開題報告ppt-考慮間隙的柔性連桿機構動力學分析與研究

1、考慮間隙的柔性連桿機構動力學分析與研究,,Contents,,3,3,選題背景隨著精密機械工程和航天工程的不斷發(fā)展，機械機構系統(tǒng)向著高精度、高效率、高可靠性和長壽命的目標邁進，機械機構系統(tǒng)的高效率、高可靠性以及長壽命問題已經(jīng)引起人們的高度重視。然而實際機構中，運動副間隙是不可避免的，由于運動副間隙對機構動力學特性影響較大，因此考慮運動副間隙的機構仿真就顯得尤為關鍵。,,裝配間隙,設計制造誤差,摩擦磨損,運動副間隙,運動副間隙對機構

2、的不良影響間隙使實際機構與理想機構的運動發(fā)生偏離，降低了機構運動精度，而且容易引起沖擊動載荷，影響系統(tǒng)載荷傳遞，以及造成運動副的破壞和失效。,,,,Contents,,3,3,,待解決的問題,間隙系統(tǒng)動力學國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,間隙機構建模國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,,,,間隙機構建模國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,國外學者Earles和 Wu早在 20 世紀 70 年代初就提出了連續(xù)接觸模型，國內(nèi)學者唐錫寬對連續(xù)接觸模型作了較為詳細地介紹。由Ma

3、nsour提出的碰撞與分離二狀態(tài)模型，美國學者Dubowsky和日本學者Funabashi在實驗室進行了大量的實驗研究提出了“接觸-分離”模型，國內(nèi)關于該方法的研究學者主要有李哲、唐錫寬等。以美國Miedema為代表的學者進一步提出了三狀態(tài)模型，該模型擴展了碰撞與分離二狀態(tài)模型，國內(nèi)學者張策詳細的分析并總結了該類方法。,間隙系統(tǒng)動力學國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,趙帥、唐斌等基于活塞銷與襯套間隙的沖擊函數(shù)模型和計算多體動力學的方法，研究了活塞銷間隙對

4、內(nèi)燃機活塞連桿曲軸運動系統(tǒng)動力學特性的影響。郝雪清、陳江義研究不同運動副材料對間隙機構動力學特性的影響,在考慮庫侖摩擦的條件下,利用非線性等效彈簧阻尼的概念建立了含間隙運動副的接觸動力學模型。白爭鋒考慮運動副間隙的機構動態(tài)特性研究，建立一種改進的間隙非線性連續(xù)接觸碰撞力的混合模型。Z. H. Fong 等采用等間隙線圖計算具有雙推進器的壓縮機的葉間間隙。Carlo Innocenti以作用了外部載荷后桿件的位置和無間隙時桿件所能達

5、到的位置之間的差異來評價間隙對含間隙轉動副的空間機構的影響,待解決的問題,間隙柔性機器人的研究在現(xiàn)有的實驗條件下，考慮間隙中有液體或氣體潤滑、有摩擦等情況完善副元素分離準則，改善誤判或計算量大的現(xiàn)象含多個間隙的系統(tǒng)的動力學模型建立含間隙系統(tǒng)的高度非線性系統(tǒng),混沌現(xiàn)象,Contents,,3,3,研究主要內(nèi)容間隙系統(tǒng)觸碰撞模型建模接觸碰撞模型仿真分析與特性研究考慮間隙的柔性連桿機構動力學分析考慮摩擦對間隙機構的影響含不規(guī)

6、則間隙的機構動態(tài)特性分析考慮多個間隙的機構動態(tài)特性分析,Contents,,3,3,含間隙機構的動力學建模,,,,,1,2,3,4,間隙的描述方法,間隙系統(tǒng)建模方法,間隙矢量模型,L-N三狀態(tài)模型,含間隙機構的動力學建模,1、間隙描述方法無質量桿方法：旋轉鉸間隙所產(chǎn)生的多余自由度由無質量剛性桿代替。,含間隙機構的動力學建模,1、間隙描述方法彈簧阻尼方法：將間隙視為彈簧阻尼元件，較無質量桿方法更貼近運動副的實際運動，但彈

7、簧和阻尼器的參數(shù)難以確定。,含間隙機構的動力學建模,,1、間隙描述方法力描述方法（碰撞鉸方法）：主要是指當旋轉鉸軸與軸承發(fā)生碰撞時，便會產(chǎn)生相互作用力，因此可以通過接觸碰撞力來描述旋轉鉸的動力學特性。,含間隙機構的動力學建模,2、間隙系統(tǒng)建模方法 1）“連續(xù)接觸”模型 連續(xù)接觸模型假設運動副副元素始終處于連續(xù)接觸狀態(tài)，認為碰撞與分離是瞬時的，因此簡化了計算，將間隙等效為一根無質量定長的剛性桿，模型將原含鉸間間隙的機

