深沟球轴承动力学有限元仿真分析

摘要：考虑了钢球、套圈滚道和保持架的结构柔性变形和动态接触关系,在ANSYS／LS—DYNA中建立了深沟球轴承的柔性多体接触动力学模型,仿真分析了深沟球轴承的动力学特性,保持架的角速度和动态接触冲击应力的变化规律．将球轴承的保持架角速度、钢球公转和自转角速度等的仿真计算结果与理论计算值进行了对比验证,同时运用球轴承的振动固有频率的试验值验证了仿真结果．仿真结果表明,由于保持架和钢球的接触碰撞和打滑,在球轴承启动阶段,较大的加速度变化引起保持架较大的动态接触冲击应力,降低保持架的疲劳寿命,容易引起断裂失效．计算结果为球轴承动态设计和疲劳寿命提供了参考方法．     

空间展开桁架结构动态特性分析

通过ADAMS和I—DEAS建立空间展开桁架的柔性多体动力学仿真模型．比较了刚柔桁架展开过程中卫星姿态角及姿态角速度的变化,及柔性桁架的不同展开速度对卫星姿态角及姿态角速度的影响．通过对卫星在不同初始姿态角速度下,及在受到力矩脉冲作用下展开时卫星的姿态角速度影响的比较,说明了在这两种初始扰动下桁架展开运动的稳定性情况．对不同驱动角速度下桁架展开的仿真比较得到该桁架的失稳条件．     

用KANE法建立火箭被动控制动力学方程

本文介绍用Kane法建立无控火箭被动控制动力学方程。实际被动控制系统简化为12自由度的多刚体模型。选取相对角速度为广义速率得到偏角速度、偏速度。最后通过给出的广义惯性力、广义主动力建立用张量-矩阵记法表示的动力学方程。本文所建立的动力学方程已在山西省计算研究中心的M-240D大型机上通过,计算结果与实测值吻合。     

柴油机正时齿轮系动力学特性分析

为了分析柴油机正时齿轮系的动力学特性以及对前端噪声的影响,建立正时齿轮系的多体动力学模型.分析考虑各齿轮负载及曲轴角速度波动时的齿轮扭转角位移、啮合齿对相对运动以及动态啮合力,并对比了不考虑曲轴角速度波动时的计算结果.结果表明,由曲轴扭振引起的角速度波动能够明显加大齿轮系的振动与冲击.凸轮轴齿轮扭转角位移的实验结果与计算结果较为一致.前端声强实验表明在1 000Hz以下,齿轮系动态特性对噪声影响较大,高频处由齿轮加工精度影响的传递误差引起的噪声较大.通过设计曲轴扭振减振器,可以改善齿轮系的啮合振动与冲击,相应地减小前端的辐射噪声.     

动能定理应用时的一个伪命题探讨

利用一个常见的动力学例子，证明了应用动能定理可能会得到错误的结论．首先，应用动能定理可以证明一根用弹簧连接的杆，当给其适当的初角速度后，杆可以从铅直位置转到水平位置；然后，利用动量矩定理及数值计算，指出用动能定理得到的结论是错误的；最后，研究了这根杆的复杂的动力学特性，用数值积分获得了它的相平面图，进一步指出了动能定理得到的结论是错误的．     

运动副间隙对多杆锁机构动力学特性的影响

为降低因受力异常而出现飞机货舱门意外打开的概率,详细研究运动副间隙对多杆锁机构动力学特性的影响．采用无质量的等效间隙杆描述运动副的间隙,以拉格朗日动力学方程和螺旋理论为基础建立了多杆锁机构的动力学分析模型,并用MATLAB软件编程对模型进行了求解分析．结果表明: 杆的角速度、角加速度、驱动力矩和铰链约束力对运动副间隙的大小比较敏感,在奇异位型附近受到的影响最大．间隙为10 μm时,其对多杆锁机构的动力学影响较小;间隙为100 μm时,其对多杆锁机构的动力学影响明显增强．     

