【摘要】：隔振技術作為振動控制技術領域的重要分支，在現(xiàn)代機械振動控制領域扮演著越來越重要的角色。隨著科學技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對于隔振技術的應用和發(fā)展提出了越來越高的要求，隔振技術也由傳統(tǒng)的被動隔振技術發(fā)展到現(xiàn)今的主動隔振技術，而作動器作為主動隔振技術的主要元件，一直是各國學者所關注和研究的熱點。 氣動肌肉是一種新興的醫(yī)學仿生和氣動執(zhí)行元件，在世界醫(yī)學和工業(yè)領域已經取得了廣泛的應用。本文將氣動肌肉引入隔振領域，把氣動肌肉作為隔振系統(tǒng)作動器，從而構建了新型的隔振系統(tǒng)。本文基于現(xiàn)有的研究基礎，在完整的氣動肌肉理想輸出力的基礎上，進一步分析考慮各個誤差因素的影響，得到了更為精確的氣動人工肌肉數(shù)學模型。通過仿真和實驗分析了氣動人工肌肉動態(tài)和靜態(tài)特性，并運用并聯(lián)近奇異低剛度系統(tǒng)原理，搭建了基于氣動人工肌肉的并聯(lián)近奇異隔振系統(tǒng)，完成了隔振系統(tǒng)特性和效果的分析和實驗。 首先，基于目前已存在氣動人工肌肉研究的理想數(shù)學模型，綜合考慮實際條件下，氣動肌肉末端變形、內部摩擦及橡膠的彈性變形等因素的影響，進一步修正了氣動人工肌肉數(shù)學模型，從而獲得較為完整的氣動人工肌肉數(shù)學模型。結合氣動人工肌肉數(shù)學模型，對氣動肌肉的剛度、輸出力等基本特性進行理論分析及仿真實驗研究，并通過所得到的實驗數(shù)據(jù)進一步修正了氣動人工肌肉數(shù)學模型。從而獲得了氣動人工肌肉較為的理想的靜態(tài)和動態(tài)剛度表達式，為氣動人工肌肉作為主動作動器搭建的隔振系統(tǒng)的理論和實驗分析奠定了堅實的基礎。 其次，通過對并聯(lián)機構的奇異位形的綜合分析，定義了奇異接近度指標，為系統(tǒng)近奇異狀態(tài)下低剛度、變剛度分析和隔振效果的評價提供了技術指標�；诘玫降臍鈩尤斯ぜ∪鈹�(shù)學模型和并聯(lián)結構的幾何結構位形，建立了并聯(lián)近奇異隔振系統(tǒng)的數(shù)學模型，對搭建的并聯(lián)隔振系統(tǒng)進行了自由振動實驗和仿真研究，并通過隔振系統(tǒng)自由振動實驗數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)進一步分析系統(tǒng)特性，同時，對實驗和仿真數(shù)據(jù)進行對比分析，從而驗證了氣動人工肌肉數(shù)學模型并聯(lián)隔振系統(tǒng)數(shù)學模型的正確性和準確性。 最后，基于已得到驗證的氣動人工肌肉數(shù)學模型和并聯(lián)隔振系統(tǒng)的動力學模型進行實驗及仿真研究；并且搭建了隔振實驗平臺，進行了系統(tǒng)的隔振實驗，通過系統(tǒng)奇異接近度指標和系統(tǒng)剛度參數(shù)的不斷調整、檢測和優(yōu)化隔振系統(tǒng)的隔振效果，最終得到了并聯(lián)低剛度系統(tǒng)隔振效果的最優(yōu)解，從而證明了隔振系統(tǒng)數(shù)學模型的正確性和近奇異變剛度隔振原理的可行性，也為主動變剛度隔振和抗沖技術研究奠定了研究基礎。
【圖文】：

1.1.2 隔振技術發(fā)展歷程振動控制技術的起源伴隨機械結構的誕生而來，自原始的機械結構誕生以來，人們便有意識的去控制和降低機械結構的振動。直到十七世紀末期，振動控制技術這一概念在西方學術界才被正式提出，并很快成為大家所公認的技術理念。而隨著科學技術的不斷發(fā)展和提高，振動控制技術得以不斷的發(fā)展，五十年代末六十年代初振動主動控制技術開始被提出研究，直至七十年代，振動主動控制技術才成為研究的熱點，并逐步開始應用于工程領域中。八十年代中后期，，該技術進入快速發(fā)展階段，各種理論和研究成果不斷問世，航天、航海、車輛及建筑行業(yè)的振動控制實例不斷增加[3]，其經典應用范例如圖 1-1 所示。

十八世紀九十年代末期，德國的 FESTO 公司推出了一款新型的氣動人工肌商品，該產品被稱為 Fluidic Muscle，這種型號的氣動人工肌肉所具有的最大特色就是向橡膠筒的橡膠中直接嵌入經過硫化的纖維編織網，這種技術手段大增加了氣動人工肌肉的工作疲勞壽命[16]。費斯托公司所推出的氣動人工肌肉借其優(yōu)良的性能，逐步的被廣泛應用于現(xiàn)代化生產的各個領域。McKibben 型動肌肉是目前獲得應用最為廣泛的氣動人工肌肉，也是目前現(xiàn)有的公開發(fā)表相文獻期刊介紹和研究最多的一類氣動肌肉。McKibben 肌肉外形呈現(xiàn)為圓筒狀構，內部結構大致為橡膠筒的兩端部和編織纖維層的兩端部與兩端的連接堵頭件緊密固定連接，同時堵頭附件還用于實現(xiàn)力的傳導和密封的作用。FESTO產的 McKibben 氣動人工肌肉采用橡膠和尼龍纖維作為主要材料，內部的橡膠筒和外部正反雙向螺旋線編織纖維編織層共同組成氣動人工肌肉，McKibben動人工肌肉實物如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：河南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB535.1

【參考文獻】

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1 王兆康;設備減振的機理和特性[J];常州工業(yè)技術學院學報;1996年02期

本文編號：2568096