基于Raleigh-Ritz五自由度并联机床刚度分析和仿真.pdfVIP

学兔兔 l 匐 化 基于Raleigh—Ritz的五 自由度并联机床刚度分析及仿真 Sti什nessanalysisand sim ulation of5-dofparalleImachinetool basedon raleigh-ritzm eth0d 贾艳丽，刘 岩 JIA ，an-Ii．LIUYan (南阳理工学院软件学院，南阳473000) 摘 要：针对软件模拟方法适合某一固定位置的刚度分析，不适合对并联机构的工作空间刚度分析的问 题，提出了一种基于RaleiSh—Ritz的五自由度并联机床刚度分析方法。首先利用有限元基本原 理对并联机床的机构分析离散出基本单元，然后利用Raleigh—Ritz方法计算出基本单元的刚度 矩阵，装配后得到系统刚度矩阵，最后通过系统刚度矩阵对并联机床的刚度进行了分析，得 到了并联机床工作空间内的刚度分布，并利用刚度分析软件进行了仿真实验，对分析结果进 行了对比分析 ，为并联机床的优化设计提供了理论依据。 关键词 ：Raleigh—Ritz方法；有限元理论；并联机床；刚度矩阵 中图分类号 ：TP193 文献标识码 ：A 文章编号： Doi；10．3969／J．issn．1009-0134．2014．o6(上)．29 0 引言 离， 表示0Bi与x轴之间的夹角，其中i=l，2，… 5。 并联机床(ParallelMachineTool，PMT)是一种新 ， 型机床，具有精度高、响应快和刚度大等特点 。。 通过机构分析可 以知道 ，中间支链具有5个刚 并联机床 的高刚度特性可以在高速金属加工过程 体 自由度 ，由此可知中间支链不会影响动平台其 中，保证加工精度以及提高刀具使用时间 ，因此 他5个 自由度方向的刚度，因此进行刚度分析时可 刚度是并联机床设计制造过程 中的重要指标 ，对 以忽略中间支链 ，根据有限理论对并联机床进行 并联机床的性能有着重要指导意义 】。并联机床的 机构离散 ，离散化模型如图2所示。 刚度分析通常采用结构矩阵分析法、雅克比矩阵 ⑧ 法 以及假设模态法等数值方法以及ANASYS软件 模拟方法等，其 中数值方法虽然能够在工作空间 内进行分析，但是建模过程复杂，通用性不强， 而软件模拟方法适合针对某一固定位置进行刚度 分析，不适合对并联机构的工作空间刚度进行分 析 ’。为解决 以上问题 ，本文根据有限元基本原 理 ，对一种五 自由度并联机床进行了刚度分析 ， 并进行了刚度仿真，为并联机床 的优化设计及性 图1并联机床拓扑图 图2 并联机床离散化 能分析提供了一定的理论基础。 2 有限元单元刚度分析 1 并联机床机构分析 根据五 自由度并联机床机构特性及离散化后 五 自由度并联机床是一种五 自由度虚拟轴机 的有限元模型可知，构成五 自由度并联机床 的基 床 ，主要有动平台、静平台、驱动支链 以及约束 本有限元单元有两类，一类是空间三角单