塔带机输送臂转向工况动力学分析

由塔式起重机和皮带输送机组合而成的塔带机是大型混凝土浇注工程所需的重要设备,其混凝土输送臂的换向是通过塔机带动完成的,是一种很特殊的换向方式,文中对该工况进行了多体系统动力学分析.将输送臂、钢丝绳视为运动柔性体,运动方程采用一种新的有限元显式表达形式,与吊臂一起组装建立系统动力学方程,以三峡工地某进口大型塔带机为研究对象,对输送臂转向工况的可行性、初始状态对换向工作的影响、换向冲击等进行了分析研究.吊臂制动后,输送臂在摆动过程中实现换向,输送臂不同的初始位置对应不同的临界初始角速度,初始角速度必须大于该临界值,初始角速度越大冲击产生的振动越大,初始状态的选择有个最佳的范围,该文正确地揭示了塔带机转向工况的动态特性.     

基于ADAMS/Car的车辆频率响应仿真分析

根据车辆动力学原理,介绍了二自由度车辆模型的横摆角速度频率响应,在ADAMS/car中建立车辆操纵稳定性仿真分析模型。通过对转向盘施加脉冲转角输入,使车辆产生横摆运动,研究车辆横摆角速度与转向盘转角的振幅比及相位差的变化规律,对车辆的横摆角速度频率响应特性做出分析与评价。结果表明,该车共振频率高,相位滞后角小,具有很好的频响特性。     

微型汽车操纵稳定性的人-车动力学耦合效应

为研究驾驶人体与汽车之间的动力学耦合作用对微型汽车操纵稳定性的影响,将驾驶员模型通过弹簧-阻尼单元与汽车座椅相连,建立了基于人-车动力学耦合的6自由度操纵动力学模型;在参数识别获取人-椅界面的刚度-阻尼参数的基础上,应用数值解法,通过Matlab/Simulink对该动力学模型进行了仿真计算,分析了人-车动力学耦合作用对不同整车质量微型汽车阶跃转向的瞬态和稳态影响.结果表明:人-车动力学耦合明显影响了微型汽车侧倾响应,增大了其稳态值、峰值以及超调量,并且汽车结构尺度和整车质量越接近驾驶人体,影响越明显;而对横摆角速度影响较小,主要表现在增加了微型汽车的不足转向趋势,使瞬态响应波动增大.     

基于横摆角速度增益的动态转向系统可变传动比

以汽车动力学模型为基础,提出了一种保证汽车转向横摆角速度增益不变,以车速和前轮转角来确定车辆动态转向系统理想传动比的方法,并进行了实例计算和分析。结果表明,利用该方法确定的理想传动比保证了汽车转向增益不变,减轻了驾驶员的负担。     

Research on identifying the dynamic error model of strapdown gyro on 3-axis turntable

Gyro calibration technology is the key technologyin enhancing navigation system accuracy[1~4].The in-ertial unit in the strapdown inertial navigation system ismounted on the space vehicle directly;its dynamic er-rors are the main error sources of the strapdown inertialnavigation system.Gyros are the angular velocity sen-sors and key unit in the strapdown inertial system.Therefore establishing the dynamic error model of gyroand identifying the error model coefficients are of greatimportance for…     

Novel scheme of high precision inertial measurement for high-speed rotating carriers

In order to satisfy the requirement of high precision measurement in a high dynamic environment, a kind of gyro aided multi-accelerometer inertial measurement unit (GAMA-IMU) with six accelerometers and two gyros (6A2G) was proposed in this paper. The available configurations have the problem of low measurement precision in a high dynamic environment due to channel coupling. The three channels were decoupled when calculating the angular velocity in the proposed configuration. The yawing and pitching angular velocity were directly measured by gyros, while only the rolling angular velocity was obtained by the GAMA-IMU indirectly from the rolling angular acceleration and quadratic component of rolling angular velocity. Then a single channel rolling angular velocity calculation model was established and the extended Kalman filter (EKF) was used to do state estimation. Simulations were carried out and results indicated that the calculation precision of the proposed 6A2G configuration could meet the demand of high precision measurement for a high-speed rotating carrier.     

基于轮胎非线性模型的汽车操纵系统的动力学分析

基于一种轮胎非线性侧偏特性模型,利用近似解析方法研究了汽车的操纵动力学问题,给出了表征汽车稳态响应的横摆角速度增益、转向半径之比、前后轮侧偏角之差的近似解析解.结果表明,当前轮输入角较大时,稳态横摆角速度增益会迅速增加;而当车辆高速行驶时,即使前轮输入角很小,转向半径之比也会很大.与线性轮胎侧偏特性模型相比,考虑轮胎侧偏特性的非线性时,转向不足的区域明显减小.     

