正方形可展机构的运动学与动力学特性研究

由单元机构阵列组合而成的可展结构在航天、航空、建筑等领域具有广阔的应用前景,对其进行运动学和动力学分析成为目前机械工程领域的一个研究。将正方形机构进行平面阵列组合形成了一种新型可展机构,对其进行了构型设计并以可展机构的铰接点位移为笛卡尔坐标,依据组成特点建立了可展结构的运动约束方程,进而获得基本点的速度和加速度。基于拉格朗日方程建立了可展结构的动力学分析模型,进行了可展结构的动力学分析。通过算例得出:①这种可展结构的面积收缩比为2.43;②这种结构在展开过程中,运动平缓,冲击小,无卡滞现象。     

平面并联机构运动和动力分析的序单开链法

并联机构具有精度高、刚度大、承载能力强等优点,应用非常广泛.由于存在多变量,并联机构呈现出非线性、多参数耦合的特点,其动力学问题具有一定的复杂性.以单开链为单元对一种平面并联机构进行结构分解,按结构分解的正序进行了运动分析,在运动分析的基础上按结构分解的逆序对该机构进行了动力学分析.序单开链法可以使机构运动学、动力学方程的维数降至最低,且恰等于机构的耦合度,因此该方法可以方便求解机构动力学问题,且计算效率较高.     

UG环境下内燃机配气机构的运动仿真

针对内燃机配气凸轮机构的工作要求,在UG NX4平台上绘制凸轮轮廓曲线,建立了机构虚拟样机模型.在Scenario For Motion模块中运用ADAMS实现了机构运动仿真,得到内燃机气门运动的位移、速度和加速度曲线,其最大开隙、柔性冲击等机构运动特性满足理论的运动学要求.仿真结果能够反馈至CAD模块修改和完善凸轮机构几何参数与装配关系等.该方法能够迅速实现复杂机构的优化设计,为虚拟样机的开发及其运动学和动力学的研究做出了有益的探索.     

基于剪式线性阵列可展结构对称性的动力学分析方法研究

为了研究剪式线性对称阵列可展结构的动力学特性,基于杆系能量泛函,建立剪式单元的等效质量矩阵,继而组装得到剪式可展结构的等效质量矩阵。考虑剪式铰的基本约束关系,利用机械系统动力学方程的增广法建立了适用于任意单元个数的剪式线性阵列可展结构的动力学模型。采用一种高精确度的直接违约校正法对系统的坐标和速度进行修正,避免了数值结果的发散。最后通过多步长Runge-Kutta法完成数值仿真,获得了该机构运动过程中各节点位置、速度及加速度随时间变化的曲线。结果表明:由于剪式可展结构的几何约束以及外载的影响,导致各节点沿阵列方向其对称特性表现较好;同时,在受力一侧,各节点沿x轴动力学特性变化较明显,而非受力一侧,速度、加速度等物理量变化幅度很小。     

一种径向可展开机构的结构及运动学分析

根据一种径向可展开平面多杆机构的结构几何关系,推导了成角构件组成的剪式单元铰接点的轨迹方程,分析了铰接点沿径向运动时剪式单元中的结构约束条件,建立了剪式结构单元的运动学方程．然后采用坐标变换方法建立了可展开机构展开过程的运动学模型,揭示了这种可展开机构一些新的特性,包括最大展开范围条件和成角构件结构间的关系．通过分析机构中所有铰接点均沿径向运动的特例,建立了多层可展开机构的结构关系及运动学模型．仿真实例表明了该运动学分析的正确性．     

基于虚功原理和Pro/E的六杆机构仿真分析

为了提高压床六杆机构的运动学和动力学仿真分析效率,运用Pro/E骨架模型建立压床六杆机构的运动学模型并对其进行运动学仿真,得出压床冲头的位移、速度和加速度随主动件转角变化的规律曲线.利用虚功原理结合MATLAB语言求解出主动件的平衡力矩,并得到机构的动能、驱动功和阻力功的变化规律.该分析方法可将设计者从复杂的矢量解析法、矩阵运算以及动力学分析软件中解放出来,从而提高六杆机构的分析效率.     

基于旋量理论的Stanford臂的运动学分析

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H方法更加简化.以一种常见的开链机器人Stanford臂为例,利用运动旋量和指数积等数学工具建立了运动学方程,求出了雅可比矩阵,为建立其动力学方程、控制方法及运动规划做了必要的准备.     

闭链级联式机器人基于旋量理论的动力学分析

闭链级联式机器人是一种复杂型式的机器人,对其进行动力学分析是实现对其进行运动控制的必要前提.闭链级联式机器人的结构特点是:任何一个闭链级联式机器人都存在一条主运动链,且主运动链为开链机器人;主运动链的各个关节均为被动关节或被测量关节,分别由相应的闭链驱动或测量.基于旋量理论的动力学分析方法是通过使用运动螺旋和指数积公式等数学工具建立起机器人的动力学方程,从而求取机器人的驱动力矩.由于闭链级联式机器人存在闭链,其动力学分析方法不同于传统的开链机器人,用旋量理论建立闭链级联式机器人的动力学方程的要解决两个关键问题:其一是闭链的分解,其二是惯性矩阵的求取.该方法也为解决单闭链机器人的动力学分析问题提供了基础.     

