考虑间隙与构件柔性耦合的机构运动精度可靠性分析

发布时间：2017-08-12 04:32

  本文关键词：考虑间隙与构件柔性耦合的机构运动精度可靠性分析

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【摘要】：实际机构中总存在运动副间隙和构件弹性变形,间隙的存在使机构产生碰撞,引起剧烈振动;柔性构件产生弹性变形导致机构运动误差增加,精度下降;另外,间隙与柔性产生耦合作用严重影响机构动态性能,既破坏机构的稳定性,又降低机构的运动精度与可靠性,并加剧运动副间隙的磨损。因此,针对间隙与柔性耦合现象,本文对含铰间间隙与柔性耦合的机构动态特性及运动精度可靠性进行系统研究,为进一步分析铰间间隙磨损、机构运动可靠性分析与综合提供理论基础。本文首先考虑机构铰间间隙,建立铰间间隙矢量模型及数学模型,分析并推导铰间间隙法向碰撞力与切向摩擦力数学模型。基于多柔体系统动力学基本理论,将法向碰撞力与切向摩擦力引入柔性机构动力学方程中,建立考虑间隙与柔性耦合的机构动力学模型,并根据耦合动力学模型利用Monte Carlo法对机构运动精度可靠性进行分析。为后续章节研究考虑间隙与柔性耦合的机构动态特性与运动精度可靠性奠定基础。根据铰间间隙法向碰撞力和切向摩擦力模型,以含间隙平面曲柄滑块机构为研究对象,应用多体动力学仿真软件ADAMS建立虚拟样机模型,分析不同铰间间隙尺寸、间隙个数及曲柄转速三种工况对含间隙机构动态特性与运动精度的影响。在此基础上,提出了含间隙机构动态特性无量纲均方根误差影响指标定量分析方法,对其进行定量分析。然后以柔性曲柄滑块机构为研究对象,建立机构动力学模型,应用有限元分析软件ANSYS建立柔性连杆的有限元分析模型,对柔性连杆进行模态分析,得到振型固有频率及相应振型。继而研究了曲柄转速与弹性模量对柔性连杆弹性变形影响,并对其进行动态特性分析,研究影响柔性机构动态特性和运动精度可靠性的因素。最后以考虑间隙与柔性耦合的机构为研究对象,搭建曲柄滑块机构试验平台,同时考虑铰间间隙与柔性连杆的弹性变形对机构进行动态特性仿真与试验分析,得到机构输出位移、速度和加速度动态特性曲线,并对机构动态特性进行定量分析与运动精度可靠性分析,通过试验数据与仿真数据对比分析验证了考虑间隙与柔性耦合机构动力学模型及可靠性分析模型的有效性及正确性。
【关键词】：铰间间隙 柔性机构 耦合动力学 动态特性 运动精度与可靠性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究背景和意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.3.1 柔性多体系统动力学研究现状10-12
• 1.3.2 含间隙机构理论研究现状12-14
• 1.3.3 机构运动精度可靠性研究现状14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第2章 间隙与柔性耦合机构动力学与可靠性模型17-27
• 2.1 运动副间隙接触碰撞力模型17-22
• 2.1.1 间隙矢量模型17-18
• 2.1.2 间隙数学模型18-19
• 2.1.3 碰撞力模型分析19-22
• 2.2 考虑间隙与柔性耦合机构系统动力学模型22-23
• 2.3 机构动态可靠性分析模型23-26
• 2.3.1 含间隙与柔性耦合机构运动精度可靠性分析23-25
• 2.3.2 基于Monte Carlo方法的可靠性分析25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 考虑运动副间隙的机构动态精度分析27-44
• 3.1 含间隙机构几何参数和质量特性参数27-28
• 3.2 考虑间隙尺寸对机构动态特性与精度影响研究28-33
• 3.2.1 间隙尺寸对机构动态特性影响分析29-32
• 3.2.2 间隙尺寸对机构动态精度影响分析32-33
• 3.3 考虑多间隙对机构动态特性与精度影响研究33-37
• 3.3.1 多间隙对机构动态特性影响分析33-35
• 3.3.2 多间隙对机构动态精度影响分析35-37
• 3.4 考虑曲柄转速对机构动态特性影响研究37-39
• 3.5 含间隙机构运动精度可靠性分析39-42
• 3.5.1 含间隙机构动态特性定量分析39-41
• 3.5.2 含间隙机构运动精度可靠性分析41-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第4章 考虑连杆柔性的机构动态精度研究44-56
• 4.1 柔性机构相关模型建立44-48
• 4.1.1 柔性机构系统动力学模型44-46
• 4.1.2 柔性连杆有限元模型46-48
• 4.2 柔性机构动态特性研究48-52
• 4.2.1 曲柄转速对柔性连杆弹性变形影响研究48-49
• 4.2.2 弹性模量对柔性连杆弹性变形影响研究49-50
• 4.2.3 考虑连杆柔性的机构动态特性研究50-52
• 4.3 柔性机构动态精度分析52-54
• 4.3.1 考虑连杆柔性的机构动态精度研究52-53
• 4.3.2 定量分析结果53-54
• 4.4 考虑连杆柔性的机构运动精度可靠性分析54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 间隙与柔性耦合的机构运动精度可靠性分析56-68
• 5.1 试验系统整体方案设计56-60
• 5.1.1 试验系统可行性分析56-57
• 5.1.2 试验台整体结构设计57
• 5.1.3 数据采集系统设计57-59
• 5.1.4 机构试验台实物装配图59-60
• 5.2 考虑间隙与柔性耦合的机构动态特性试验与仿真分析60-65
• 5.2.1 间隙尺寸对间隙与柔性耦合机构动态特性影响试验研究60-63
• 5.2.2 曲柄转速对间隙与柔性耦合机构动态特性影响试验研究63-65
• 5.3 考虑间隙与柔性耦合的机构运动精度可靠性试验研究65-67
• 5.3.1 考虑间隙与柔性耦合机构动态特性定量分析65-66
• 5.3.2 机构运动精度可靠性试验研究66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75

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本文编号：659803