五自由度机械手动力学分析与仿真

针对五自由度机械手,基于Lagrange方程建立了五自由度机械手的动力学模型,通过UG建立实体仿真模型,利用UG与ADAMS良好的接口直接导入ADAMS建立了虚拟样机,并且进行了动力学仿真,得出了各关节转角和关节力矩的关系曲线,分析了末端机械手速度对各关节力矩、角速度和角加速度的影响,这对提高机械手的设计性能、减少研发时间提供了帮助,并为机械手的控制分析打下了基础.     

深海钴结壳自行式采矿车航迹推算方法研究

针对深海钴结壳矿区地形不平坦、采矿车作业环境恶劣、车体打滑严重等复杂情况,设计研究了一种具有地形感知能力的从动轮测速机构,用不同时刻不同斜面复合三维地形的方法,建立非平坦地形上作业采矿车的航迹推算模型.采用倾角传感器、电子罗盘、角位移传感器、光电编码器等测量采矿车的动态参数,依据航迹推算模型实现采矿车水下定位.与传统的基于驱动轮转速的航迹推算方法相比,它能适应各种复杂的工作条件,保证较高的定位精度.试验结果证明了上述方法的有效性.     

投掷运动中手臂的数学建模

为寻找在投掷运动中手臂旋转到某个角度时达到的最大角速度，使铅球抛得更远，该文建立了手臂在投掷运动中的动态模型，运用牛顿运动定律给出运动学方程和转矩方程，再根据控制理论把问题转化成最优控制问题，即寻求一容许控制的力，使手臂从初始状态转移到目标状态，并使性能指标角速度取最大值。     

自旋推进微纳卫星机理分析

为解决微纳卫星在机动变轨过程中受到侧向干扰力矩的问题,选择自旋稳定的方式,降低卫星速度指向偏差.考虑到质量变化以及喷气阻尼力矩的影响,建立恒定推力下无轴向扭矩的微纳卫星自旋推进模型,得到角速度、欧拉角、角动量以及角速度和欧拉角最大值的解析解.应用实例进行数值分析,结果表明:所求得的解析解精度较高;在发动机点火过程中,侧向角速度和欧拉角呈周期性变化,其中侧向角速度振幅越来越小;角动量矢量指向曲线为一圆形,圆形的半径近似等于卫星速度增量指向偏差;高速自旋的微纳卫星动不平衡特性对卫星自旋机动过程影响较小;微纳卫星的外形越接近于圆盘状,卫星速度增量指向偏差越小,变轨精度越高.     

基于欧拉四元数的欠驱动航天器姿态稳定性滑模控制

针对欠驱动航天器姿态稳定的非线性控制设计问题,给出了欠驱动航天器的姿态动力学方程和基于四元数描述的姿态运动学方程。根据航天器欠驱动轴的角速度分量是否为零分别设计相应的姿态稳定控制律。欠驱动轴角速度分量不为零时引进角速度误差和滑模函数,提出基于滑模函数的反馈控制律,使欠驱动航天器姿态达到稳定状态。数值仿真实验结果表明了所设计控制律的有效性。     

基于奇异摄动分解的固定翼无人机抗扰动滑模控制

为了提高固定翼无人机的飞行控制精度,减少系统动态耦合和外界干扰对固定翼无人机飞行控制系统性能的影响,建立了固定翼无人机的奇异摄动模型,在此基础上提出基于干扰观测器的滑模控制方法.首先对固定翼无人机的速度和姿态进行动力学建模,将固定翼无人机的动力学模型转换为奇异摄动模型,再对奇异摄动模型进行快慢分解完成解耦,得到两个降阶非耦合子系统,即以角速度为快变量的快子系统和以速度、姿态为慢变量的慢子系统,分别对角速度回路和速度、姿态回路设计基于干扰观测器的滑模控制器.最后,采用Simulink仿真验证了基于快、慢分解的固定翼无人机滑模控制方法的可行性和有效性.