含间隙平面连杆机构动态特性研究

采用非线性弹簧接触力和非线性阻尼描述了含间隙运动副副元素的碰撞接触过程,以此为基础建立了含间隙平面连杆机的动力学模型,通过大量的数值仿真,研究了运动副间隙对机构动态特性的影响及副元素的相对运动过程。首次指出了高速运转条件下,运动副副元素由于弹性变形而出现的连续变形接触现象。     

多间隙运动副平面连杆机构动态特性研究

采用非线性弹簧力和非线性阻尼描述含间隙运动副元素的碰撞接触过程，以此为基础建立了多间隙运动副平面连杆机构动力学模型；通过数值仿真研究了多间隙运动副对平面连杆机构动态特性的影响，进而讨论了在高速机构设计中应采取的设计方法；并首次指出了高速运转条件下，运动副元素由于弹性变形而存在的连续变形接触现象和多间隙运动副之间的相互影响特性。     

含间隙S副机构的动力学研究

首先分析了含间隙Ｓ副副元素的接触状态和接触条件,建立了含间隙Ｓ副的一般力学模型。然后导出了Ｓ副存在间隙时的ＲＳＣＲ机构的动力学运动微分方程,对Ｓ副副元素的接触碰撞特性及其对机构动态特性的影响进行了研究,得出了一些有益的结论,并为Ｓ副的简化模型提供了理论依据。     

非线性接触模型在多间隙机构混沌分析中的应用

分析了含间隙运动副副元素的碰撞分离过程,指出线性弹簧阻尼模型不能满足接触边界条件并产生力突变;采用符合接触边界条件的非线性弹簧阻尼模型描述碰撞分离过程,并通过实例分析了模型积分求解方法;建立了多间隙曲柄摇杆机构的动力学模型,对含间隙机构的非线性特性进行了分析和讨论,说明多间隙机构动力学行为中存在混沌现象。     

含间隙隔膜泵曲柄滑块机构动力学研究

采用二状态模型,考虑了运动副元素接触表面的线弹性变形和阻尼,建立了含间隙隔膜泵曲柄滑块机构的动力学模型,并调用Matlab中的ode45对动力学模型进行数值仿真,得出运动副间隙对机构动态特性的影响,指出由于存在间隙,运动副元件在初始阶段会产生猛烈的冲击和碰撞.     

考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析

基于机械系统动力学方程的增广法建立考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学模型。为了简化该并联机构的动力学模型,通过质量矩的方法视驱动支链为一个整体。根据含间隙球面副元素的接触方式建立该间隙运动副的运动学模型,求出含间隙球面副元素之间的接触变形量与相对接触速度。考虑到接触体之间接触刚度与机械系统动力学模型之间的耦合性,以非线性刚度系数代替Flores接触模型中的常数刚度系数而提出一种改进的接触力模型,并基于该接触力模型利用接触变形量与相对法向接触速度建立间隙运动副元素之间的法向接触力模型,为了保证数值运算的稳定性,采用具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型,建立接触体之间的切向接触力模型。进一步把间隙运动副元素之间的接触力转换到该间隙运动副所连接的驱动支链和上平台的质心上,并把该接触力集成到4-SPS/CU并联机构动力学模型的广义力中,从而成功引入了关节间隙效应,采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。通过数值分析预测球面副间隙对4-SPS/CU并联机构动力学性能的影响。     

考虑关节间隙的五杆机构动力学建模

利用含间隙关节元素之间的几何关系建立了该机构的间隙模型,写出了该机构的位置方程并对其进行了运动学分析,采用连续接触碰撞力模型描述了该机构间隙副的法向接触力,并以修正的Coulomb摩擦力模型建立了该机构的间隙副的切向接触力,利用第二类拉格朗日方程建立了该机构含间隙副的完整动力学模型,并结合ADAMS动力学仿真软件分析了运动副间隙对该机构动态特性的影响。为该机构的间隙补偿与控制策略提供了理论依据。     

含间隙转动副冗余约束机构的动力学特性

运动副间隙将引起机构运动精度降低,产生振动与噪声,甚至导致机构失效。基于单个平面间隙全文的存在将导致系统增加两个自由度,对含间隙冗余约束平行四边形机构实际自由度进行分析,采用间隙铰接触碰撞模型和拉格朗日方法建立该机构动力学模型,分析了间隙值和间隙位置对机构动力学特性的影响规律。结果表明,随着转动副间隙值的增加,机构运动精度降低,同时平衡力矩的冲击特征减弱;不同位置的转动副两元素接触频率存在差异,因此间隙位置对机构振动存在影响。通过研究含间隙转动副冗余约束机构动力学特性,可以为机构运动副元素尺寸设计及加工过程提供理论指导。     

含球面副间隙的空间并联机构动力学特性分析

为了掌握含间隙4-UPS-RPU并联机构的动力学特性,建立了含球面副间隙空间并联机构的刚体动力学模型,实现了机构的动力学分析。首先假定并联机构的驱动支链与动平台相连的球面副元素之间存在间隙,基于"接触—分离"二状态模型,建立了球面副间隙的运动学模型;然后基于Lankarani-Nikravesh接触力模型和修正的库伦摩擦力模型,利用拉格朗日方程建立了考虑球面副间隙的4-UPS-RPU并联机构的刚体动力学模型;利用数值仿真方法分析了考虑球面副间隙并联机构的动力学特性。研究结果表明,球面副间隙对机构动平台质心点的加速度和碰撞力有较大影响,而且球面副间隙值越大,对机构动态特性的影响越明显。本研究为预测球面副对机构动力学行为的影响,掌握含间隙并联机构的实际动力学行为以及间隙补偿控制提供了理论依据。     

考虑运动副冲击影响的铰链四杆机构动力学分析

采用分离－碰撞－接触模型建立含间隙机构的运动微分方程,考虑机构驱动装置的机构特性,在注解过程中根据运动副反力为零等条件判断运动副元素间是否发生分离和碰撞,提出了运动副元素发生分离和碰撞的模式假设,进行考虑运动副冲击的影响对机械进行动力学分析。研究结果表明,所提出的模式假设是合理的,在求解运动微分方程过程中考虑运动副冲击影响的算法是可行的。     

Dynamic analysis of planar mechanical systems with clearance joints using a new nonlinear contact force model

We investigated the dynamic behavior of planar mechanical systems with clearance joints. First, the contact effect in clearance joint was studied using a new nonlinear contact force model, and the rationality of this model was verified by the results of numerical simulations, which are based on a journal and bearing contact model. Then, the dynamic characteristics of a planar slider-crank mechanism with clearance were analyzed based on the new nonlinear contact force model, and the friction effect of clearance joint was also considered using modified Coulomb friction model. Finally, the numerical results of the influence of clearance size on the acceleration of slider are presented, and compared with the published experimental results. The numerical and experimental results show that the new nonlinear contact force model presented in this paper is an effective method to predict the dynamic behavior of planar mechanical system with clearance joints, and appears to be suitable for a wide range of impact situations, especially with low coefficient of restitution.     

含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统动态误差与运动副磨损周期行为分析

传统旋转间隙关节接触模型假定销轴和衬套接触面形状是规则的并忽略了磨损效应的影响,降低了机构动力学模型预测精度。提出了一种含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆机构多体动力学建模、磨损预测和动态误差分析方法。为准确描述运动副元素间碰撞行为,考虑滑动轴承间隙关节的磨损效应,提出了一种非规则粗糙间隙表面铰链关节的改进接触模型。在此基础上,考虑柔性杆的影响,基于绝对节点坐标法建立了含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统多体动力学模型。与基于传统光滑间隙模型的结果相比,基于非规则粗糙间隙改进模型的多连杆机构动态响应更接近于试验值,验证了所提出计算方法的有效性。仿真结果表明,选用CuSn10P和CuPb30作为铰链衬套材料能够有效降低多连杆机构滑块动态响应偏差和提高机构的运动精度;表面粗糙度过高会导致运动副磨损加剧,过低则会降低间隙表面微凸体对碰撞能量的吸收。此外,磨损加剧了间隙表面轮廓不规则度,导致机构动态响应的不稳定性增大,运动精度降低。     

含间隙弹性连杆机构的KED分析

将传统的ＫＥＤ分析方法与以牛顿法为基础的含间隙刚性机构二阶段模型相结合,建立了较为简洁的含间隙弹性连杆机构动力学模型,采用了ＫＥＤ求解思路,分析了运行副间隙和结构阻尼对弹性连杆机构动态响应的影响,算例表明,该方法是正确可行的。     

锌基阻尼合金在含间隙机构振动控制中的应用

提出了用锌基阻尼合金材料作为构件实现含间隙弹性机构振动控制的方法。采用符合接触边界条件的非线性弹簧阻尼模型描述碰撞分离过程,建立了多间隙平面连杆机构的动力学模型;用二次曲线函数拟合实验所得锌基阻尼合金的损耗因子随应变变化的规律,由等效粘性阻尼理论,给出了一种依赖于应变和频率的非线性阻尼本构关系式;推导出了含间隙弹性连杆机构单元运动微分方程和系统运动弹性动力学方程。计算结果说明锌基阻尼合金材料应用于含间隙弹性机构的振动控制中是可行的。     

空间机构间隙滑动副滑块姿态的确定

得出了空间机构中,间隙滑动副不仅存在着不同的接触模式,而且每一种接触模式滑动副的滑块又存在着不同的姿态。给出了每种模式滑块存在的所有姿态及姿态的确定方法,并特别强调,不仅模式的变化将引起滑动副元素分离产生碰撞,而且滑块姿态的改变也将引起副元素分离产生碰撞。本文工作使空间机构间隙滑动副的建模工作得到了进一步的完善。     

考虑构件弹性和转动副间隙的空间机构动力学研究

对同时考虑构件弹性和转动副间隙的空间机构进行了动力学研究。提出了一种新型空间间隙转动副的连续接触模型。以此模型采用有限元法,建立了同时考虑构件弹性和转动副间隙的刚弹耦合方程,并给出了数值解。计算结果显示,间隙对弹性构件的振动有较大影响。     

含间隙曲柄滑块机构运动副动态磨损研究

含间隙曲柄滑块机构中运动副的润滑情况不同于滑动轴承,其相对速度不足以形成动压润滑而处于边界润滑状态下.为了分析此状态下的动态磨损问题,考虑到含间隙运动副边界润滑时轴套的切向弹性变形和切向阻尼,结合考虑间隙运动副碰撞接触的非线性弹簧阻尼模型,提出边界润滑条件下的间隙副接触力模型,进而在此基础上推导出间隙副的动态磨损模型,并对含间隙曲柄滑块机构的运动副动态磨损进行数值分析.计算结果表明副元素间呈现出连续弹性变形现象,在连续变形接触处,动态磨损量较大使磨损加剧,并出现非均匀磨损.