刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究

并联机构在运动过程中存在弹性变形和刚柔耦合效应,对机构的运动及其稳定性具有较大影响。针对上述问题,以3自由度刚柔耦合并联机器人为研究对象,基于线性多体系统传递矩阵法(线性MSTMM)建立了刚柔耦合并联机器人多体系统模型和拓扑结构模型,推导了整体系统的空间转换方程和动力学方程;通过Matlab软件建立了机器人SimMechanics仿真模型,并基于PID控制策略对机器人进行了轨迹跟踪的仿真研究。结果表明,机器人末端输出的实际运动轨迹与期望轨迹基本吻合,机器人系统运动相对稳定,验证了该建模方法的正确性和有效性,为进一步对并联机构进行研究提供了一定的理论依据。     

齿轮传动系统刚柔耦合建模及载荷特性研究

齿轮传动系统是履带车辆核心部件之一,为了掌握齿轮在系统运行过程中的载荷特性,基于刚柔耦合动力学,构建了利用Creo、HyperMesh和RecurDyn软件平台联合建模的方法,在考虑齿轮副间时变接触力和齿轮柔性的基础上,建立了系统刚柔耦合仿真模型,并依托试验台架对其准确性进行了验证。以某实际工况为例进行仿真,将刚柔耦合模型和刚性体模型的仿真结果进行对比分析,结果表明刚柔耦合模型能更加准确地对齿轮运动受力情况进行描述。根据仿真得到的齿轮应力变化规律,分析了系统运行过程中断齿故障的产生的原因。仿真过程及结果为齿轮疲劳寿预测、系统的故障诊断提供了参考和依据。     

计及二阶效应的刚柔耦合连杆系统动力学分析

根据虚功原理和达郎伯原理推导了计及二阶效应的柔性单元运动方程,并利用刚化条件得到了刚性梁单元运动方程,给出了刚柔耦合连杆系统动力学建模与分析的方法.对构件刚度相差悬殊的多体系统进行动力学分析时,如若当作多刚体系统分析,会因忽略弹性变形导致结果不准确;当作多柔体系统建模分析求解,则因自由度太多导致方程庞大难求解.可行的方法是:将刚性单元与柔性单元耦合建模,在多柔体系统基础上,引入刚性单元和刚性约束条件,对刚性构件自身的动力学特性进行等效,然后按照一般弹性系统有限元方法集成得到虚拟柔性系统动力学方程,建立过渡坐标与广义坐标关系,消除非独立坐标,得到真实的系统运动方程,降低系统方程维数,提高分析效率.以曲柄滑块机构为例,介绍了计及二阶效应的刚柔耦合系统动力学的建模分析过程.     

作大范围运动柔性梁的一种碰撞动力学求解方法

研究作大范围运动柔性梁的碰撞动力学问题。针对梁碰撞前、碰撞过程、碰撞后三个阶段,分别建立各阶段的动力学方程。基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论,建立梁无碰撞时的刚柔耦合动力学方程。结合冲量动量法和接触约束法提出一种碰撞动力学求解方法,先以冲量动量法实现运动转换得到协调的碰撞初始条件,再以接触约束法求解碰撞过程。导出系统的刚柔耦合碰撞动力学方程,给出了接触、分离判据,实现三个不同阶段的转换与动力学求解。编制仿真软件,对实例进行动力学仿真,得到系统不同阶段的动力学响应。研究表明,所提碰撞求解方法可以较方便地用于计算柔性多体系统的碰撞问题。梁的柔性、大范围运动及碰撞效应相互耦合,碰撞行为对于柔性多体系统碰撞过程和碰撞后的全局动力学性态均产生较大的影响。     

单列向心球轴承保持架动力学仿真分析

以单列向心球轴承的保持架为研究对象,以多体系统动力学为理论基础,以虚拟样机技术为平台,利用三维建模软件SolidWorks建立实体模型,通过有限元软件ANSYS离散化所建的模型。在AD—AMS软件中,为单列向心球轴承分别建立1个多刚体系统模型和1个刚柔耦合多体系统模型,探讨了多体系统刚柔耦合建模的一般方法,研究了保持架对系统动态特性的影响。研究结果显示,柔性保持架的阻尼作用吸收了部分能量,并抑制了保持架的振动,使其受力更小,运转更稳定。     

煤炭采样机械臂的刚柔耦合动力学建模与仿真分析

基于多体动力学理论和拉格朗日方程,将煤炭采样机械臂中的大臂、小臂、伸缩臂考虑为柔性臂,结合Pro/E,ANSYS和ADAMS分别建立刚性和刚柔耦合模型,在相同驱动函数下对两种运动模型进行分析,仿真得出两种模型变化曲线,对比仿真结果表明,在研究臂架系统时,考虑各个臂杆柔性变形是非常必要的,刚柔耦合建模更符合工程实际,所得到的研究结果为采样臂动力学分析和结构优化奠定了理论基础.     

2K-H行星传动系统动态可视化研究

以车辆行星齿轮传动系统为研究对象,基于多体动力学分析理论和齿轮系统动力学理论构建了行星传动系统的刚柔耦合多体动力学模型。分别针对车辆在理想稳态和实际档速复杂变化两种不同的运行工况下,研究该行星传动系统的动力学特性,得到关键部件在系统传动过程中的实时动态啮合力变化情况和数值仿真结果。仿真数据与理论分析吻合较好,仿真结果与实际相符,这为面向工程应用的齿轮系统优化设计、产品开发提供了技术手段。     

粗纤维打捆机喂入压缩机构刚柔耦合模型的动态仿真分析

依据柔性体建模理论,通过ANSYS与ADAMS联合建立粗纤维压缩打捆机构的多刚体模型及刚柔混合模型并进行仿真分析,获取该机构中的曲柄与连杆、连杆与压缩活塞之间铰接处的位移、受力及速度变化曲线并进行对比分析,得出刚柔耦合模型中由于柔性体的存在,在运动初始或中间时刻,柔性体易产生一定的变形,从而会使刚柔耦合模型与多刚体模型的运动规律产生偏差或振荡。研究结果表明柔性体对机构运动规律的影响不可忽略,同时刚柔耦合虚拟样机模型的建立为后续精确动力学分析和物理样机的研制奠定了基础。     

车厢可卸式垃圾车拉臂系统的刚柔耦合仿真分析

针对车厢可卸式垃圾车拉臂系统存在的所受负载不断变化、工况较多的问题,对拉臂系统在满载装卸过程中油缸力、拉臂作用力以及拉臂应力、应变的动态变化规律进行了研究,采用刚柔耦合的分析方法,通过机械系统动力学软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS,建立了以拉臂为柔性体的刚柔耦合仿真系统,并进行了联合仿真分析,得到了拉臂系统所受作用力在不同拉臂转角、举升角时的变化值以及拉臂最大应力、应变发生的位置,验证了拉臂装配体强度及刚度要求符合设计要求.研究结果表明,刚柔耦合仿真能有效地模拟拉臂系统受力情况,与典型的工况方法相比,考虑动载对强度分析的影响,能更准确确定拉臂系统的危险工况,从而为拉臂系统的结构优化提供较为可靠的依据.     

方向机刚柔耦合动力学仿真研究

以多体接触理论和刚柔耦合动力学理论为基础,综合考虑方向机齿轮啮合冲击与传动轴、轴承及箱体弹性振动的耦合作用,建立方向机刚柔耦合虚拟样机模型.针对其在最恶劣调炮工况下的激励对方向机动态响应进行仿真,分析柔性体的弹性振动对齿轮啮合力的影响.结果表明:考虑柔性体后初始啮合冲击力下降明显,稳定后刚柔耦合模型的啮合力振动幅值显著大于多刚体模型.研究工作对方向机动载工况下的优化设计有着重要的意义.