1.一種基于對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的振動(dòng)聲混合平臺(tái)設(shè)計(jì)方法,其特征在于,包括以下步驟:
A、確定平臺(tái)負(fù)載:確定平臺(tái)負(fù)載m,0kg<m≤50kg;
B、確定平臺(tái)最大加速度:確定平臺(tái)所需達(dá)到的最大加速度amax,10g≤amax≤200g,其中g(shù)為重力加速度;
C、確定平臺(tái)振動(dòng)頻率:平臺(tái)振動(dòng)頻率為f,0Hz<f≤200Hz;
D、確定曲柄旋轉(zhuǎn)角頻率:曲柄角頻率為ω,ω=2πf;
E、確定連桿比:連桿比為λ,0.1≤λ≤0.6;
F、確定曲柄半徑:曲柄半徑為R;
對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)工作過程中滑塊加速度大小可以表示為:
a=Rω2(cosα+λcos2α),其中α為曲柄擺角;
1)λ≤0.25時(shí),加速度a有兩個(gè)極值:其中α=kπ(π為奇數(shù))時(shí),有極小值,為amin=Rω2(λ-1);其中α=2kπ(π為整數(shù))時(shí),有極大值,為amax=Rω2(λ+1);
2)λ>0.25時(shí),加速度a有三個(gè)極值:其中α=kπ(π為奇數(shù))時(shí),有極大值,為Rω2(λ-1);其中α=2kπ(π為整數(shù))時(shí),有極大值,為Rω2(λ+1);其中α=2kπ+arccos(-1/(4λ))(π為整數(shù))時(shí),有極小值,為Rω2(λ+1/(8λ));
對(duì)于加速度a,正負(fù)號(hào)代表方向,絕對(duì)值代表大小,設(shè)計(jì)中確定平臺(tái)所需達(dá)到的最大加速度amax指加速度的大小為amax;
因此,根據(jù)amax=Rω2(λ+1)以及步驟B、步驟D、步驟E確定的amax、ω、λ可以求得曲柄半徑R;
G、確定連桿長度:連桿長度為L,L=R/λ;
H、確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量及分布:驅(qū)動(dòng)電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī),數(shù)量為N,2≤N≤6,呈中心對(duì)稱分布;
I、確定電機(jī)扭矩:電機(jī)扭矩為M;電機(jī)扭矩可根據(jù)以下步驟確定:
滑塊有效壓力F=m×g+m×a,連桿最大壓力Fl=F/cosβ,其中β為連桿擺角,驅(qū)動(dòng)混合平臺(tái)所需的力矩M=Fl×sin(α+β)×R=(F/cosβ)×sin(α+β)×R=m×R×(g+Rω2(cosα+λcos2α))×(sinα+λsinαcosα/(1-λ2sin2α)0.5);通過數(shù)值解求得扭矩最大值Mmax,每臺(tái)電機(jī)所需扭矩M=Mmax/N??紤]到計(jì)算過程中未將平臺(tái)及各零件自身質(zhì)量計(jì)入,電機(jī)扭矩需乘以一個(gè)安全系數(shù)κ,κ=1.5-3;
J、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì):每臺(tái)電機(jī)均配備控制器,所有控制器連接至一臺(tái)多軸運(yùn)動(dòng)控制器,多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接上位機(jī);上位機(jī)集成最大加速度amax隨時(shí)間t變化的混合程序。