直和扭转隔振的低频隔振机构设计。提出新型平面四杆垂直隔振与平面3-RRR扭转隔振机构,并分析其刚度特性;基于将平面五杆机构作为低频隔振机构负刚度元件的设计方法,提出新型对称双五杆垂直隔振机构,并对其刚度与隔振性能进行分析。最后,针对实际旋转抛光打磨设备在运行中常受到轴向和周向的低频扰动的问题,基于平面2-RRR机构奇异位形进行多维低频隔振平台设计,提出新型C/2-(2-RRR)RR两自由度平动和转动低频隔振平台。建立三维模型,进行静力学、刚度和动力学分析,基于仿真与样机实验验证低频隔振的有效性。