8、構轉化為無間隙的多桿多自由度系統(tǒng)，進一步可以利用拉格朗日原理建立系統(tǒng)的運動微分方程。試用范圍： 試用于間隙小，速度較低的輕型機械。,含間隙機構的動力學建模,,含間隙機構的動力學建模,2）基于“接觸-分離”模型和牛頓法 接觸分離模型也可以稱為兩狀態(tài)非連續(xù)接觸模型。這種模型假定組成運動副的兩桿件存在接觸和分離兩種狀態(tài)。在分離狀態(tài)變換成接觸狀態(tài)的瞬間發(fā)生沖擊，因此要研究這種沖擊對機械動力學性能的影響。,含間隙機構的動力學建模,,含間

9、隙機構的動力學建模,3）基于“分離-碰撞-接觸”模型和動量定理 在這種模型中，除了接觸和分離狀態(tài)之外，認為在碰撞發(fā)生時，會經(jīng)歷、一個反復碰撞的過度過程，稱為“碰撞狀態(tài)”。接觸、分離、碰撞和過渡四個狀態(tài)，并基于這四種狀態(tài)建模。 難點： 準確地確定發(fā)生碰撞的時間，并準確的判斷間隙運動副副元素之間相對運動狀態(tài)的轉換。,含間隙機構的動力學建模,,含間隙機構的動力學建模,3、間隙矢量模型的建立,軸承與軸的接觸碰撞判斷參數(shù):,間隙矢量

10、的偏心距:,接觸碰撞引起的接觸變形:,軸和軸承接觸碰撞的條件為: g>0 未接觸、自由運動 g=0 開始接觸或開始脫離 g<0 接觸、發(fā)生彈性變形,,含間隙機構的動力學建模,考慮鉸間間隙時(包括規(guī)則裝配間隙或非規(guī)則磨損間

11、隙)機構的動力學方程：,為廣義坐標陣，,為機構的廣義質量陣，,為機構廣義的阻尼陣，,機構的,廣義剛度陣，,為約束方程的雅克比矩陣，,為Lagrange乘子列陣，,為廣,,義速度二次項以及力矩。,間隙處的約束力：,為法向碰撞力，,為切向摩擦力。,含間隙機構的動力學建模,4、基于L-N模型的三狀態(tài)模型建立,1）Hertz接觸理論：,2）非線性彈簧阻尼模型：,3）Lankarani和Nikravesh假設材料阻尼是含間隙機構接觸碰撞過程中能量

12、損失的來源，并且間隙鉸軸與軸承為低速碰撞，基于上述假設建立了一種新的基于Hertz接觸理論和恢復系數(shù)的非線性彈簧阻尼模型。,接觸公式為：,其中碰撞過程的阻尼系數(shù)為：,其中,為粘滯阻尼因子,假設能量損失是由于碰撞體的材料阻尼引起的，能量將以熱的形式損耗，則有：,為恢復系數(shù)；,為撞擊點的初始相對速度。,L-N 非線性彈簧阻尼接觸碰撞力模型適用于低速碰撞的場合以及恢復系數(shù)接近于1 的碰撞過程分析。由于L-N模型能夠反映接觸碰撞過程中的能量損失

13、行為，并且全面的包含了碰撞體材料屬性、局部變形、碰撞速度等信息，因此本次研究過程中選用L-N模型進一步的建立含間隙接觸碰撞模型。,Contents,,3,3,1、應用RECURDYN軟件對曲柄滑塊機構進行運動仿真，仿真結果能夠驗證在理想狀態(tài)下曲柄滑塊機構的動力學特性。2、應用RECURDYN軟件進行了柔性梁單元接觸碰撞仿真，仿真結果說明材料阻尼是影響構件元素運動的主要原因。3、應用RECURDYN軟件對曲柄滑塊機構模型進行了接觸碰撞

14、仿真，仿真結果說明在接觸碰撞過程中由于受到材料摩擦、阻尼和剛度等的影響，且摩擦對機構動力學性能的影響最大。,現(xiàn)階段研究進展,Contents,,3,3,進度安排：2013.2-2013.3 搜集資料，閱讀文獻,確定具體研究內(nèi)容。 2013.4 熟悉課題查閱資料完成開題報告。2013.5 間隙系統(tǒng)觸碰撞模型建模2013.6 接觸碰撞模型仿真分析與特性研究20

15、13.7-2012.8 考慮間隙的柔性連桿機構動力學分析 2013.9 考慮摩擦對間隙機構的影響2013.10 含不規(guī)則間隙的機構動態(tài)特性分析2013.11-2013.12 考慮多個間隙對機構的動力學影響。2014.1-2014.2 進一步研究整理。2014.3-2014.4 按要求撰寫論文。2014.5-2014.6 準備畢業(yè)答辯。,Contents,,3,3,1

16、、白爭鋒，趙陽，田浩． 含鉸間間隙太陽帆板展開動力學仿真 ［J］． 哈爾濱工業(yè)大學學報，2009，41( 3) : 11 －14．2、張策.．彈性連桿機構的分析與設計[M]．機械工業(yè)出版社．1989.33、K.L.Johnson．Contact Mechanics[M]．高等教育出版社. 19924、白爭鋒，趙陽，趙志剛．慮運動副間隙的機構動態(tài)特性研究 [J]．沖擊與振動．2011.115、劉迎春，余躍慶.考慮運動副

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