基于改进Winkler接触模型的含间隙铰接副机构动力学特性分析

发布时间：2020-08-11 07:11

【摘要】：随着现代机械结构不断向高性能方向的发展,机械系统的可靠性、精度以及使用寿命逐渐成为人们关注的重点。铰接副广泛应用在机械结构中,但其不可避免存在间隙,特别是不均匀磨损导致间隙发生变化,对机构的可靠性、运动精度以及使用寿命具有不可忽视的影响。本文深入研究了铰接副间隙以及磨损对机构动力学特性的影响。主要完成了以下工作:(1)对传统Winkler接触模型进行改进,并基于该接触模型构建了含间隙机构动力学模型。针对传统Winkler接触模型在没有考虑接触碰撞过程中能量损耗方面的不足,通过引入阻尼系数和相对碰撞速度来考虑接触碰撞过程中能量损耗,得到了改进Winkler接触模型。通过仿真分析验证了该模型能更好地描述实际接触碰撞过程。进而结合含间隙铰接副运动学描述,建立了考虑铰间间隙的多体系统动力学方程,为进一步分析含间隙机构的动力学特性奠定了基础。(2)基于改进Winkler接触模型开发了适用于复杂接触情况的ADAMS接触力子程序,并进行含间隙机构动力学特性分析。针对ADMAS自带的接触力模型仅适用于简单接触情况,无法完成复杂接触情况下接触力计算,基于改进Winkler接触模型开发了接触力子程序,并嵌入到多体系统动力学仿真软件ADAMS中,以含间隙曲柄滑块机构为例进行了动力学仿真。并从多个角度(间隙大小、含间隙铰接副个数、摩擦和曲柄转速)分析了铰接副间隙对机构动力学特性的影响。(3)实现了含间隙铰接副磨损预测,并分析了磨损导致的间隙变化对机构动力学特性的影响。基于改进Winkler接触模型和Archard磨损模型建立了间隙铰磨损预测模型,开发了磨损预测程序,进而在动力学仿真的基础上实现了对铰接副磨损规律的预测。为实现磨损后表面轮廓重构,本文提出了一种在ADAMS中通过接触力子程序间接实现表面轮廓重构的方法,并在上述研究工作的基础上,分析了磨损对铰接副接触碰撞力、滑块速度和加速度的影响。结果表明:含间隙铰接副的非规则磨损导致铰接副元素的碰撞更剧烈,降低了机构运动稳定性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH113
【图文】：

基于 L-N 接触模型进行仿真分析，研究了间隙对滑，最后通过实验验证了其结果的正确性。Flores 等[1并通过仿真分析对比了有润滑和无润滑时，间隙对明：存在润滑时，含间隙机构运动更加稳定，更加部分学者采用实验研究的方法研究含间隙机构动分析含间隙铰接副的接触碰撞特性，发现现有描述并不准确，在三状态模型的基础上进一步细分，增触过程。Flores[45]搭建了如图 1-1 所示的含间隙曲柄证其理论建模和动力学仿真分析结果的准确性。Erk隙曲柄滑块实验系统，通过实验研究验证了间隙的存机构出现振动，间隙的增大会加剧振动的产生。同柔性构件，可以起到抑制机构的振动作用。郑坤明相结合的方法，研究了关节间隙对 Delta 机器人位置

Flores[45]搭建了如图 1-1 所示的含间隙曲柄证其理论建模和动力学仿真分析结果的准确性。Erk隙曲柄滑块实验系统，通过实验研究验证了间隙的存机构出现振动，间隙的增大会加剧振动的产生。同柔性构件，可以起到抑制机构的振动作用。郑坤明相结合的方法，研究了关节间隙对 Delta 机器人位置图 1-1 Flores 实验系统[45]

a) FARO 激光跟踪仪 b) 模拟实验台图 1-3 郑坤明实验系统[46]响，发现关节间隙的存在将会降低机器人的位置精度，加剧振动的产生，其实验系统如图 1-3 所示。到目前为止，对含间隙机构动力学特性的研究大多采用理论建模分析，然后通过搭建实验平台验证其理论分析的正确性，并且搭建的实验平台大多采用简单机械结构。1.2.4 含间隙机构铰接副磨损研究现状含间隙机构在运转的过程中必然会存在磨损，随着磨损的累积，其间隙值不断的变化，将会改变含间隙铰接副元素的碰撞规律，加剧机构的非线性动力学特性，导致其精度不断下降直至不能满足使用要求而失效。铰接副磨损对机构运动的影响已逐渐引起人们的重视，国内外学者通过实验和理论分析对含间隙铰接副的磨损展开了深入的研究。Flores[1]基于 Hertz 接触模型得

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本文编号：2788761