考虑涂层的间隙转动副接触碰撞力模型及其应用
发布时间：2021-10-16 04:55
转动副作为最基本的运动副形式之一在机械工程中应用广泛,但转动副不可避免存在间隙,导致机械系统出现展开故障、定位精度不足、运动失稳和寿命下降等问题。因此转动副间隙及由此引起的内碰撞、摩擦和润滑等非线性因素对多体机械系统动力学特性的影响日益突出。对于极端工况条件下的转动副,通常在接触表面涂覆减摩耐磨的涂层来提高系统的工作性能。这在实际工程中已经得到了验证,但结合小间隙转动副的近似共形接触特点和转动副元素的碰撞特性对涂层/轴套基体受载时的力学行为进行研究还鲜有报道,制约了涂层的应用以及相关机械系统数值仿真精度和控制水平的提高。针对此问题,本文基于转动副的结构特点,围绕涂层轴套在静载和冲击动载荷作用下的接触力与变形关系开展了基础研究。主要完成了以下工作:（1）通过非共形接触方法和Winkler弹性基础模型分别建立了适用于轴-层状半空间、轴-单一弹性层轴套接触情况的接触力模型,证明了Winkler弹性基础模型在处理小间隙轴-孔共形接触问题时有较高精度。进而基于Winkler弹性基础模型和Hertz椭圆形压力分布假设对现有双弹性层接触力模型进行了改进,建立了一种修正的适用于静载条件的双弹性层转动副...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航天器展开机构和机械臂中的间隙转动副
散以及算法稳定性等多种因素，值得注意的是，间隙内是否有润滑介质及其润滑机理对接触力的影响不可忽视。如图 1-2 a)所示，干摩擦条件下间隙转动副法向接触力模型最初是在 Hertz 弹性接触理论基础上发展起来的。1882 年，Hertz 发表经典论文《论弹性固体的接触》，首先开始讨论弹性体的静态接触问题，并给出了法向接触力的经典求解方法，至今该古典理论仍是接触力学的基础，常被用于分析更加复杂的模型。Hertz 接触力公式是基于两弹性体在非共形接触条件下推导出来的，接触力仅由材料的弹性变形而引起，在处理低径向载荷大间隙转动副接触问题时可以得到较好的效果[33]。实际中由于间隙的存在，轴和轴套相对运动时在接触瞬间存在动态碰撞并产生能量损失，而碰撞引起的接触力是材料变形和阻尼共同作用的结果，因此完全弹性接触力模型并不能准确描述转动副受载时的力与变形关系。此外，转动副间隙通常较小，轴与轴套在未发生变形前有较大的接触面积，属于近似共形接触状况，因此采用 Hertz 接触力模型在计算小间隙转动副接触力时与真实值存在偏差。
论文结构框架图
【参考文献】：
期刊论文
[1]含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学分析[J]. 宿月文,霍文妮,陈渭,郭彩霞. 润滑与密封. 2017(03)
[2]计及间隙的运动副和机械系统动力学的研究进展[J]. 阎绍泽,向吴维凯,黄铁球. 北京大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]用于发动机滑动轴承的固体润滑涂层[J]. 冨川貴志,神谷周,千年俊之,彭惠民. 国外内燃机. 2016(03)
[4]计及铰间隙的多柔体机械臂动力学特性[J]. 任武,吴运新,张赵威. 振动.测试与诊断. 2015(03)
[5]平面连杆机构运动精度可靠性及灵敏度分析[J]. 庞欢,喻天翔,宋笔锋. 中国机械工程. 2014(18)
[6]空间机构运动行为模拟概念研究[J]. 王文魁. 载人航天. 2013(05)
[7]长寿命卫星活动机构固体润滑轴承特性[J]. 刘庭伟,张宁,梁伟,张亮. 计算机辅助工程. 2013(S1)
[8]含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析[J]. 张慧博,陈军,潘冬,王兴贵,李甘霖. 宇航学报. 2012(01)
[9]落石碰撞恢复系数的现场试验与数值计算[J]. 章广成,向欣,唐辉明. 岩石力学与工程学报. 2011(06)
[10]某型航空发动机活塞特种固体润滑涂层的加工[J]. 沈琳. 金属加工(热加工). 2011(03)
博士论文
[1]基于界面力学分析的轴承钢表面固体薄膜承载能力研究[D]. 聂重阳.哈尔滨工业大学 2017
[2]含间隙铰链机构非线性接触力和碰撞动力学研究[D]. 王旭鹏.西北工业大学 2016
[3]多体系统中复杂铰的运动学和接触分析[D]. 王刚.大连理工大学 2016
[4]考虑铰间间隙的机构动力学特性研究[D]. 白争锋.哈尔滨工业大学 2011
