【摘 要】
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大型核聚变实验装置中,用于构建实验光路的特种实验模块尺寸巨大、种类繁多,对配套工装的各项性能提出了极高的要求。为了完成特种实验模块的精密装校,重庆大学设计了一套专用于下装类特种实验模块的特种工装,而水平调整单元是该工装中完成特种实验模块定位、安装的关键机构。水平调整单元本质上是一套三自由度空间并联机构,其设计与性能将影响特种实验模块装校的成败。本文基于模块的实际装校需求,以传统的3-PRS机构为基
【基金项目】
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重庆大学承接的国家某大型实验装置项目的子项目；
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大型核聚变实验装置中,用于构建实验光路的特种实验模块尺寸巨大、种类繁多,对配套工装的各项性能提出了极高的要求。为了完成特种实验模块的精密装校,重庆大学设计了一套专用于下装类特种实验模块的特种工装,而水平调整单元是该工装中完成特种实验模块定位、安装的关键机构。水平调整单元本质上是一套三自由度空间并联机构,其设计与性能将影响特种实验模块装校的成败。本文基于模块的实际装校需求,以传统的3-PRS机构为基础,提出了一种基于3-PRS/PSS并联机构的新型水平调整单元。这种新构型能更好地适配特种实验模块、提高稳定性和减小装校系统的尺寸。本文通过理论建模,仿真验证的方法对基于3-PRS/PSS机构的新型水平调整单元各项重要性能进行分析与校核,以验证这种新型构型相较于3-PRS机构具有更好的性能,并能满足特种实验模块装校的实际要求。本文主要研究内容如下:提出一种新型的水平调整单元构型方案。基于传统的3-PRS机构形成四支链的,更具稳定性的新型3-PRS/PSS机构。使用螺旋理论对优化后的新构型进行自由度校核,建立运动学逆解模型并通过仿真验证。对水平调整单元进行刚度分析,建立机构的刚度矩阵,使用MATLAB进行刚度映射。使用有限元法得出机构的变形和应力。计算和仿真结果证明了新型3-PRS/PSS机构承载能力相较于3-PRS机构得到提高,并且能够满足实际装校中对水平调整单元的刚度要求。基于凯恩法对水平调整单元进行动力学分析,在多刚体动力学建模的基础上,建立了包含运动副间隙与柔性的机构动力学模型。给定装校中的一种实际工况,求解3-PRS/PSS机构与3-PRS机构各滑块的驱动力。验证基于3-PRS/PSS并联机构的新型水平调整单元动力学性能更优的同时,为类似并联机构的动力学分析提供理论依据。基于矩阵法对新型水平调整单元进行静态误差建模,基于构件变形进行动态误差建模。在水平调整单元的工作空间内进行误差模拟,对比不同静态误差来源对机构精度的影响程度。给定两种工况,对比新型3-PRS/PSS机构和3-PRS机构的实际轨迹与理论轨迹。综合动态误差与静态误差,表明基于3-PRS/PSS机构的新型水平调整精度更高,更满足实际装校要求。也为类似并联机构的精度分析提供理论依据。
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