含球面副间隙空间并联机构的动力学行为分析

发布时间：2020-11-18 01:29

　　 并联机构由于具有刚度大、精度高、承载能力强、可灵活实现空间姿态等优点在航天模拟器、并联机器人操作器、加工机械、食品包装以及医学领域等得到了广泛的应用。球面副是空间并联机构中比较常见的运动副之一,由于制造与装配等因素,球面副中普遍存在间隙,球面副间隙会导致间隙处球面副元素之间的接触碰撞,造成机构的振动与噪声,恶化机构的动力学性能,因此有必要对含球面副间隙的空间并联机构动力学特性进行研究。本文以4-UPS-RPU空间并联机构为研究对象,对含球面副间隙空间并联机构的动力学建模及动力学行为分析进行了系统的研究。主要研究内容如下:首先,建立了含球面副间隙4-UPS-RPU空间并联机构的运动学模型,基于球面副间隙的几何关系建立了间隙球面副的运动学模型,分别采用Lankarani-Nikravesh接触碰撞力模型和修正的Coulomb摩擦力模型,建立了法向与切向接触力模型,将间隙球面副之间的接触力嵌入到理想球面副并联机构的动力学模型,得到了含球面副间隙空间并联机构的动力学模型。然后,基于龙格库塔法对含球面副间隙空间并联机构动力学方程进行了求解,分析了不同轨迹和不同球面副间隙值对动平台质心点的位移、速度、加速度以及接触力的影响。研究了不同间隙值对中心轨迹以及嵌入深度的影响,并且利用相轨迹、Poincare映射和Lyapunov指数等对含球面副间隙并联机构混沌特性进行定性与定量的分析。最后,阐述了磨损的基本理论,对比分析了 Archard磨损模型和Reye's hypothesis磨损模型,并且基于Archard磨损模型,分别从滑移距离和接触速度的角度建立了含间隙球面副三维磨损深度的模型,对比分析了不同间隙值下含球面副间隙空间并联机构的三维磨损特性,为含球面副间隙并联机构磨损的研究奠定了基础。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH112
【部分图文】：

绪论??１９７５年ＭＡＮＳＯＵＲ等ｐ（）］提出了“分离－接触”的二状态模型，该模型指两??运动副元素间的相对位置要么接触要么分离，如图１－２所示。??间隙的四杆机构为对象，进行了相关的实验研究，对多种运动副间隙进行了建??模。ＤＵＢＯＷＳＫＹ等［２２］深入地研宂了二状态模型，形成了一套比较完整的研宄??体系。Ｚｈａｎｇ等［２３］对含间隙３－ＲＲＲ平面并联机构的动力学进行了建模，分析了??其动态特性。卫江等［２４］以五杆机构为研究对象，根据含间隙运动副元素之间的??几何关系，建立了机构的间隙模型，并采用Ａｄａｍｓ仿真方法，研究了运动副间??隙对该机构动态特性的影响。二状态模型以牛顿力学为基础建立运动方程，其??考虑物理参数影响，接近实际，模型较精确。但是，在进行数值积分时，首先??要确定运动副元素间的接触分离状态

线性自治系统中可能会出现混乱解，指出了非周期性与不可预测性之间的联系，??并在１９７２年发表的“蝴蝶效应”一文中提出了混沌运动的一个根本特性（对初??始条件的敏感性），发现了第一个混沌吸引子一Ｌｏｒｅｎｚ吸引子，如图１－４所示。??１９７１年，法国数学物理学家Ｄ．?Ｒｕｅｌｌｅ和数学家Ｆ．?Ｔａｋｅｎｓ联名发表了著名论文??《论湍流的本质》，这是人们第一次用混沌来解释湍流的形成机理。１９７５年，??李天岩和Ｊ．Ｙｏｒｋ共同发表了?“周期３蕴含混沌”?［３３］的论文，给出了第一个混沌??判定定理和混沌现象的数学描述，解释了从有序发展到混沌的过程，首次将混??沌引入到动力学中。１９７７年，一场以混沌理论诞生为标志的混沌科研会议在意??大利召开，有力地推动了混沌研宄的进程。??４??

教授也针对该运动模型进行了相关的理论分析和总结［３＇??碰／趣段??图１－３三状态运动模型??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｒｅｅ?ｓｔａｔｅ?ｍｏｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??１．３含间隙机构动力学特性的研究现状??１．３．１混沌基础理论的发展??１９世纪末，法国著名的数学家、物理学家庞加莱（Ｈ＿ＰＧｉｎｃａｆｅ），从数学理??论的角度为依据，在对太阳系中各个行星天体的运动现象稳定性进行研宄时，??发现即使是对于三个星体状态的天体模型，仍然会产生明显的随机性，这就是??对混沌现象的初始认识，但是当时没有意识到这是一种保守系统的混沌现象［３１］。??１９６３年，Ｌｏｒｅｎｚ在他的著名论文《确定性的非周期流》［３２］中指出：三阶非??线性自治系统中可能会出现混乱解，指出了非周期性与不可预测性之间的联系，??并在１９７２年发表的“蝴蝶效应”一文中提出了混沌运动的一个根本特性（对初??始条件的敏感性），发现了第一个混沌吸引子一Ｌｏｒｅｎｚ吸引子，如图１－４所示。??１９７１年
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本文编号：2888170