畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（48頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，城市規(guī)劃及建設(shè)的進(jìn)程日益加快，裝載機(jī)是工程建設(shè)中必不可少的工程機(jī)械，隨著裝載機(jī)需求的增加，裝載機(jī)駕駛員的需求量也在增加。然而，由于裝載機(jī)的工況復(fù)雜、駕駛裝載機(jī)要兼顧工作裝置的狀態(tài)以及車身的狀態(tài)、同時(shí)工作過程具有一定的危險(xiǎn)性，使得培訓(xùn)一名合格的裝載機(jī)駕駛員成本巨大、困難重重。設(shè)計(jì)一種裝載機(jī)模擬器，可以解決在培訓(xùn)裝載機(jī)駕駛員過程中的諸多問題。它可令學(xué)員盡快掌握理論知識(shí)和基本操作技能，使學(xué)員的心理素質(zhì)和應(yīng)激能力得到綜合訓(xùn)練；節(jié)省實(shí)際上機(jī)訓(xùn)練時(shí)間，減少學(xué)員真機(jī)訓(xùn)練時(shí)的意外事故。裝載機(jī)模擬器占地小、耗能低、不受環(huán)境制

2、約卻可模擬任何極端工況，有效減輕了裝載機(jī)駕駛員培訓(xùn)時(shí)日常運(yùn)作的人力、物力及財(cái)力負(fù)擔(dān)，提高培訓(xùn)效率、節(jié)約培訓(xùn)成本。 由于三自由度平臺(tái)可以提供駕駛模擬所需的主要?jiǎng)痈刑匦?，加之?qū)動(dòng)關(guān)節(jié)少，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在駕駛模擬器中的應(yīng)用越來越廣泛，本文即根據(jù)某型裝載機(jī)模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的性能指標(biāo)要求，對(duì)三自由度平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，本設(shè)計(jì)基于空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)理論，確定一種能實(shí)現(xiàn)2R1T三自由度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)，然后，根據(jù)一系列要求確定出平臺(tái)各部分的尺寸。 關(guān)鍵詞： 裝載機(jī)模擬器；三自由度平臺(tái)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；尺寸 Abstract With t

3、he rapid social and economic development, urban planning and construction process is accelerating,Loader is essential engineering construction machinery, With increasing demand loader, loader driver demand is also increasing. However, due to the complex conditions loader, loader driver to take into

4、account the state of the work of the state apparatus and the body, while the working process with a certain degree of risk, so that a qualified loader driver training cost is huge, difficult.To design a loader simulator training loader driver can solve many problems in the process. It will enable st

5、udents to acquire the theoretical knowledge and basic skills as quickly as possible, so that students of psychological and stress ability to get comprehensive training; training machines actually save time, reduce accidents trainees real machine during training.Loader simulator small footprint, low

6、energy consumption, environmental constraints but it can not simulate any extreme conditions, effectively reducing the human, material and financial burden of the daily operation of the loader driver training, improve training efficiency, saving training costs . As the three-DOF platform can provid

7、e the necessary main dynamic driving simulation effects, coupled with fewer joints driven, cost advantages, in the driving simulator and more widely, this paper is the performance of a certain type of loader simulator motion platform based on target, for three degrees of freedom platform design.Firs

8、t, the design is based on the theory of space motion mechanism to determine a three degree of freedom to achieve 2R1T motion platform bodies, and then, according to a series of requirements to determine the size of each part of the platform. Keywords: Loader simulator; three DOF platform; structura

9、l design; Dimension I 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課程設(shè)計(jì)名稱 1 1.2 課題背景 1 1.3 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)平臺(tái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4 1.4 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及其特點(diǎn) 6 1.5 研究?jī)?nèi)容 7 第2章 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 8 2.1 設(shè)計(jì)要求 8 2.2 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 9 2.3 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)受力分析 22 2.4 .液壓缸主要參數(shù)設(shè)計(jì) 23 2.5 液壓筒設(shè)計(jì) 26 2.6 缸底和缸蓋設(shè)計(jì) 27 2.7 油口設(shè)計(jì) 28 2.8 活塞組

10、件設(shè)計(jì) 28 2.9 緩沖和排氣裝置 30 第3章 結(jié)論與展望 3.1 全文總結(jié) 34 3.2 課題展望 34 致謝 36 參考文獻(xiàn) 38 附錄 42 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文） 第1章 緒論 1.1 課程設(shè)計(jì)名稱 裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.2 課題背景 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，城市規(guī)劃及建設(shè)的進(jìn)程日益加快，裝載機(jī)是工程建設(shè)中必不可少的工程機(jī)械，隨著裝載機(jī)需求的增加，裝載機(jī)駕駛員的需求量也在增加。然而，由于裝載機(jī)的工況復(fù)雜、駕駛裝載機(jī)要兼顧工作裝置的狀態(tài)以及車身的狀態(tài)、同

11、時(shí)工作過程具有一定的危險(xiǎn)性，使得培訓(xùn)一名合格的裝載機(jī)駕駛員成本巨大、困難重重。設(shè)計(jì)一種裝載機(jī)模擬器，可以解決在培訓(xùn)裝載機(jī)駕駛員過程中的諸多問題。它可令學(xué)員盡快掌握理論知識(shí)和基本操作技能，使學(xué)員的心理素質(zhì)和應(yīng)激能力得到綜合訓(xùn)練；節(jié)省實(shí)際上機(jī)訓(xùn)練時(shí)間，減少學(xué)員真機(jī)訓(xùn)練時(shí)的意外事故。裝載機(jī)模擬器占地小、耗能低、不受環(huán)境制約卻可模擬任何極端工況，有效減輕了裝載機(jī)駕駛員培訓(xùn)時(shí)日常運(yùn)作的人力、物力及財(cái)力負(fù)擔(dān)，提高培訓(xùn)效率、節(jié)約培訓(xùn)成本。 并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大，承載能力強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)精度高以及運(yùn)動(dòng)逆解簡(jiǎn)單等許多串聯(lián)機(jī)器人所沒有的特點(diǎn)，近年來引起許多機(jī)器研究者的高度重視。在過去幾十年中，許多研究工作者提出了多種形

