考虑电机绕组特性的柔性机械臂动力学建模

针对柔性机械臂运动中存在的形变现象进行柔性体动力学建模,引入耗散能描述轴承间黏性阻尼,引入关节等效形变描述关节柔性,引入模态假设法描述连杆柔性,引入电机绕组特性描述电机驱动力矩并通过拉格朗日方程建立动力学方程;对模型进行仿真求解,计算出不同传动比和附加重量质心工况下连杆末端的形变,通过对比分析求得连杆末端形变与传动比和附加重量质心之间的关系,为后期机械臂设计优化提供理论基础。     

机械结合面切向接触刚度的三维分形理论建模

将微凸体的弹塑性变形区进一步划分,并考虑三维结合面形貌的W-M函数,推导了三维机械结合面切向分形接触刚度的理论模型。数值模拟了结合面的三维切向接触刚度随着分形维数D、分形尺度系数G、材料特征参数间的变化趋势,以及二维分形和三维分形间的对比分析。仿真结果显示:机械结合面的三维切向接触刚度与法向载荷和材料特征参数成单调递增关系,与分形尺度系数成单调递减关系;而其与分形维数之间以D=2.5为界,依次成递增与递减关系;三维分形下的结合面切向接触刚度大于二维分形下的结合面切向接触刚度。切向接触刚度模型的构建可为后续粗糙表面接触非线性动力学及整机动力学模型的建立提供基础。     

基于神经网络建模的机床滑动结合面动态特性参数识别

针对机床滑动结合面动态特性参数难以准确确定的问题。以结合面的刚度参数、阻尼参数为优化变量,建立滑动结合面动态特性参数的神经网络模型,结合神经网络模型的计算结果与机床整机实验模态的分析结果,采用布谷鸟优化算法对结合面的刚度与阻尼参数进行优化识别;以自行设计制造的机床滑动结合面实验台上工作台与床身间的滑动导轨结合面为实例进行了建模、实验、参数识别等分析。分析结果表明:该方法是可行的、有效的,参数识别精度高于已有文献研究。     

机械结构结合面阻尼参数识别的研究

本文提出基于正交性条件识别机械结构结合面接触阻尼参数的方法。该方法避免了机械结构系统动力学模型中刚度矩阵存在的误差对接触阻尼参数识别的不利影响，提高厂接触阻尼参数的识别精度。另外，本方法结合了实验模态分析技术和有限元法，使其具有工程实用价值，而已识别过程简便。算例证实了本方法的有效性。     

柔性机械臂建模及动力学特性研究

以仿人手臂的三旋转关节刚柔耦合机械臂为研究对象,对柔性部分建立理论模型并分析其动态特性。为了提高模型精确度,利用有限段方法分析研究不同边界条件下柔性臂各阶固有频率及振型函数,通过假设模态法和汉密尔顿原理,考虑重力,建立机械臂柔性部分动力学模型。引入角度轨迹,在Matlab中利用四阶Runge-Kutta法求解非线性时变微分方程组,获得柔性臂末端负载的残余振动。为实现柔性机械臂模型的进一步精确化和主动残余振动控制提供参考。     

铣床关键结合面动态特性研究

基于有限元法、优化设计理论和模态试验方法,利用ANSYS优化设计方法,将理论模态分析和实验模态分析相结合,对某铣床的关键结合面的特性参数进行参数识别,研究结合面对铣床关键部件动态特性的影响,得到相关影响曲线.结果表明,随着结合面刚度的增加,部件的固有频率有提高也有降低;但随着阻尼总的增加,部件的固有频率始终降低,振型大大衰减.本研究为整体复杂机械的改进设计和动态优化设计提供理论依据.     

机械结合面接触刚度超声波检测方法研究

针对检查机械产品结合部接触刚度特性的需要,进行超声波测量结合面接触刚度与超声波检测频率相关性的研究,基于简单弹簧模型设计一种用超声波测量两钢块结合部接触刚度的实验方案。实验结果表明:超声波反射系数随超声波频率增大而增大;作用于结合面的压力较小时,超声波测量接触刚度随频率没有明显变化;作用于结合面的压力较大时,超声波测量接触刚度随频率有一定波动。在结合面上加入润滑油,模拟工程实践中结合面状态,实验结果表明:因结合面上油膜的存在,在同样大小压力作用下超声波测量的接触刚度相对无油膜时增大。通过以上分析可知简单弹簧模型是有效的,机械结合面处的相互作用可用一个刚度可变的弹簧等效。     

机床固定结合面动力学建模问题

本文在引出理想结合面和结合面元概念的基础上，提出了一种基于结合面元的结合面动力学建模方法。该方法能方便地将结合面动力学问题纳入有限元分析的轨道，有效地解决了不同形状结合面参数移植的问题，通过两组不同模型上结合面参数识别结果的对比表明，本文提出的结合面建模方法有较高的建模精度，识别的结合面参数可供机床ＣＡＤ使用。     

