عنوان

تحلیل دینامیکی و ارتعاشاتی مکانیزم ماشین ابزار موازی‮‭PR(Pa)R -۲-PR(Pa)U- ۲‬

Number

‭۱۸۴۶۹پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تحلیل دینامیکی و ارتعاشاتی مکانیزم ماشین ابزار موازی‮‭PR(Pa)R -۲-PR(Pa)U- ۲‬

First Statement of Responsibility

/سجاد پاکزاد

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فنی و مهندسی مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۶‬

Name of Manufacturer

، افشاری

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی مکانیک گرایش ساخت و تولید

Date of degree

‮‭۱۳۹۶/۱۱/۱۶‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

ماشین‌های سینماتیکی موازی، ساختارهای حلقه بسته‌صای هستند که دارای دقت، سفتی و توانایی تحمل بارهای زیاد می-باشند .سینماتیک این مکانیزم‌صها به‌صخاطر ساختار حلقه بسته، پایه‌های موازی، قیود مفصلی و قیود حرکتی که دارند، پیچیده‌تر می‌صباشد .مکانیزم‌های موازی دارای محدودیت‌هایی نظیر نامنظم‌صبودن فضای‌صکاری، وجود نقاط تکین در آن فضا و سیستم کنترلی پیچیده می‌باشند که برای استفاده مناسب از این نوع مکانیزم‌صها بایستی مورد مطالعه و تحلیل قرار بگیرند .ربات‌صهای موازی شش صدرجه صآزادی، به‌صطورکلی از یک فضای‌صکاری کوچک، طراحی مکانیکی پیچیده و کنترل و ایجاد حرکت دشوار به‌صخاطر آنالیز سینماتیکی پیچیده خود رنج می‌برند .برای غلبه بر این نواقص، از ساختارهای جدید مکانیزم-های موازی با کمتر از شش صدرجه صآزادی استفاده می‌صشود .در این رساله روابط سینماتیکی، فضای کاری، دینامیکی و ارتعاشاتی یک ماشین ابزار چهار درجه آزادی بر پایه مکانیزم موازی مورد مطالعه و تحلیل قرار گرفته است .بدین منظور ابتدا روابط سینماتیک معکوس این مکانیزم به‌دست آمده و الگوریتم جستجو برای محاسبه فضای کاری پیاده سازی شده است .روابط سینماتیکی بدست آمده با تعریف یک مسیر مشخص برای سکوی متحرک، موقعیت سرعت و شتاب محرکه‌صها و سرعت و شتاب زاویه‌صای پایه‌صها را بدست می‌صدهد که نمودارهای بدست آمده از روش تحلیلی با شبیه سازی مکانیزم در ماژول حرکتی نرم افزار سالیدورکس و استخراج نمودارهای مذکور صحه گذاری شده است .خطای مقایسه نتایج نمودارهای بدست آمده از دو روش تحلیلی و شبیه سازی سینماتیک معکوس کمتر از ‮‭۵‬ درصد می‌صباشد .همچنین فضای کاری بدست آمده توسط روش تحلیلی با مدلسازی مکانیزم در نرم افزار سالیدورکس و تست عملی صحه گذاری شده است .تحلیل سفتی مکانیزم برای شناخت تاثیر تغییر موقعیت سکوی متحرک بر روی سفتی سکوی متحرک بررسی شده است .با تغییر موقعیت سکوی متحرک در صفحه افقی ‮‭XY‬ تغییرات سفتی در حدود ‮‭۳۰‬ درصد رخ می‌صدهد .همچنین با تغییر موقعیت سکوی متحرک در راستای محور ‮‭Z‬ بدلیل بالا یا پایین رفتن همه لغزنده‌صها در ریل‌صها بیشترین تغییر در سفتی معادل سکوی متحرک ایجاد شده که در حدود ‮‭۷۰‬ درصد رخ می‌صدهد .همچنین با توجه به اینکه شعاع پایه‌صهای کنونی مکانیزم ‮‭۷.۵‬ میلی متر می‌صباشد تحلیل تغییر قطر پایه‌صها و اثرات آن بر روی سفتی سکوی متحرک و الزام این تغییر بررسی شده است .تحلیل دینامیک معکوس مکانیزم پیشنهادی با روش نیوتن- اویلر با احتساب نیروهای خارجی انجام شده و نیروهای وارد بر پایه‌صها نیز بدست آمده است .سپس به منظور تأیید روابط سینماتیکی و دینامیکی، شبیه‌صسازی کامپیوتری مکانیزم به کمک ماژول سیم مکانیک در نرم افزار متلب انجام شده است .که نتایج مدل تحلیلی و مدل سیم مکانیک تقریبا برابر هستند و بیشترین خطای مابین مدل تحلیلی و سیم مکانیک از ‮‭۰.۱‬ نیوتن تجاوز نکرده است که این نشان دهنده صحت مدل دینامیکی ارائه شده است