12、式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，但大多數(shù)研究工作主要集中在六自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，雖然也提出了某些三自由度，但由于現(xiàn)在的三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，缺乏把轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)結(jié)合起來的空間，因此三自由度機(jī)構(gòu)很難在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)所具有的運(yùn)動(dòng)特性以及少自由度并聯(lián)機(jī)器人具有驅(qū)動(dòng)元件少，費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中具有很高的實(shí)用價(jià)值。由于三自由度平臺(tái)可以提供駕駛模擬所需的主要?jiǎng)痈刑匦?，加之?qū)動(dòng)關(guān)節(jié)少，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在駕駛模擬器中的應(yīng)用越來越廣泛，本文即根據(jù)某型裝載機(jī)模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的性能指標(biāo)要求，對(duì)三自由度平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，本設(shè)計(jì)基于空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)理論，確定一種能實(shí)現(xiàn)2R1T三自由度的運(yùn)動(dòng)

13、平臺(tái)機(jī)構(gòu)，然后，根據(jù)一系列要求確定出平臺(tái)各部分的尺寸。 1.3 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的發(fā)展與應(yīng)用 并聯(lián)機(jī)器人可以定義為：上下平臺(tái)用兩個(gè)或兩個(gè)以上分支相連，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。其本質(zhì)是由多個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的一端同時(shí)與一個(gè)具有多個(gè)自由度的末端操作器相連接而構(gòu)成的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。它的研究可追溯到19世紀(jì)。早在1931年，Gwinnett在其專利中提出了一種基于球面并聯(lián)機(jī)器人的娛樂裝置，如圖1-1所示；1940年P(guān)ollard在其專利中提出了一種空間工業(yè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，用于汽車噴漆，如圖1-2所示；6自由度平臺(tái)是Gou

14、gh在1949年設(shè)計(jì)出來的，用于輪胎的檢測(cè)，如圖1-3所示。1965年英國(guó)學(xué)者Stewart發(fā)表了名為《一種六自由度平臺(tái)》的論文，人們便把這種平臺(tái)稱為Stewart平臺(tái)，典型的Stewart運(yùn)動(dòng)平臺(tái)如圖1-4所示。近年來，六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)研究日趨成熟。 而三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)研究和開發(fā)得還很不充分。這種機(jī)構(gòu)類型既不像簡(jiǎn)單的單自由度機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的確定性是肯定的，也不像六自由度機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可以完全任意給定。一般三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是由三個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈同時(shí)將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)聯(lián)到機(jī)架，每個(gè)分支由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R，一個(gè)移動(dòng)副P和一個(gè)球鉸副S組成，整個(gè)系統(tǒng)有3個(gè)獨(dú)立輸入和3個(gè)獨(dú)立輸出，由運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中的約束方程來定義另外3個(gè)輸入。

15、 1.3.2 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)國(guó)內(nèi)外研究狀況 三自由度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中很有實(shí)用前景的一類，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)工程應(yīng)用中，三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)就已經(jīng)滿足要求，而使用傳統(tǒng)的六自由度機(jī)構(gòu)則 反而增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和控制難度，因而三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)仿真、并聯(lián)機(jī)床、微動(dòng)機(jī)器人、激光對(duì)準(zhǔn)等方面有著良好的應(yīng)用前景。但其研究和開發(fā)很不充分，國(guó)內(nèi)外對(duì)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研究與應(yīng)用多基于Delta機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)為代表的三自由度移動(dòng)機(jī)構(gòu)和3-3R三自由度球面機(jī)構(gòu)。 1983年Hunt提出三自由度的3-RPS空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由上下平臺(tái)和3個(gè)RPS分支構(gòu)成，如圖

16、1-5所示。1988年Clave提出了一種稱為Delta的三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為17桿21運(yùn)動(dòng)副，其中12個(gè)球面副，機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，如圖1-6所示，1990年P(guān)ierror等對(duì)這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步分析。 我國(guó)學(xué)者在這一方面已經(jīng)做了許多工作，如黃真教授在1995年IEEE會(huì)議上提出了一種三自由度立方形運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)；1996年他又提出了數(shù)種新型的三自由度角臺(tái)機(jī)構(gòu)，如3-CS、3-PRS及3-PSP機(jī)構(gòu)等；近年來他又提出了并聯(lián)3自由度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3-RRRH、3-RRRP及3-RRC等幾種機(jī)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上它們都較以前簡(jiǎn)化了許多，且都具有良好的應(yīng)用前景。 雖然三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在研究和應(yīng)

17、用領(lǐng)域都有突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但由于三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的機(jī)型比較少，機(jī)構(gòu)的種類對(duì)于滿足三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)專型專用這一要求還相差較遠(yuǎn)，由于有些三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)規(guī)律難以判別，有些理論技術(shù)還未成熟，嚴(yán)重阻礙了其研制和應(yīng)用。 1.4 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及其特點(diǎn) 并聯(lián)三自由度平臺(tái)主要有三部分，其中包括一是一個(gè)基準(zhǔn)平臺(tái)即一個(gè)固定不動(dòng)的靜平臺(tái)，還有就是三條可變長(zhǎng)度的支腿，支腿的結(jié)構(gòu)形式一般為液壓驅(qū)動(dòng)的伺服缸或電能驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠式電缸，再有就是隨支腿伸縮變化而運(yùn)動(dòng)的終端平臺(tái)，該平臺(tái)即具有所謂的三個(gè)自由度。典型三自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1.1，1.2所示。

18、圖1.1.典型2R1T三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖1.2.典型2T1R三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)作為并聯(lián)閉式機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)一般相對(duì)串聯(lián)開環(huán)機(jī)構(gòu)而言。與那種一環(huán)扣一環(huán)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)明顯具有以下優(yōu)點(diǎn)。 （1）精度較高，作為典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，各支鏈之間相對(duì)獨(dú)立，沒有環(huán)環(huán)相扣式的累積誤差； （2） 驅(qū)動(dòng)裝置可以根據(jù)環(huán)境、條件等靈活布置在較低的位置，降低其質(zhì)心，相應(yīng)減小上方運(yùn)動(dòng)部分慣性，系統(tǒng)具有良好動(dòng)態(tài)響應(yīng)； （3）三條支腿形式一致，結(jié)構(gòu)緊湊，彼此并聯(lián)

19、，“有難同當(dāng)”，所以剛度高，可承受較大的負(fù)載； （4） 完全對(duì)稱式各向同性好； （5）工作時(shí)三個(gè)自由度（Z，α，β）方向的運(yùn)動(dòng)所需空間較小。 1.5 研究?jī)?nèi)容 本文的主題是裝載機(jī)模擬器三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其主要研究?jī)?nèi)容為：首先對(duì)平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)所要求的運(yùn)動(dòng)范圍，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，確定平臺(tái)主要參數(shù)：上下平臺(tái)尺寸、支腿液壓缸長(zhǎng)度。并進(jìn)一步設(shè)計(jì)主要部件-液壓缸。 第2章 三自由度運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 表2.1 三自由度平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)

