连杆机构中摩擦对动力学特性的影响

发布时间：2017-03-16 21:05

  本文关键词：连杆机构中摩擦对动力学特性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摩擦现象广泛存在于机构运动副中,摩擦力的负功效应很大程度地影响着机构动力学特性,在由低副组成的平面连杆机构中表现尤为明显。在分析偏置曲柄滑块机构动力学特性时,忽略偏置曲柄滑块机构运动副中的摩擦力、或者简单将各个传动环节的摩擦以一个笼统的效率进行估算,折抵为较小的驱动力矩,所得速度波动曲线与实测结果均存在较大的偏差。因此,有必要对作用在系统上的各个传动环节的摩擦进行分析,以区别对待它们对机构不同的负功效果。首先,论文对动力学调速实验台系统进行了结构分析和理想状态的动力学分析。对于直流电机驱动、单向负载的偏置曲柄滑块机构,取曲柄作为等效构件,根据动能定理,列出等效动力学方程,利用数值迭代法求解该方程,得到各种工况在不考虑传动效率和运动副摩擦力的理想状态下的曲柄转速波动曲线。之后,论文针对数值分析以曲柄角度划分节点和实验台测试以时间为采样周期造成两种结果无法直接对比的问题,对实验台测试系统采集的数据进行合理的变换处理,将曲柄角速度的横轴由时间转化角度,获得与数值计算结果相同的角度横轴。同时,由于实验台采集数据无法像数值分析那样,从曲柄空回行程之前的极限位置作为起始点,尚需在其数据中截取一个周期的“零点”位置。上述数据处理和完善更加方便直观地比较理论曲线和实验曲线的差别。接着,对理想状态的动力学模型进行修正,在数值求解中加入摩擦因素的影响。连杆两侧的速度波动、构件位置变化等因素使得连杆两侧的转动副摩擦力呈现较强的非线性,大大增加了系统动力学问题求解的复杂性。通过对滑块的受力分析和求解,得到连杆两侧球面轴承以及“滑块-导轨”间的正压力,分别按照“库伦-粘性”摩擦模型、库伦模型计算各副摩擦力(矩)并等效到曲柄,多轮迭代求解曲柄的转速波动曲线。最后,通过变换模型因数、反复进行数值计算,并与实测曲线进行对比,对“库伦-粘性”摩擦模型的摩擦因数vf、cf和直线导轨的摩擦因数3f进行识别。本文对动力学调速实验台数据采集和处理系统进行了完善,依托该实验台,建立了包含运动副摩擦力的动力学模型,探索出一种识别摩擦因数的方法,进一步提高了实验台数值求解精度。
【关键词】：连杆机构 运动副 摩擦力 动力学特性
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112;TH117
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题的背景11-12
• 1.2 机械系统运动副摩擦的研究方法12-13
• 1.3 库伦与粘性摩擦模型13-14
• 1.4 课题研究的目的及意义14-15
• 1.5 课题研究的主要内容15-16
• 第2章 实验台的结构及动力学问题16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 偏置曲柄滑块机构参数16-17
• 2.3 偏置曲柄滑块机构动力学建模17-22
• 2.3.1 偏置曲柄滑块机构的受力分析17-20
• 2.3.2 等效转动惯量与等效力矩20-21
• 2.3.3 偏置曲柄滑块机构的等效转动惯量和等效力矩21-22
• 2.4 动力学方程的求解22-24
• 2.4.1 任意区间的动能定理22-23
• 2.4.2 理想状态曲柄角速度23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 测试数据的分析与处理25-39
• 3.1 引言25
• 3.2 单向阻力的数据分析25-28
• 3.2.1 单向阻力的求解25-26
• 3.2.2 单向阻力数据分析26-28
• 3.3 曲柄角速度的数据分析28-38
• 3.3.1 曲柄角速度与单向阻力的关系29
• 3.3.2 曲柄角速度起始位置的确定29-33
• 3.3.3 曲柄角速度横坐标的转化方法33-38
• 3.3.4 绘出角速度的实时曲线38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 偏置曲柄滑块机构运动副摩擦分析39-47
• 4.1 引言39
• 4.2 移动副摩擦力39-43
• 4.2.1 空回行程39-41
• 4.2.2 工作行程41-43
• 4.3 转动副摩擦力43
• 4.3.1 球面滑动轴承摩擦力与摩擦力矩43
• 4.3.2 考虑运动副摩擦的等效力矩43
• 4.4 考虑运动副摩擦的动力学方程求解43-46
• 4.4.1 节点间的时间增量44-45
• 4.4.2 齿轮角加速度45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 运动副摩擦对连杆机构动力学特性的影响47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 运动副摩擦因数的识别47-49
• 5.2.1 球面滑动轴承47-48
• 5.2.2 直线导轨48-49
• 5.3 实验台其他环节传动效率的优化49-50
• 5.4 理论和实测数据分析50-53
• 5.4.1 理论分析与实测曲线的对比50-52
• 5.4.2 误差分析52-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第6章 总结与展望54-56
• 6.1 总结54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 附录59-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间的研究成果65-66

【参考文献】

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本文编号：252334