Text of Note

Parallel kinematic machines, are closed loop structures which have more accuracy, stiffness and ability to withstand high loads. Kinematic of these mechanisms is complicated due to their closed loop structure, parallel pods, joint constraints and movement constraints. This research proposes a new parallel mechanism that has four degrees of freedom. Mechanism kinematic analysis of 2-PR (Pa) U-2-PR (Pa) R parallel machine tools, which includes inverse analysis is fully addressed in this research and it is operated in MATLAB software and it is verified by SolidWorks software. Workspace of the mechanism is obtained by extracting analytical relations and consequently computational programs are written in MATLAB software. For this purpose, using a search algorithm, mechanism workspace is calculated. Then, to evaluate the correctness of the obtained results of workspace analysis, a suggested mechanism is simulated in SolidWorks software and obtained workspace is validated in this study. Also position kinematic and workspace analysis results are verified experimentally. Then, stiffness of the mechanism based on deflection of the different components of structure under external torque and forces on the moving platform was obtained. By the different positions of moving platform the Jacobean matrix and load distribution are changed and then the stiffness matrix are changed too. Also the stiffness of mechanism in different positions of workspace are derived. The influence of different radius of pods on the stiffness of moving platform are investigated. By employing the Newton-Euler method and considering frictional, inertial and machining forces, dynamics of the mechanism is analyzed. Afterwards a Simulated dynamic model of the presented mechanism is developed utilizing SimMechanics, and for a specified trajectory of the moving platform, the applied forces are determined via two above mention methods. The results showed that the two analytical and simulated models are in close accordance with together. Also, results indicated that for different trajectories, the difference between the analytical model and the simulated one was less than 0.1(N), which designates the accuracy of the model. In this research the vibration equations of the new parallel mechanism have been derived by analytical approach. All the kinematic chains of the mechanism have been taken into consideration to achieve the coupled system of equations. To extract mechanism natural frequencies, modal analysis is carried out using three methods including analytical, finite element (FEM) and experimental method on parallel mechanism which has four degrees of freedom including three linear motion along the x, y and z axes and a rotary motion about x axis. In the designed parallel mechanisms, while positioning, displacement of moving platform will lead to alter the natural frequencies and vibration modes of mechanisms. Therefore in positioning mechanisms, predicting the vibrations and preventing its occurrence is necessary. By dividing mechanism workspace, modal analysis is performed on a 12 positions and consequently four of first vibration modes of mechanism are obtained. It is worth noting that all the frequencies obtained from three methods had little differences. By changing the position of the moving platform on the horizontal plane, the position of some sliders in the rails is lowered, while others are rising. Therefore, the equivalent stiffness of each chain could be reduced by sliding down and increasing as it ascends. Therefore, by changing the position of the moving platform in the horizontal XY plane, small changes occur at natural frequencies. It was also concluded that by changing the position of the moving platform in the direction of the Z axis, the greatest changes are occurred both in the equivalent stiffness of the moving platform and their natural frequencies. Also, to avoid resonance conditions and safe machining, conditions of machining such as cutting tools with specific edge number, rotational speed of the tool should be selected over the obtained natural frequencies limit. The influence of different radius of pods on the natural frequencies of moving platform are investigated. Forced vibration analysis of parallel mechanism machine tool structure with introducing effective harmonic loads in machining operations has been considered in this research. The forced vibration analysis has been illustrated with the sinusoidal forces acting on the moving platform and the resultant resonance peaks and frequencies have been estimated. Finally the results have been verified by FEM forced vibration analysis in Ansys and experimental tests. Thus, upper positions of the platform on different points of horizontal plane will benefit semi-rough machining the most and lower positions in different points of the horizontal plane will benefit high-speed machining and finishing the most

پاکزاد،سجاد

محبوب خواه،مهران، استاد راهنما

همایون صادقی،مرتضی، استاد مشاور

اتفاق،میر محمد، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی