摘要
区别于常规运动副，变胞副具有变自由度、变活动构件数和变拓扑结构的特性，在机械制造、航空航天和机器人等领域具有较好的应用潜质。变胞副的结构设计研究和构态切换可靠性研究有助于快速构建变胞机构新构型，对推进变胞机构的实际应用具有重要的理论和工程意义。但在实际工作过程中，由于变胞副可变拓扑结构的固有属性，长期使用后容易造成构态切换的稳定性降低，进而增加机器失效的风险。为此本文以一种新型变胞转动副为研究对象，以理论分析与实验验证为主要研究方法，针对变胞副构态切换可靠性进行研究，为变胞副的设计与使用提供理论基础和实验依据。研究内容包括: (1)引入基于扩展Assur杆组的变胞机构组成原理，以RRRP杆组为例建立扩展Assur杆组模块化运动学分析和动态静力学分析数学模型，以此为基础编写RRRP杆组子程序实现模块化分析。 (2)总结变胞副的分类方法，以几何约束和力约束共同作用下实现变胞为原理，设计一种新型的变胞转动副，满足运动副自适应转变运动状态的要求。为研究变胞副的构态切换功能，以含变胞副的变胞机构为基础设计一种新型实验台，详细阐述了实验台的工作原理以及从标准件选型到结构设计的过程。 (3)以杆长误差为可靠性影响因素，以摇杆角度和滑块位置为可靠性判据，运用一次二阶矩法计算变胞副构态切换可靠度。利用ADAMS软件，针对变胞副和含变胞副实验台进行仿真实验研究，将仿真输出结果与理想状态结果进行比较计算误差。为进一步研究变胞副构态切换可靠性的影响因素，运用变量控制法针对弹簧的选择和变胞副构态切换时发生的碰撞进行研究，最后通过仿真方法验证理论分析的正确性。 (4)开展了变胞副构态切换验证性实验研究。基于运动精度实验验证了弹簧刚度和预紧量对变胞副构态切换能力的影响。最终以弹簧刚度k=40N/mm，预紧量x=10mm为变胞副约束参数，开展了大样本的构态切换重复执行实验并同步记录了输出构件的位置精度。最后，基于实验测量数据拟合了变胞副构态切换可靠度曲线。
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