本站小編為你精心準(zhǔn)備了球面并聯(lián)機構(gòu)的換檔機械手分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《機械工程與自動化雜志》2014年第二期

1并聯(lián)換檔機械手力學(xué)分析

通常并聯(lián)機構(gòu)的移動速度較低，慣性力對機構(gòu)性能的影響不大，因此靜力學(xué)特性成為并聯(lián)機構(gòu)性能的重要體現(xiàn)。目前，靜力學(xué)研究的方法主要有兩種：幾何法和分析法。幾何法又稱為拆桿法，將機構(gòu)拆分為桿組，在各個桿的連接處以約束力代之，根據(jù)平面任意力系或空間任意力系的平衡條件列出關(guān)于未知力的平衡方程組進(jìn)行求解；分析法又稱分析靜力學(xué)，它以虛功原理為理論基礎(chǔ)，從功的角度出發(fā)尋求主動力之間的關(guān)系。

1.1汽車變速器換檔力的形成與傳遞

圖3為變速器的組成。它由輸入軸、輸出軸、齒輪系、換檔撥叉和換檔桿組成，其中換檔桿是整個變速器的控制器。在換檔過程中，通過前、后、左、右擺動換檔操作桿來實現(xiàn)汽車的換檔。傳統(tǒng)的換檔機械手采用直接控制撥叉來模擬換檔過程，這種控制方式不僅破壞了箱體的結(jié)構(gòu)，還無法真實準(zhǔn)確地模擬汽車換檔的過程，因此，本課題采用直接控制換檔操作桿的方式來模擬人手換檔的過程。在整個換檔過程中，換檔操作手柄要完成選檔和換檔兩個動作，即以換檔桿與換檔器連接點為旋轉(zhuǎn)中心，在選檔和換檔兩個方向上來回擺動。換檔過程中的阻力有自鎖和互鎖裝置的阻擋力、撥叉軸和軸座之間的摩擦力、撥叉軸和軸座的變形、錐形彈簧的變形、高低速齒輪嚙合時產(chǎn)生的沖擊力等。這些阻力最終都要傳遞到操縱桿的球形手柄上，通過駕駛員的作用力來平衡。由于操縱桿只能在換檔和選檔兩個方向上運動，因此可以用這兩個方向上作用于球形手柄的兩個等效力f1和f2來對阻力進(jìn)行平衡。換檔過程中的阻力種類較多，很難用公式計算出精確的數(shù)值來，因此這兩個等效力的數(shù)值只能通過實際測量來得到。

1.2機構(gòu)力雅克比矩陣模型

以整個并聯(lián)機構(gòu)為研究對象，作用在該機構(gòu)上的外力包括等效于球形手柄上的力f1和f2，伸縮桿L1和L2的驅(qū)動力F1和F2，機構(gòu)自身的重力以及各關(guān)節(jié)處的摩擦力。為簡化受力分析，我們將機構(gòu)自重和摩擦力忽略掉，這樣作用在并聯(lián)機構(gòu)上的外力只剩下等效力f1，f2和驅(qū)動力F1，F(xiàn)2，其受力分析簡圖如圖4所示。忽略掉重力和摩擦力之后，整個機構(gòu)所受約束為理想約束，滿足虛功原理的應(yīng)用條件。在球銷副的中心點處建立直角坐標(biāo)系OXYZ，應(yīng)用虛功原理可列出機構(gòu)的虛功方程：JT為4×4方陣，稱為并聯(lián)機構(gòu)的靜力雅可比矩陣，很顯然速度雅可比矩陣和靜力雅克比矩陣之間存在著轉(zhuǎn)置的關(guān)系，揭示了速度傳遞關(guān)系和靜力傳遞關(guān)系之間的內(nèi)在聯(lián)系。采用虛位移法對機構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，推導(dǎo)出機構(gòu)的輸出力和驅(qū)動力之間的映射關(guān)系，驗證了力雅克比矩陣實際意義。下面我們通過仿真來進(jìn)一步分析驗證最大驅(qū)動力和外部載荷之間的關(guān)系。

2并聯(lián)換檔機械手靜力學(xué)仿真

并聯(lián)機構(gòu)的靜力學(xué)仿真以前文推導(dǎo)的靜力學(xué)逆解為數(shù)學(xué)模型并假定在整個運動過程中作用于球形手柄的外載荷不發(fā)生變化。仿真過程中，作用于球形手柄的換檔力設(shè)定為50N，選檔力定為50N，仿真時間為10s。靜力學(xué)仿真程序流程見圖5。其中，［Xs，Ys］為運動起始點坐標(biāo)，［Xe，Ye］為運動終點坐標(biāo)，f＝［0，50］表示換檔力在［0，50］上離散。檔位變換時并聯(lián)機械手換檔力與選檔力的靜力仿真結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出：在選檔方向上L1桿為主要作用桿，F(xiàn)1小于50．4N；在換檔方向上L2桿為主要作用桿，F(xiàn)2小于50N，最大驅(qū)動力和外部載荷基本相等。在換檔方向上，驅(qū)動桿的驅(qū)動力呈二次曲線變化，符合實際換檔過程中的受力情況。

3結(jié)論

本文根據(jù)非對稱二自由度球面并聯(lián)機械手的力學(xué)分析與仿真，分析了少自由度并聯(lián)機構(gòu)的靜力學(xué)特性。應(yīng)用虛功原理，推導(dǎo)出了該機構(gòu)的輸出力和驅(qū)動力之間的映射關(guān)系，驗證了力雅可比矩陣與速度雅可比矩陣之間的轉(zhuǎn)置關(guān)系。通過仿真，得到驅(qū)動桿在各檔位之間變換時驅(qū)動力的變化曲線，仿真結(jié)果表明最大驅(qū)動力和外部載荷基本相等。

作者：黃金鳳楊超單位：河北聯(lián)合大學(xué)機械工程學(xué)院