20、 項(xiàng)目 參數(shù) 1、自由度 3 2、運(yùn)動(dòng)幅度 （X轉(zhuǎn)），（Y轉(zhuǎn)）， （上下） 3、負(fù)載 負(fù)載為一裝載機(jī)駕駛室，安裝于動(dòng)平 臺(tái)上，長(zhǎng)寬高分別為 1.8m、1.7m 和 1.7m。重800kg,質(zhì)心位于幾何中心。 駕駛室距離地面高度為1754mm。 4、加速度 （X轉(zhuǎn)）， （Y轉(zhuǎn)），（上下） 2.2 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 2.2.1 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 圖2.1 .三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖 該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是一種并聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)主要考慮裝載機(jī)駕駛員駕駛感覺，課題中動(dòng)平臺(tái)要求

21、實(shí)現(xiàn)繞X軸Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿Z軸平動(dòng)3個(gè)自由度，根據(jù)要求，設(shè)計(jì)出如圖2.1所示的三自由度平臺(tái)，平臺(tái)主要由固定平臺(tái)（下平臺(tái)）、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（上平臺(tái)）、三支可以實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)的液壓缸以及連接液壓缸與上下平臺(tái)的鉸鏈組成。根據(jù)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的對(duì)稱性運(yùn)動(dòng)要求，液壓缸上下鉸鏈發(fā)別呈等邊三角形分布于上下平臺(tái)，液壓缸與上下平臺(tái)呈一定傾角布置?？刂迫б簤焊? 的伸縮長(zhǎng)度，能夠使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以及沿Z軸的直線運(yùn)動(dòng)。 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式如下：當(dāng)3個(gè)液壓缸在中位附近同步伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)沿Z軸的直線升降運(yùn)動(dòng)，當(dāng)3號(hào)液壓缸在伸縮，1號(hào)2號(hào)兩個(gè)液壓缸同步運(yùn)動(dòng)且與3號(hào)液壓缸差動(dòng)時(shí)，動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)繞X軸的旋轉(zhuǎn)

22、運(yùn)動(dòng)，當(dāng)3號(hào)液壓缸處在中位不動(dòng)，1號(hào)2號(hào)兩液壓缸差動(dòng)時(shí)，動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)繞Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2.2.2 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自由度論證 機(jī)構(gòu)自由度是描述或確定一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)所必須的獨(dú)立參數(shù)，實(shí)質(zhì)上就是機(jī)構(gòu)具有確定位置時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)目。在機(jī)構(gòu)中引入獨(dú)立參數(shù)的方式，通常是使其原動(dòng)件按給定的某一運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，所以，可以認(rèn)為機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)也就是機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有的原動(dòng)件數(shù)目。 機(jī)構(gòu)的自由度F、機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件的數(shù)目與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)有著密切的關(guān)系： A、 若機(jī)構(gòu)的自由度，則機(jī)構(gòu)不能動(dòng)； B、 若且與原動(dòng)件數(shù)相等，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是確定的，因此，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是:機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由

23、度數(shù)； C、 若，而原動(dòng)件數(shù)，則構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)是不確定的； D、 若，而原動(dòng)件數(shù)，則構(gòu)件間不能運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生破壞。 從上面敘述中我們可以看出，要保證一個(gè)機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律必須使機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)大于零且原動(dòng)件數(shù)相等。 由空間機(jī)構(gòu)學(xué)理論可知，空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目可由下式計(jì)算得出， （2-1） 式中：F——自由度數(shù) N——機(jī)構(gòu)的總構(gòu)件數(shù) ——第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副的約束 g——物體之間的運(yùn)動(dòng)副數(shù)目 i——運(yùn)動(dòng)副級(jí)數(shù) 由圖2.1的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示

24、意圖可知，構(gòu)件數(shù)N=8，球形鉸鏈的約束為,移動(dòng)副的約束為，轉(zhuǎn)動(dòng)副的約束為。 所以，由式(2-1)可計(jì)算出運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的自由度為 （2-2） 2.2.3 位置反解 （1）坐標(biāo)系的建立 為了描述上平臺(tái)相對(duì)于固定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)情況，需建立兩個(gè)坐標(biāo)系。首先，在下平臺(tái)中心處建立慣性參考坐標(biāo)系，亦稱為靜坐標(biāo)系。在上平臺(tái)中心建立體坐標(biāo)系，亦稱為動(dòng)坐標(biāo)系，它們?nèi)鐖D2.1所示，靜坐標(biāo)系原點(diǎn)置于下平臺(tái)的中心，X軸平行于，Y軸指向中點(diǎn)，Z軸垂直向上；動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)置于上平臺(tái)的中心，軸平行于，軸指向中

25、點(diǎn)，軸垂直向上。動(dòng)坐標(biāo)系隨著上平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，而靜坐標(biāo)系始終保持不動(dòng)。這樣可分別得到上下平臺(tái)中各鉸點(diǎn)在各自坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。 （2）歐拉角描述 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在沒有任何約束條件下作空間位置姿態(tài)變化的分析如下：當(dāng)上平臺(tái)按順序先后繞x軸，y軸，z軸旋轉(zhuǎn)角，再沿x軸，y軸，z軸分別平移，由于上下平臺(tái)在初始位置時(shí)相互平行，且相距，所以在z軸上絕對(duì)位移為。則有： （2-3） 式中：分別為動(dòng)平臺(tái)三個(gè)鉸點(diǎn)在動(dòng)平臺(tái)平移和旋轉(zhuǎn)后在絕對(duì)坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)，分別為動(dòng)平臺(tái)三個(gè)鉸點(diǎn)相對(duì)于動(dòng)坐標(biāo)系的空間坐標(biāo)；為從動(dòng)坐標(biāo)系到靜坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。

26、 （2-4） 其中分別為繞X軸，Y軸,Z軸的旋轉(zhuǎn)變換矩陣， （2-5） （2-6） （2-7） 所以， （2-8） 式中：c和s分別表示和。根據(jù)式（2-3）和（2-8）就可計(jì)