考虑陀螺效应的面齿轮振动特性分析

为提高面齿轮传动系统的动力学特性,建立考虑陀螺效应、包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙、支撑刚度和阻尼等参数的非线性动力学模型。采用欧拉单步法对非线性动力学方程进行求解,分析模型计算结果的准确性和合理性。分析面齿轮传动系统啮合线位移、啮合力以及面齿轮和圆柱齿轮振动位移与时变啮合刚度幅值系数变化之间的关系,并通过两齿轮质心坐标平面相图得到两齿轮质心的振动情况。     

修正G-W模型研究结合面微观接触特性

G-W模型在模拟结合面微观接触时发现,当微凸体接触点数0n1时,两表面会产生接触这一不合理现象,提出修正G-W模型研究低载荷下机械结合面的微观接触特性。通过测量表面微观形貌特征和功率谱函数,获得结合面的微观形貌参数,研究表面粗糙度与接触力、微凸体接触数以及真实接触面积间的关系,分析结果表明:不同表面粗糙度下中心线间距与微凸体接触个数和接触力呈对数关系,间距越大,微凸体接触数目越少,接触力越小;在相同间距下,表面粗糙度越大,微凸体接触数目越少,接触力越大;不同表面粗糙度下微凸体接触个数与接触面积和接触力之间呈线性关系,微凸体的接触数目越多,表面接触面积和接触力越大;相同接触数目下,表面粗糙度越大,真实接触面积和接触力也越大;当接触变形量较小时,修正的G-W模型与Hertz接触模型吻合较好,接触变形与接触力之间呈对数递增,而与真实接触面积间近似呈线性递增关系。     

考虑结合面影响的组合梁非线性预应力模态分析

为了研究结合面非线性特性对机械结构动态性能的影响,利用有限元分析软件,以组合梁结合面为研究对象,首先进行了考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明了结合面非线性特性对组合梁各阶弯曲振动固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究了结合面法向载荷和摩擦系数对组合梁振动特性的影响。研究表明：结合面的法向载荷和摩擦系数都会使组合梁的固有频率降低,其中摩擦系数占主导地位。摩擦系数对组合梁低阶固有频率影响较小,高阶时影响较大。最后进行了模态试验验证,实验表明：模态试验所得组合梁弯曲振型与非线性预应力模态分析法所得振型相吻合,且二者所得固有频率之间的误差在接受范围之内,从而证明了非线性预应力模态分析的可行性。     

柔性机械臂建模及动力学特性分析

以仿人手臂的三旋转关节刚柔耦合机械臂为研究对象,对柔性部分建立理论模型并分析其动态特性。为了提高模型精确度,利用有限段方法分析研究不同边界条件下柔性臂各阶固有频率及振型函数,通过假设模态法和汉密尔顿原理,考虑重力,建立机械臂柔性部分动力学模型。引入角度轨迹,在Matlab中利用四阶Runge-Kutta法求解非线性时变微分方程组,获得柔性臂末端负载的残余振动。为实现柔性机械臂模型的进一步精确化和主动残余振动控制提供参考。     

含润滑介质的正交各向异性结合面接触特性研究

提出了一种含润滑介质的正交各向异性结合面法向接触刚度的分形模型。该模型基于含椭圆修正因子的Hertz接触理论,并根据考虑润滑介质的侧向泄漏的平均雷诺方程,推导出固体接触刚度与流体刚度之间的解析关系。通过分析不同因素对结合面的法向接触刚度的影响,发现当无量纲固体真实接触面积小于0.05时,结合面的法向接触刚度受流体刚度的影响较大。随着润滑介质发生侧向泄漏,固体真实接触面积逐渐增大,固体接触刚度对结合面的法向接触刚度的影响越来越显著。给定不同预紧力,对比试验与有限元仿真获得的前三阶固有频率,其最大相对误差为4.11%,证明本文构建的模型可以准确地预测结合面的接触性能。     

考虑基体变形的结合面连续光滑接触刚度模型

结合面的接触刚度直接影响着机床整机的静、动态力学性能和精度保持性水平。在弹性、弹塑性以及完全塑性接触变形过程中,延续微凸体接触状态变量具有连续且光滑特性的思想,利用Hermite多项式插值函数,建立单个微凸体法向接触刚度模型。考虑到基体变形的影响,在微凸体的3个变形阶段分别引入了基体的弹性接触变形,通过统计学方法,建立了一种考虑基体变形且连续光滑的结合面刚度模型。对比分析了GW、ZMC、KE、Brake模型与该文模型之间的差异,并揭示了表面粗糙度对接触刚度的影响规律。研究表明:考虑基体变形时所获得的接触刚度和接触载荷比忽略基体变形时的要小,且随着表面粗糙度的减小,基体变形的影响快速增加;接触载荷与表面粗糙度是影响结合面接触刚度的2个主要因素,随着载荷的增大或表面粗糙度的减小,接触刚度随之递增。     