[5]星载天线动态指向精度动力学分析与控制[D]. 游斌弟.哈尔滨工业大学 2011
[6]内燃机曲轴-轴承系统摩擦学动力学耦合研究[D]. 李震.合肥工业大学 2005
硕士论文
[1]考虑关节间隙效应的空间机械臂动力学特性研究[D]. 黄洪州.中国地质大学(北京) 2016
[2]考虑铰间间隙和重力效应的空间机械臂轨迹跟踪控制[D]. 侯甜甜.燕山大学 2016
[3]多层弹性体接触问题的数值分析[D]. 翟俊辉.江苏大学 2006
本文编号：3439189
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航天器展开机构和机械臂中的间隙转动副
散以及算法稳定性等多种因素，值得注意的是，间隙内是否有润滑介质及其润滑机理对接触力的影响不可忽视。如图 1-2 a)所示，干摩擦条件下间隙转动副法向接触力模型最初是在 Hertz 弹性接触理论基础上发展起来的。1882 年，Hertz 发表经典论文《论弹性固体的接触》，首先开始讨论弹性体的静态接触问题，并给出了法向接触力的经典求解方法，至今该古典理论仍是接触力学的基础，常被用于分析更加复杂的模型。Hertz 接触力公式是基于两弹性体在非共形接触条件下推导出来的，接触力仅由材料的弹性变形而引起，在处理低径向载荷大间隙转动副接触问题时可以得到较好的效果[33]。实际中由于间隙的存在，轴和轴套相对运动时在接触瞬间存在动态碰撞并产生能量损失，而碰撞引起的接触力是材料变形和阻尼共同作用的结果，因此完全弹性接触力模型并不能准确描述转动副受载时的力与变形关系。此外，转动副间隙通常较小，轴与轴套在未发生变形前有较大的接触面积，属于近似共形接触状况，因此采用 Hertz 接触力模型在计算小间隙转动副接触力时与真实值存在偏差。
论文结构框架图
【参考文献】：
期刊论文
[1]含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学分析[J]. 宿月文,霍文妮,陈渭,郭彩霞. 润滑与密封. 2017(03)
[2]计及间隙的运动副和机械系统动力学的研究进展[J]. 阎绍泽,向吴维凯,黄铁球. 北京大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]用于发动机滑动轴承的固体润滑涂层[J]. 冨川貴志,神谷周,千年俊之,彭惠民. 国外内燃机. 2016(03)
[4]计及铰间隙的多柔体机械臂动力学特性[J]. 任武,吴运新,张赵威. 振动.测试与诊断. 2015(03)
[5]平面连杆机构运动精度可靠性及灵敏度分析[J]. 庞欢,喻天翔,宋笔锋. 中国机械工程. 2014(18)
[6]空间机构运动行为模拟概念研究[J]. 王文魁. 载人航天. 2013(05)
[7]长寿命卫星活动机构固体润滑轴承特性[J]. 刘庭伟,张宁,梁伟,张亮. 计算机辅助工程. 2013(S1)
[8]含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析[J]. 张慧博,陈军,潘冬,王兴贵,李甘霖. 宇航学报. 2012(01)
[9]落石碰撞恢复系数的现场试验与数值计算[J]. 章广成,向欣,唐辉明. 岩石力学与工程学报. 2011(06)
[10]某型航空发动机活塞特种固体润滑涂层的加工[J]. 沈琳. 金属加工(热加工). 2011(03)
博士论文
[1]基于界面力学分析的轴承钢表面固体薄膜承载能力研究[D]. 聂重阳.哈尔滨工业大学 2017
[2]含间隙铰链机构非线性接触力和碰撞动力学研究[D]. 王旭鹏.西北工业大学 2016
[3]多体系统中复杂铰的运动学和接触分析[D]. 王刚.大连理工大学 2016
[4]考虑铰间间隙的机构动力学特性研究[D]. 白争锋.哈尔滨工业大学 2011
[5]星载天线动态指向精度动力学分析与控制[D]. 游斌弟.哈尔滨工业大学 2011
[6]内燃机曲轴-轴承系统摩擦学动力学耦合研究[D]. 李震.合肥工业大学 2005
硕士论文
[1]考虑关节间隙效应的空间机械臂动力学特性研究[D]. 黄洪州.中国地质大学(北京) 2016
[2]考虑铰间间隙和重力效应的空间机械臂轨迹跟踪控制[D]. 侯甜甜.燕山大学 2016
[3]多层弹性体接触问题的数值分析[D]. 翟俊辉.江苏大学 2006
本文编号：3439189
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