27、算出動(dòng)平臺(tái)各鉸點(diǎn)在平臺(tái)平移和旋轉(zhuǎn)后在絕對(duì)坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)。這樣，3條支腿在伸縮過程中的長(zhǎng)度就可以確定了，其計(jì)算公式為： （2-9） 式中：分別為動(dòng)平臺(tái)三個(gè)鉸點(diǎn)在平臺(tái)平移和旋轉(zhuǎn)后在絕對(duì)坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)，分別為下固定平臺(tái)三個(gè)鉸點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)。 2.2.4 平臺(tái)外接圓直徑的確定 本文中假定駕駛室整個(gè)安裝在上方的動(dòng)平臺(tái)上。由表2.1可知設(shè)計(jì)參數(shù)所要求的駕駛室長(zhǎng)1.6m，寬1.5m高1.6m，重800kg，靜止時(shí)駕駛室距離地面高度為h=1754mm，由此可以初步確定動(dòng)平臺(tái)外接圓直徑。通過計(jì)算，

28、再綜合安裝、穩(wěn)定性等因素，動(dòng)平臺(tái)外接圓半徑r定位1200mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式動(dòng)平臺(tái)與靜平臺(tái)的外接圓半徑比值取為0.8，則靜平臺(tái)即下平臺(tái)的外接圓半徑為R=1500mm。 2.2.5 平臺(tái)各鉸接點(diǎn)的確定 在明確定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)各鉸接點(diǎn)外接圓半徑的基礎(chǔ)上，接下來我們需要確定兩平臺(tái)上各鉸點(diǎn)的位置。為方便求解，將動(dòng)平臺(tái)與靜平臺(tái)的3個(gè)鉸點(diǎn)均呈等邊三角形分布，如圖2.1所示。 2.2.6 支鏈長(zhǎng)度的確定 如2.2.4節(jié)所述，動(dòng)平臺(tái)外接圓半徑取值為r=1200mm，定平臺(tái)外接圓半徑取值為R=1500mm，則在圖2.1中，靜平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為，動(dòng)平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)系中的空間

29、位置坐標(biāo)分別為，液壓缸處于中位不動(dòng)時(shí)，因?yàn)轳{駛室距離地面高度為1754mm，所以此時(shí)支腿長(zhǎng)度為： （2-10） 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)繞x軸轉(zhuǎn)，沿z軸平移0.4m時(shí)，由于始終為0，此時(shí) ，根據(jù)式2-8得，從動(dòng)坐標(biāo)系到靜坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為 （2-11） 根據(jù)式（2-3），此時(shí)動(dòng)平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為 （2-12） （2-13） （2-14

30、） 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)繞y軸轉(zhuǎn)，沿z軸平移0.4m時(shí)，由于始終為0，此時(shí)，根據(jù)式2-8得，從動(dòng)坐標(biāo)系到靜坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為 （2-15） 根據(jù)式（2-3），此時(shí)動(dòng)平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為 （2-16） （2-17） （2-18） 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)繞x軸旋轉(zhuǎn)，繞y軸旋轉(zhuǎn)，沿z軸平移0.4m時(shí)，此時(shí)，根據(jù)式（2-8）得，從動(dòng)坐標(biāo)系到靜坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為

31、 （2-19） 根據(jù)式（2-3），此時(shí)動(dòng)平臺(tái)中三個(gè)鉸點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為 （2-20） （2-21） （2-21） 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)在x,y方向均無旋轉(zhuǎn)，沿z軸方向平移-0.4m時(shí)，從動(dòng)平臺(tái)到靜平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)矩陣為

32、 （2-22） 此時(shí)，三條支腿的長(zhǎng)度均相等，故只需求出動(dòng)平臺(tái)中3個(gè)鉸點(diǎn)的任意一個(gè)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)即可，鉸點(diǎn)在絕對(duì)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 （2-23） 經(jīng)過計(jì)算比較，當(dāng)動(dòng)平臺(tái)繞x軸旋轉(zhuǎn)30度，繞y軸無轉(zhuǎn)動(dòng)，沿z軸平移0.4m時(shí)，支腿有最大伸長(zhǎng)量，從而得出動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中支腿的最大長(zhǎng)度為 （2-24） 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)繞x軸,y軸均無旋轉(zhuǎn)，沿z軸下降0.4m時(shí)，支腿有最大縮短量，從而得出動(dòng)平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中支腿的最短長(zhǎng)度為

33、（2-25） 由此可得液壓缸行程L： （2-26） 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，查液壓缸行程標(biāo)準(zhǔn)值表（見表2.2）,本文近似取液壓缸行程為L(zhǎng)=1000mm。 表2.2 液壓缸行程標(biāo)準(zhǔn)值表 　 注：液壓缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用 2.3 三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)受力分析 很明顯，本文中的三自由度平臺(tái)具有對(duì)稱性，當(dāng)三個(gè)支腿液壓缸均伸長(zhǎng)到最大長(zhǎng)度，則平臺(tái)達(dá)到Z向最大位移，即平移到最高位置，此時(shí)各缸伸長(zhǎng)量相同，整個(gè)平臺(tái)處于

34、對(duì)稱狀態(tài)，故各支腿受力大小也相同，設(shè)為F，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，假設(shè)此時(shí)Z方向取最大加速度為a，且a=g=9.8m/s2。 則Z向分析受力有如下平衡方程式： （2-27） 式中α為此狀態(tài)下支腿受力F與水平方向的夾角，由上文知此時(shí)液壓缸伸長(zhǎng)量近似為2478mm，此時(shí)動(dòng)平臺(tái)距離靜平臺(tái)高度為2154mm，所以上式可表示為： 解之得：F=6007.663N （2-28） 由上述結(jié)果可知平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到最高位置時(shí)，三條支腿液壓缸受力均為6007.663N。當(dāng)然這

35、個(gè)受力并不是單個(gè)液壓缸所受力的最大值，本文沒有討論平臺(tái)沿X、Y向的平移受力，也沒有考慮平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，也不可能理論分析平臺(tái)合成運(yùn)動(dòng)時(shí)瞬時(shí)變化的最大受力，所以為簡(jiǎn)化分析，我們?cè)谄脚_(tái)以Z向運(yùn)動(dòng)到最高位置時(shí)的受力為基礎(chǔ)，乘以一個(gè)安全系數(shù)，取值為4，這樣一來單個(gè)液壓缸最大受力即為： 必要時(shí)取圓整值： （2-29） 2.4 . 液壓缸主要參數(shù)設(shè)計(jì) 液壓缸主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置、排氣裝置、及液

36、壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可通過液壓缸或電缸傳動(dòng)，但相對(duì)于電缸或滾珠絲杠傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)應(yīng)用液壓傳動(dòng)，故著重設(shè)計(jì)液壓缸。 2.4.1 設(shè)計(jì)方案 首先我們需要確定設(shè)計(jì)方案即缸體結(jié)構(gòu)形式、安裝方式、連接方式。液壓缸種類繁多，按結(jié)構(gòu)形式不同可分為柱塞式液壓缸、活塞式液壓缸、組合式液壓缸、葉片式液壓缸和其他形式的液壓缸如膜片缸等。在裝載機(jī)模擬器三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用中，動(dòng)平臺(tái)需要完成繞x軸，y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿z軸方向的平動(dòng)，液壓缸時(shí)伸時(shí)縮，即時(shí)推時(shí)拉，需要雙作用液壓缸，典型的有雙作用單活塞桿液壓缸

37、和雙作用對(duì)稱式液壓缸等。考慮到平臺(tái)空間結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)中選擇雙作用單活塞桿液壓缸。 液壓缸的安裝方式與液壓缸的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，且形式多樣，大體上分為兩大類：軸線固定類和軸向擺動(dòng)類。顯然，由于需要轉(zhuǎn)動(dòng)，本文中液壓缸屬軸線擺動(dòng)類，并且液壓缸的桿端和底端分別鉸接在動(dòng)平臺(tái)與定平臺(tái)上。所以本文中動(dòng)平臺(tái)與液壓缸桿端的聯(lián)接選擇球鉸，則液壓缸的活塞桿端采用球頭式。定平臺(tái)與液壓缸底端的聯(lián)接為虎克鉸。 至于液壓缸的連接形式，我們選擇焊接式用于缸筒和缸底蓋的連接，上端蓋與剛筒則采用應(yīng)用越來越廣泛的鎖緊鋼絲連接。 2.4.2 工作壓力與供油壓力 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對(duì)不同用途的

38、液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來確定。對(duì)液壓缸的工作壓力來說，決定其大小的關(guān)鍵實(shí)為設(shè)備的類型，所謂具體問題具體分析，不同的類型應(yīng)選擇不同的壓力范圍。由前文計(jì)算所得的負(fù)載為,參考表2.3可知應(yīng)選擇的工作壓力為,再根據(jù)表3確定其工作壓力P=4MPa。查閱文獻(xiàn)[40]有：閥在最大開度和負(fù)載壓降時(shí)，系統(tǒng)效率最大。所以當(dāng)時(shí)，設(shè)，再根據(jù)表2.4，取液壓缸系統(tǒng)供油壓力為。 表2.3 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力 負(fù)載F(N) ＜5000 5000-10000 10000-20000 20000-30000 30000-50

39、000 ＞50000 工作壓力P （MPa） ＜0.8-1 1.5-2 2.5-3 3-4 4-5 ＞5-7 表2.4 液壓缸公稱壓力系列（GB2346-80）（bar) 25 40 63 （80） 100 （125） 160 200 250 315 400 500 630 800 2.4.3 缸筒內(nèi)徑及活塞桿外徑的計(jì)算 根據(jù)已知算未知，

40、通過最大負(fù)載和上文對(duì)照表格所確定工作壓力，我們可以得到液壓缸活塞的有效面積，那么缸筒內(nèi)徑也就確定了，再根據(jù)缸筒內(nèi)徑D，以及所選的速比，即可得到活塞桿外徑d的大小。 已知條件：F=24030N, P=4MPa，所以活塞桿的計(jì)算值為：  （2-30） 式中?為液壓缸機(jī)械效率，考慮到摩擦等，機(jī)械效率?取值為0.9。 將計(jì)算的液壓缸內(nèi)徑D的值圓整到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2348-80，取優(yōu)先選用值系列，確定D=100mm。 活塞桿直徑d根據(jù)選擇的速比可由缸筒內(nèi)徑D求得。速比不宜過大，容易引起壓力沖擊。反之，速比過小時(shí)，則導(dǎo)致活塞桿較細(xì)，對(duì)穩(wěn)定性不利。

41、故數(shù)系中取速比 則與之相對(duì)應(yīng)有：。 （ 2-31） 表2.5 缸筒內(nèi)徑D尺寸系列（GB2348-80)(mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 50 630 注：1.括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用者 由缸筒內(nèi)徑D和活塞桿直徑d可計(jì)算無桿腔面積A1和

42、有桿腔面積A2： （2-31） 2.4.4 液壓缸行程 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來確定，由2.2.6節(jié)的內(nèi)容，液壓缸行程L取值為L(zhǎng)=1000mm。 2.5 液壓筒設(shè)計(jì) 2.5.1 缸筒材料 對(duì)應(yīng)于前文所選缸筒與缸底焊接的連接方式，本文中選擇焊接性能較好的35號(hào)無縫鋼管。 2.5.2 缸筒厚度或外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚

43、壁圓筒。強(qiáng)度條件是液壓缸的壁厚計(jì)算的依據(jù)。如同“木桶原理”中最短板決定木桶容量，缸筒最薄處厚度作為其壁厚。缸筒內(nèi)部受壓且內(nèi)應(yīng)力分布隨壁厚變化。本文中液壓缸的壁厚由所選確定的液壓缸工作壓力和缸筒材料的許用應(yīng)力根據(jù)薄壁圓筒公式計(jì)算，其過程如下所示： （采用無縫鋼管） ，取 (無縫鋼管),取 則 （2-32） 3mm的壁厚顯然過小，這樣的缸體很有可能滿足不了所需的剛度和強(qiáng)度，又由于液壓缸行程較長(zhǎng)，導(dǎo)致薄壁液壓缸體的穩(wěn)定性也可能不夠，所以當(dāng)外載荷如裝夾力、金屬切削力以及外負(fù)載超過一定限度時(shí)，液壓缸構(gòu)件

44、將被破壞可能發(fā)生卡死或漏油等故障。所以我們用經(jīng)驗(yàn)法選取壁厚。 2.5.3 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支承面中點(diǎn)的距離S稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使液壓缸的初始撓度 （間隙引起的撓度） 增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。為減小活塞桿伸出時(shí)于缸體軸線的偏斜，液壓缸應(yīng)該有合理的導(dǎo)向長(zhǎng)度。因?yàn)榛钊谐蘈=10D，行程長(zhǎng)，查閱液壓缸的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)表格，初步設(shè)計(jì)可取活塞桿在液壓缸的導(dǎo)向支承長(zhǎng)度S應(yīng)滿足：。 2.5.4 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到

45、兩端端蓋的厚度。從液壓缸運(yùn)動(dòng)原理出發(fā)，活塞在液壓缸中來回運(yùn)動(dòng)所占的空間長(zhǎng)度即為液壓缸體長(zhǎng)度，即包括活塞行程以及活塞寬度。通常情況下，缸體的長(zhǎng)度應(yīng)滿足小于或等于缸體內(nèi)徑倍的條件。 即： L+B+S=1000+80+100=1180mm 缸體長(zhǎng)度≤（20-30）D=（2000-3000）mm 可取缸體長(zhǎng)度為1250mm。 2.6 缸底和缸蓋設(shè)計(jì) 2.6.1 缸底蓋和缸上蓋的材料 A、缸底蓋 缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)，一般液壓缸多為平底缸蓋，為保證焊接時(shí)良好的工藝性，本文中保持缸筒與缸

46、底蓋之間材料的一致性，故缸底蓋同樣選擇焊接性能良好的35號(hào)鋼。 B、缸上蓋 與封閉的缸底蓋相對(duì)，缸上蓋與活塞桿之間有配合接觸面，活塞來回往復(fù)的運(yùn)動(dòng)都穿過缸上蓋，所以一般配有導(dǎo)向套、密封圈等零件，同時(shí)因?yàn)樯仙w“開口”故還有防塵圈以及必要的鎖緊裝置。本文中缸蓋材料選常用的35號(hào)鋼鍛件，鎖緊裝置則選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且應(yīng)用越來越廣泛的鎖緊鋼絲，導(dǎo) 向 套則選擇單獨(dú)制造后壓進(jìn)缸 蓋 內(nèi) 孔。 2.6.2 缸蓋厚度 一般情況下，按照強(qiáng)度要求缸蓋（設(shè)為平底缸蓋）的有效厚度可近似計(jì)為如下不等式： （2-33） 式中：D-缸蓋止口內(nèi)徑（mm） T-缸蓋有效厚度（mm）

47、本設(shè)計(jì)根據(jù)液壓缸的基本參數(shù)D與d的值，取缸蓋厚度為。 2.7 油口設(shè)計(jì) 液壓缸的進(jìn)、出油口，可布置在端蓋或缸體上。對(duì)于活塞桿固定的液壓缸，進(jìn)、出油口可設(shè)在活塞桿端部。如果液壓缸無專用的排氣裝置，進(jìn)、出油口應(yīng)設(shè)在液壓缸的最高處，以便空氣能首先從液壓缸排出。進(jìn)、出油口的形式一般選用螺孔或法蘭連接。油液從管路中流進(jìn)液壓缸需要經(jīng)過油口孔，所以油口孔的設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否直接關(guān)系到液壓系統(tǒng)工作性能的好壞。若油口過小，則油液“進(jìn)退無門”，若是進(jìn)油方面會(huì)供不應(yīng)求，支腿液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)不到要求，而回油方面則“交通堵塞”，導(dǎo)致原本小背壓增大，活塞退回速度減緩，所以整個(gè)系統(tǒng)承載 能 力將會(huì)降低。 本文中液壓缸的

48、兩個(gè)油口分別設(shè)置在缸底蓋和缸筒上，缸底蓋上的油口孔直接在缸蓋上鉆孔，而缸筒靠近缸口部分的油口則是在缸筒上焊接一段管道再鉆油口孔，且兩端油口都采用螺紋連接，由于本設(shè)計(jì)中液壓缸工作壓力小于16MPa,查閱單桿液壓桿油口安裝尺寸表（表2.6），本文確定兩端油口尺寸為M27x2。 表2.6 單桿液壓缸安裝尺寸 （IS08138）（mm） 缸體內(nèi)徑D 進(jìn)、出油口 缸體內(nèi)徑D 進(jìn)、出油口 25 M141.5 80 M272 32 M141.5 120 M272 40

49、 M181.5 125 M272 50 M221.5 160 M332 63 M221.5 200 M422 2.8 活塞組件設(shè)計(jì) 2.8.1 活塞組件材料 A、活塞?；钊牧弦话悴捎娩摶蚴氰T鐵，有時(shí)候也采用鋁合金。 B、活塞桿。作為關(guān)鍵傳力構(gòu)件，活塞桿在負(fù)載變壓力的作用下不能被折斷，需要有抵抗破壞和變形的能力，即要滿足工作所需的剛度和強(qiáng)度?；钊麠U的結(jié)構(gòu)分為實(shí)心和空心兩種，當(dāng)活塞桿夠粗達(dá)到60mm以上時(shí)，可以采用空心。本文中選用實(shí)心的，采用45號(hào)鋼。 2.8.2 活塞寬度

50、活塞寬度與系統(tǒng)油壓和液壓缸筒內(nèi)徑有關(guān)，適當(dāng)?shù)幕钊麑拵鼙ＷC活塞和活塞桿的穩(wěn)定性，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般取活塞寬度B為B=（0.6-1.0）D 本文中有： ， 取。 2.8.3 活塞組件的密封和支承方式 A、密封 活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。不同于普通的液壓缸，伺服缸要求更高，摩擦要小，且要避免爬行現(xiàn)象，保證液壓缸的運(yùn)動(dòng)精度，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要好，要防止滯澀，滿足這些條件才能達(dá)到伺服控制系統(tǒng)對(duì)精度的要求。而在液壓技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備均已非常成熟的現(xiàn)在，液壓缸的性能很大程度上取決于密封裝置的設(shè)計(jì)?；钊麠U處的

51、密封形式有O 形、V 形、Y 形和 Yx形密封圈。為了清除活塞桿處處露部分沾附的灰塵、保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈。常用的有無骨架防塵圈和J 形橡膠密封圈，也可用毛氈圈防塵。 對(duì)于密封元件，本文中選用常見的O行密封圈，并配置左右擋圈。O型密封圈動(dòng)、靜密封皆可以，靜密封時(shí)可選擇截面積較小的密封圈，動(dòng)密封時(shí)則選擇截面積較大的密封。O形密封圈屬于自封式壓緊型密封，其“自封作用”對(duì)防止泄露很有效，且其形狀十分簡(jiǎn)單，制造容易，成本低廉，具有良好的密封性，使用范圍寬，而且動(dòng)密封可達(dá)35Mpa。 B、支承和導(dǎo)向 起支承和導(dǎo)向作用的截面為矩形的滑動(dòng)環(huán)簡(jiǎn)稱支承導(dǎo)向環(huán)，也稱漲圈或耐磨環(huán)。它用

52、在活塞上其支承和導(dǎo)向作用時(shí)，通常稱支承環(huán)，而用在活塞桿上主要起導(dǎo)向作用時(shí)，通常稱導(dǎo)向環(huán)。支承導(dǎo)向環(huán)的作用除支承和導(dǎo)向作用外，還避免了活塞與缸體、活塞與缸蓋之間的磨損，保持缸體與活塞、活塞桿與缸蓋之間的同軸度?；钊麠U導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密