螺栓结合面法向静态刚度特性提取方法研究

针对结合面静态刚度与联接方式、被联接段刚度、结合部刚度密切相关,直接测量、计算结合面静态刚度具有较大困难问题,以螺栓结合面为研究对象,建立螺栓结合面法向静态刚度特性提取方法。通过法向静态拉伸实验与数据分析结合方式,获得结合部刚度;通过优化计算螺栓结合面被联接段刚度,建立被联接段刚度精化解析公式;依托螺栓结合面刚度、被联结件刚度、结合部刚度三者间串联倒数关系,将螺栓结合面法向静态接触刚度从螺栓结合部整体静态刚度中分离;形成确定螺栓结合面有效作用面积方法,完整提取螺栓结合面面压的螺栓结合面法向静态接触刚度非线性特性曲线,为结合面接触刚度深入研究提供新方法。     

加工中心立柱床身结合面动态特性研究及参数识别

本文针对加工中心立柱床身结合面,提出了一种适用于复杂模型的结合面参数识别方法。主要工作包括以下几部分: ⅰ)运用结合面元的方法建立了结合面动力学模型。ⅱ)应用有限元模型降阶修改法建立了立柱床身结构的低阶高精度动力学模型。ⅲ)提出了一种利用可测传递函数逆阵建立目标函数的方法,避免了共振峰附近机械阻抗矩阵病态的问题。ⅳ)在JCS—018加工中心立柱床身模型上,识别了刮/刮6～8点/cm~2在四种不同预紧力下结合面参数的数值。     

铁基多孔含油固定结合面法向动态特性研究

实验研究了多孔含油材料固定结合面法向刚度和阻尼特性,运用带有调节系数的等效单自由度结合面单位面积参数识别方法对其进行识别。该方法采用相对位移法,将任意质量为m的振动系统等效为质量是Me的标准单自由度系统。方便快速地识别出结合面的单位面积刚度和阻尼系数,识别精度高。通过等效单自由度参数识别方法,分别识别了45号钢无介质结合面和铁基多孔材料(含油介质)结合面的法向刚度和阻尼系数。对比表明实验所用铁基多孔材料含油结合面法向动态特性优于45号钢无介质结合面,在相同的法向预紧力下,前者单位面积刚度增加40%左右,同时前者单位面积阻尼系数增大5-6倍。     

考虑结合面影响不同螺栓松动状态的机匣模态分析

以航空发动机机匣为研究对象,在接触问题有限元分析的基础上,研究结合面非线性特性对机匣动态性能的影响,分析不同松动状态下机匣模态变化规律。首先进行考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明结合面非线性特征对机匣各阶固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究不同松紧程度对机匣振动特性的影响,发现各阶固有频率随螺栓的预紧力矩增大而增大,趋向刚性时固有频率,且对于螺栓连接处模态振型变化大的阶次,其固有频率变化尤为显著。最后,研究松动螺栓数量和分布位置对机匣振动特性的影响,松动螺栓增多会导致各阶固有频率略微下降,随着松动螺栓分布的集中,机匣固有频率呈下降趋势,松动螺栓位置分布主要是通过改变各螺栓在结合面上的应力区域之间的重叠区域大小来影响机匣振动特性。     

轮胎附着特性的胎面纵向振动建模与分析

通过对接地区域的胎面离散化处理,建立胎面纵向振动模型,引入动态摩擦模型-分布式Lu Gre模型,实现对滚动轮胎接地区域动态附着特性描述。针对某轮胎滚动工况,在Matlab/Simulink中进行数值模拟,通过调整模型参数,获得车速、胎压等对轮胎附着影响,验证模型的正确性、合理性;分析胎面接地区域摩擦力及位移的分布规律,为滚动轮胎纵向振动研究提供理论依据。     

考虑齿面冲击及摩擦的单级齿轮系统动力学建模及分析

为研究齿轮啮合过程中齿面冲击对系统运动状态的影响,建立了包含单齿齿面啮合、脱啮和齿背啮合三种冲击状态的单级齿轮系统离散动力学模型,模型中考虑了摩擦、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传递误差等因素。基于三种冲击状态,定义了三种不同的Poincaré映射,利用变步长四阶Runge-Kutta法对系统动力学模型进行数值求解,得到了系统进入啮合时啮合力变化图,结合系统分岔图、最大Lyapunov指数谱、相图和随时间变化的动态啮合力图,分析啮合频率和齿侧间隙对系统啮合力的影响以及啮合力对系统动力学特性的影响。研究发现随着啮合频率和齿侧间隙的变化,齿轮系统齿面啮合力和齿背啮合力的复杂变化对系统运动状态有较大的影响。系统啮合力的周期或混沌突变可能会引起系统运动状态发生改变,也可能不会引起系统运动状态发生改变。系统在较高频率或小间隙的情况下出现齿背冲击现象,导致系统振动特性不稳定。此研究结果是建立考虑重合度大于1及载荷分配的齿轮系统动力学模型的基础。