Dynamics Analysis of Square Unit and its Combined Mechanism with Joint Clearance

考虑运动副间隙的正方形单元及其组合机构的动力学分析

李剑锋,王三民,李博,智常建,彭麒安

（西北工业大学 机电学院,西安 710072）

创新点说明：

1.为精确研究正方形单元及其组合机构的动力学性能,通过考虑间隙转动副元素之间的运动规律建立了该运动副的运动学模型。

2.在Floures接触力模型和LuGre摩擦力模型的基础上建立了考虑运动副间隙的正方形组合机构的动力学分析方法,并采用Baumgarte提出的稳定约束法来解决积分过程中的约束违约现象。

3.采用具体算例验证了本文方法的有效性。该方法简化了正方形单元及其组合结构动力学分析过程,拓展了其应用范围,具有较高的实际应用价值。

研究目的：

为精确研究该机构的动力学性能,通过考虑间隙转动副元素之间的运动规律建立了该运动副的运动学模型,分析运动副间隙对正方形单元及其组合机构动力学的影响。

研究方法：

通过考虑间隙转动副元素之间的运动规律建立了该运动副的运动学模型;其次,在Floures接触力模型和LuGre摩擦力模型的基础上得到了考虑间隙转动副元素之间的切向和法向接触力;最后,建立了考虑运动副间隙的正方形组合机构的动力学分析方法,并采用Baumgarte提出的稳定约束法来解决积分过程中的约束违约现象,运用Matlab对具体算例计算和分析。

结果：

结果发现正方形单元及其组合结构转动副随着间隙值的增加,正方形可展机构动态曲线的变化范围更大,波动幅值较大,预测随着间隙值的继续增加,碰撞过程会更加严重,直至机构失效。表明运动副间隙对正方形组合机构动力学性能的影响不可忽视。

结论：

1.基于接触-分离-碰撞过程,成功地将运动副间隙效应引入到正方形可展机构的动力学模型中,分别采用Floures模型和修正的Coulomb摩擦力模型计算接触碰撞力,并使用Baumgarte稳定约束法有效的避免了积分过程中产生的约束违约现象。

2.含间隙正方形可展机构动力学特性的研究表明：机构动力学行为的计算需要考虑运动副间隙效应对的影响。

3.通过对间隙值分别为0.25mm和0.5mm的分析可知：随着间隙值的增加,正方形可展机构动态曲线的变化范围更大,波动幅值较大,随着间隙值的继续增加,碰撞过程会更加严重,直至机构失效。

关键词：正方形单元及其组合机构,间隙,Floures接触力模型,动力学

     

2-UPR&2-RPU冗余并联机构动力学与功耗分析

提出一种新型2-UPR&2-RPU结构冗余并联机构,其具有两个转动以及一个移动(2R1T)自由度。运用螺旋理论分析机构的自由度及其运动特性,并利用修正的G-K公式验证分析的准确性,得出该机构含有一个冗余支链的结论。分析机构运动的约束条件,建立各支链的闭环矢量方程,求解得出机构的位置反解。基于符号运算的微分变换法对机构的速度和加速度进行分析,得到动平台速度雅克比矩阵和二阶影响系数矩阵,在此基础上进一步求解得出各支链的雅克比矩阵。运用虚功原理构建该机构的动力学模型,然后根据冗余并联机构驱动力配置方式不唯一的特点,采用驱动力二范数的优化方法推导得出驱动力和驱动功率方程。最后通过具体数值算例对所构建的运动学及动力学模型进行仿真。结果表明,在给定的运动规律的条件下,机构没有产生刚性冲击,在运动的起点和终点处,会产生一定的柔性冲击,整个运动过程驱动杆的驱动力变化平缓,驱动力二范数解所做总功为1143.2 J。     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

Towards Excellence in Science Chinese Academy of Sciences

<正>May 26,2014,BeijingScience is a human enterprise in the pursuit of knowledge.The scientific revolution that occurred in the 17th Century initiated the advances of modern science.The scientific knowledge system created by human beings,the tremendous productivity brought about by science,and the spirit,methodologies and norms formulated in scientific practice since the 17~(th)Century have long become essential elements of     

SCIENCE CHINA Technological Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

<正>~~     

单面约束系统的微分变分原理与运动方程

研究单面约束力学系统的微分变分原理和运动方程。方法利用Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理．Ｊｏｕｒｄａｉｎ原理和Ｇａｕｓｓ原理,结果与结论得到系统的微分变分原理和带乘子的Ｅｕｌｅｒ－Ｌａｇｒａｎｇｅ形式,Ｎｉｅｌｓｅｎ形式和Ａｐｐｅｌｌ形式的运动方程。     

q-树的重构性

q 是一个正整数,所谓 q-树的图是递归定义的:最小的 q-树是完全图 K_q,一个 n+1阶的 q-树是通过在 n 阶 q-树上加上一个新点并连接这点与 n 阶 q-树中任意 q 个互相邻接的点而获得,其中 n≥q.1-树我们通常称为树.在本文中,证明了对任意正整数 q,q-树是可重构的.     

β-环糊精-毛细管区带电泳分离扑尔敏对映体

采用毛细管区带电泳模式,以β-环糊精为手性选择剂分离了药物扑尔敏的光学对映体.考察了在不同背景电解质 pH 值尤其是较低 pH 值下环糊精浓度对对映体表观淌度差的影响,并研究了有机改性剂尿素在分离中的作用.     

层状球形夹杂复合材料的弹性模量

利用层状球形夹杂在无限大基体中的局部化关系及平均应力场理论,给出了一种方法来分析含 n 种层状球形夹杂所构成复合材料的弹性模量.对于文献给出的空心玻璃球和高分子基构成的复合材料,该理论的预测与实验吻合很好.当表层稍失时,该理论退化为传统的 Mori-Tanaka平均应力场理论.     

高师物理专业人才培养与基础教育衔接问题的研究

分析了当前高师物理专业人才培养与基础教育人才需求存在的问题,结合调查情况,提出了高师物理专业在培养目标、课程设置、教学内容、教学方法及实践教学环节方面的改革措施。     

JOURNAL OF BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY TOTAL CONTENTS(Vol.23)

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