53、封性能。支承導(dǎo)向環(huán)是標(biāo)準(zhǔn)化的元件，活塞用支承環(huán)和活塞桿導(dǎo)向環(huán)尺寸系列和公差見國(guó)標(biāo)(GB/T15242.1-1994),相應(yīng)的溝槽尺寸系列和公差均見國(guó)標(biāo)(GB/T15242.4-1994)。查之可得： 活塞用支承環(huán)：D1=100 δ=2.5 b=7.9 活塞桿用導(dǎo)向環(huán)：d1=56 δ=2.5 b=7.9。 2.9 緩沖和排氣裝置 A、緩沖裝置 液壓缸帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，因運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量較大－運(yùn)動(dòng)速度較高，則在到達(dá)行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程未端設(shè)置緩沖裝置。當(dāng)活塞的運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量較大或其有較高的運(yùn)動(dòng)速度（u≥

54、12m/min）時(shí)，隨之其慣性力也較大,活塞運(yùn)動(dòng)到行程始末端時(shí)動(dòng)量發(fā)生較大改變，即對(duì)缸體產(chǎn)生所謂的沖擊，碰撞劇烈時(shí)是會(huì)形成噪音，甚至系統(tǒng)液壓元件的損壞。 為解決上述沖擊的不利作用，通?？梢圆捎脙煞N措施。其一是采用外加，即在液壓回路中設(shè)置具有類似制動(dòng)作用的減速閥等緩沖裝置；其二則是采取內(nèi)改，即對(duì)液壓缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)諸如利用縫隙節(jié)流的原理設(shè)計(jì)緩沖裝置。本設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部緩沖裝置中的環(huán)形固定節(jié)流縫隙緩沖裝置。 B、排氣裝置 對(duì)于穩(wěn)定性要求較高的大型液壓缸，需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。工作狀態(tài)下，有的液壓缸可能產(chǎn)生爬行或振動(dòng)等損害系統(tǒng)的不良現(xiàn)象，此外，情況嚴(yán)重時(shí)還有可能伴隨發(fā)熱和噪聲等

55、，這是很可能因?yàn)楦變?nèi)殘留有氣體沒有被及時(shí)排除所造成的。為把缸內(nèi)聚集的氣體排放到缸外，通常是根據(jù)空氣輕液壓油重的原理，占據(jù)缸內(nèi)的“制高點(diǎn)”-在最高位置布置諸如排氣閥等排氣的裝置，或在前述位置設(shè)置油口，讓較輕空氣自然的在液壓油的作用下出來缸外。排氣閥一般安裝在液壓缸兩端的最高處。雙作用液壓缸需裝設(shè)兩個(gè)排氣閥。當(dāng)液壓 缸需要排氣時(shí)，打開相應(yīng)的排氣閥，空氣連同油液經(jīng)過錐部縫隙和小孔排出缸外，直至連續(xù)排油時(shí) （不冒氣），就將排氣閥關(guān)死。 2.10 液壓缸用耳環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)使用部位不同，耳環(huán)分為桿用耳環(huán)和缸體用耳環(huán)兩種。桿用耳環(huán)安裝在活塞桿的外端，通常用螺紋連接，其安裝結(jié)構(gòu)如表2.

56、7所示。缸體用耳環(huán)一般是固定在缸體的后部，也有固定在缸體中部。其結(jié)構(gòu)與桿用耳環(huán)相同。本文中與液壓缸底蓋相連接的耳環(huán)選擇單耳環(huán)不帶軸套類型。根據(jù)表2.8，可確定出本文所用單耳環(huán)各部分的具體尺寸。 表2.7 桿用（缸體用）耳環(huán)結(jié)構(gòu) 耳環(huán)類型 耳環(huán)簡(jiǎn)圖 耳環(huán)類型 耳環(huán)簡(jiǎn)圖 單耳環(huán) （不帶軸套） 單耳環(huán)（帶軸套） 球鉸耳環(huán) 雙耳環(huán) 表2.8 桿用單耳環(huán)安裝尺寸（ISO／DIS8133）（mm） 型號(hào) 活

57、塞桿 直接 缸筒 內(nèi)徑 公稱力 （N） φKK CK H9 EM H13 ER max CA Js13 AW min LE min 10 12 25 8000 M121.25 10 12 12 32 14 13 12 14 32 12500 M121.25 12 16 17 36 16 19 16 18 40 20000 M121.25 14 20 17 38 18 19 20 22 50 32000 M121.25 20 30 29 54 22 32

58、25 28 63 50000 M121.25 20 30 29 60 28 32 30 36 80 8000 M121.25 28 40 34 75 36 39 40 45 100 125000 M121.25 36 50 50 99 45 54 50 56 125 200000 M121.25 45 60 53 113 56 57 60 70 160 320000 M121.25 56 70 59 126 63 63 80 90 200 500000 M121.2

59、5 70 80 78 168 85 83 根據(jù)以上所確定的上下平臺(tái)尺寸，液壓缸長(zhǎng)度及各組件的尺寸，先用CATIA進(jìn)行各部件的三維建模，然后進(jìn)行裝配，再生成所需要的零件二維圖和裝配二維圖，然后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定出各零件圖的尺寸公差和幾何公差，完成二維零件圖，液壓缸裝配圖，平臺(tái)裝配圖的標(biāo)注。至此，本次裝載機(jī)模擬器并聯(lián)三自由度平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作基本完成。 第三章 結(jié)論與展望 3.1 全文總結(jié) 本文綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)模型轉(zhuǎn)載機(jī)模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的性能指標(biāo)要求，對(duì)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行研究并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文的主要工作

60、如下： 首先，本文基于空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)理論，確定一種能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)平動(dòng)的空間三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)。其次，針對(duì)裝載機(jī)模擬器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)要求，通過建立相關(guān)坐標(biāo)系，確定出相關(guān)數(shù)學(xué)關(guān)系，并通過一系列運(yùn)算，求出三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各部分的尺寸。再次，在平臺(tái)的主要尺寸確定后，本文還對(duì)平臺(tái)支腿中的最主要部件——液壓缸，進(jìn)行了細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。 3.2 課題展望 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，城市規(guī)劃及建設(shè)的進(jìn)程日益加快，裝載機(jī)是工程建設(shè)中必不可少的工程機(jī)械，隨著裝載機(jī)需求的增加，裝載機(jī)駕駛員的需求量也在增加。然而，由于裝載機(jī)的工況復(fù)雜、駕駛裝載機(jī)要兼顧工作裝置的狀態(tài)以及車身的狀態(tài)、同時(shí)工作過程具有一定

61、的危險(xiǎn)性，使得培訓(xùn)一名合格的裝載機(jī)駕駛員成本巨大、困難重重。設(shè)計(jì)一種裝載機(jī)模擬器，可以解決在培訓(xùn)裝載機(jī)駕駛員過程中的諸多問題。它可令學(xué)員盡快掌握理論知識(shí)和基本操作技能，使學(xué)員的心理素質(zhì)和應(yīng)激能力得到綜合訓(xùn)練；節(jié)省實(shí)際上機(jī)訓(xùn)練時(shí)間，減少學(xué)員真機(jī)訓(xùn)練時(shí)的意外事故。裝載機(jī)模擬器占地小、耗能低、不受環(huán)境制約卻可模擬任何極端工況，有效減輕了裝載機(jī)駕駛員培訓(xùn)時(shí)日常運(yùn)作的人力、物力及財(cái)力負(fù)擔(dān)，提高培訓(xùn)效率、節(jié)約培訓(xùn)成本。由于三自由度平臺(tái)可以提供駕駛模擬所需的主要?jiǎng)痈刑匦?，加之?qū)動(dòng)關(guān)節(jié)少，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在駕駛模擬器中的應(yīng)用越來越廣泛。 隨著駕駛模擬器的發(fā)展，用戶針對(duì)模擬器提出了更高的要求，除了進(jìn)一步提高平

62、臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能，如今，越來越多的用戶開始關(guān)注駕駛模擬的真實(shí)感，總之，如何讓用戶更為舒適，更為真實(shí)地完成駕駛訓(xùn)練，這些工作都有待進(jìn)一步研究，許多科學(xué)家也正在進(jìn)行相關(guān)探索，科學(xué)也是一座珠穆朗瑪峰，我們正在攀登的道路上，任重而道遠(yuǎn)。 鑒于本人水平有限，本次設(shè)計(jì)難免有紕漏甚至是嚴(yán)重錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位老師及同學(xué)批評(píng)指正。 致謝 四年的本科學(xué)習(xí)生活即將過去，炎炎夏日，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于要收稿了。回顧過去四年的大學(xué)學(xué)習(xí)的歷程，不禁心潮澎湃。四年來，在吉大南嶺不僅學(xué)到了很多科學(xué)前沿知識(shí)和解決問題的方法技能，也感受到了當(dāng)求知路上遇到的疑問和困惑一一解開時(shí)帶了的興奮和喜悅。吉大南嶺校區(qū)

63、的老師和同學(xué)繼承了吉林工大的優(yōu)良傳統(tǒng)，他們對(duì)工作的嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、對(duì)知識(shí)的渴求，對(duì)我產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。 光陰似箭，來也匆匆，去也匆匆，轉(zhuǎn)眼間就要離開學(xué)校了，值此畢業(yè)之際，有許多人需要感謝。 首先，我要感謝擔(dān)當(dāng)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)的崔玉鑫老師。崔老師不僅擁有淵博的知識(shí)，敏銳的洞察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度，而且平易近人，和藹可親。感謝崔老師在選題方面的幫助，本課題在結(jié)合學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上知識(shí)性也很豐富，為接下來的畢業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一個(gè)良好的開端。在接下來的研究學(xué)習(xí)過程中，崔老師也給予了悉心的指導(dǎo)，傳道授業(yè)，答疑解惑，設(shè)計(jì)過程中每次遇到不懂的問題，只要跟崔老師溝通，都會(huì)得到滿意的解答。崔老師讓我

64、在大學(xué)生涯的最后階段得到一大提升，在此，謹(jǐn)向我尊敬的畢設(shè)導(dǎo)師崔玉鑫老師表示由衷的感謝和真誠(chéng)的敬意！ 然后，在四年的大學(xué)本科學(xué)習(xí)生活中，機(jī)械學(xué)院的老師們給了我熱情的指導(dǎo)和幫助，他們諄諄教導(dǎo)，不厭其煩，循循善誘，不僅教會(huì)了我很多科學(xué)文化知識(shí)，還教會(huì)了我許多為人處事之道，在此，我向他們表示深深的謝意！ 此外，四年豐富而又愉快的大學(xué)學(xué)習(xí)生活，同學(xué)、朋友、和師兄弟姐妹都給了我很多幫助，給我?guī)砹嗽S許多多的歡樂，感謝你們！ 另外，感謝我的親人，是他們對(duì)我的支持、鼓勵(lì)與默默奉獻(xiàn)，才使得我順利完成學(xué)業(yè)。 最后，我還要感謝母校對(duì)我的栽培與呵護(hù)，豐富了我的知識(shí)，更豐富了我的人生。在吉林大學(xué)度過的美好時(shí)光，

65、值得我用一生去珍藏和回味！ 參考文獻(xiàn) [1] 劉顯峰．某型戰(zhàn)機(jī)飛行模擬器三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010 [2] 羅文豹．一種三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研究及實(shí)現(xiàn)[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2011 [3] 張振濤.三自由度并聯(lián)機(jī)器人分析與設(shè)計(jì)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2008,6 [4] 苗成義，三自由度并聯(lián)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)工程設(shè)計(jì)及研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2004 [5] 徐達(dá)偉．液壓缸端蓋與缸筒的連接形式. 液壓與氣動(dòng)，1987，（4）：39-42 [6] 張楠，張立新

66、．王道明，楊碩，于凌濤，于鵬.3-RPS并聯(lián)機(jī)器人靜力學(xué)研究及仿真[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱工學(xué)報(bào)，2012,8 [7] 張彥斌，黨玉功.一類3自由度并聯(lián)空間機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析[D].河南：河南科技大學(xué)，組合機(jī)床與自動(dòng)加工技術(shù)，2011，2 [8] 方躍法，黃真.三自由度3-RPS并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析[D].燕山大學(xué)：機(jī)械科學(xué)與技術(shù)第16卷第1期，1997,1 [9] 王旭永，王顯正等.三自由度并聯(lián)平臺(tái)位置逆解和分析[D].上海：上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998,（1）:102-104 [10] 方躍法，黃真，孔令富.并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)理論及控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997,3:1-11,303-315 [11] 邱志成，譚大龍，趙明楊，并聯(lián)機(jī)器人研究現(xiàn)狀[J].研究研發(fā).2006，（6）：86-87 [12] 徐文輝.三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的計(jì)算和試驗(yàn)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006,6 [13] 黃真，趙永生，趙鐵石.高等空間機(jī)構(gòu)學(xué)[M].北京：高等教育出版社出版，2006:238-2