考虑运动副磨损间隙的柔性机构动力学与实验研究

发布时间：2017-09-21 13:12

  本文关键词：考虑运动副磨损间隙的柔性机构动力学与实验研究

  更多相关文章： 运动副间隙 柔性构件 磨损特性 非规则 动态响应

【摘要】：随着现代科学技术的不断进步,机械机构正向着高精度、高速化、长寿命、轻质化方向发展。运动副间隙和构件柔性将极大的影响机构的动态性能,使机构精度和可靠性降低。机构运行时间隙运动副中存在磨损行为,磨损是个极其复杂的现象,受很多因素影响;磨损逐渐积累使运动副间隙不断增大,导致机构动力学响应偏离理想运动状态,精度和可靠性降低甚至引起失效。含间隙柔性多体机构运动副磨损已成为多体机构动力学研究的热点问题,本文将考虑运动副间隙、构件柔性以及各种影响因素,对含间隙柔性多体机构运动副磨损特性进行深入研究,为后续优化设计提供理论指导。首先建立运动副间隙矢量模型、数学模型和间隙副接触力模型;采用浮动坐标系法描述柔性构件位形;基于浮动坐标系法和Lagrange乘子法建立柔性多体动力学方程;将运动副间隙模型嵌入到柔性多体系统动力学模型中,建立含间隙的柔性多体系统动力学模型;采用经典的Archard磨损模型方法,建立间隙副磨损动态计算模型,提出一种含间隙柔性多体机构间隙铰磨损动态计算方法,为磨损计算提供理论基础。然后,基于建立的磨损动态计算模型,研究运动副间隙、驱动速度、构件柔性、接触刚度、摩擦系数等对间隙运动副磨损特性的影响。根据建立的磨损动态计算模型,将磨损划分为多个磨损计算周期,对于每个周期基于有限元思想求解。将模型应用到曲柄滑块机构中,求解含间隙和柔性连杆的机构动力学方程,得到接触应力和相对滑移速度作为动态磨损计算的输入参数,嵌入间隙副磨损动态计算流程,对机构间隙旋转铰进行磨损计算。将磨损后的非规则间隙嵌入到计算模型中,首先进行运动副元素轮廓重构,将重构的轮廓嵌入到机构模型中,研究分析机构位移响应、速度响应、加速度响应以及间隙副接触力的变化;然后分析磨损周期性,研究前后周期之间的相互影响;最后研究磨损间隙对机构响应误差和可靠性的影响。搭建曲柄滑块实验平台,采用实验方法研究含间隙柔性多体机构动力学特性和磨损特性,验证前文研究结论的正确性。通过该实验平台研究间隙大小和驱动速度变化对机构动态响应和间隙副磨损量的影响,得到磨损间隙对机构动态响应的影响规律。
【关键词】：运动副间隙 柔性构件 磨损特性 非规则 动态响应
【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
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源及研究目的与意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 柔性多体动力学研究现状11-12
• 1.2.2 含间隙机构动力学研究现状12-14
• 1.2.3 间隙运动副磨损国内外研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 考虑间隙的柔性多体系统动力学建模18-32
• 2.1 旋转运动副间隙模型18-21
• 2.1.1 旋转运动副间隙矢量模型19
• 2.1.2 旋转运动副间隙数学模型19-21
• 2.2 间隙运动副接触碰撞力模型21-24
• 2.2.1 间隙运动副法向碰撞力模型22-23
• 2.2.2 间隙运动副切向摩擦力模型23-24
• 2.3 柔性多体系统动力学模型24-29
• 2.3.1 柔性构件位形描述24-26
• 2.3.2 考虑间隙的柔性多体系统动力学模型26-29
• 2.4 磨损计算数学模型29-31
• 2.4.1 Archard磨损模型29
• 2.4.2 磨损动态计算数学模型29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 含间隙多体机构运动副磨损特性研究32-50
• 3.1 间隙运动副摩擦磨损概述32-35
• 3.1.1 磨损过程概述32-33
• 3.1.2 磨损计算参数的确定33-35
• 3.2 柔性动力学和磨损的耦合计算35-36
• 3.3 间隙对旋转副磨损特性的影响36-40
• 3.3.1 间隙个数对间隙旋转铰磨损特性的影响37-38
• 3.3.2 间隙大小对间隙旋转铰磨损特性的影响38-40
• 3.4 柔性和接触刚度对间隙旋转铰磨损特性的影响40-45
• 3.4.1 构件柔性对间隙旋转铰磨损特性的影响40-42
• 3.4.2 接触刚度对间隙旋转铰磨损特性的影响42-45
• 3.5 驱动和摩擦对间隙旋转铰磨损特性的影响45-49
• 3.5.1 驱动速度对间隙旋转铰磨损特性的影响45-46
• 3.5.2 摩擦系数对间隙旋转铰磨损特性的影响46-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 含磨损间隙的机构动力学特性研究50-62
• 4.1 磨损后副元素表面轮廓重构50-53
• 4.2 磨损间隙对机构动态响应的影响53-56
• 4.2.1 磨损间隙对机构位移响应的影响53-54
• 4.2.2 磨损间隙对机构速度响应的影响54-55
• 4.2.3 磨损间隙对机构加速度响应的影响55-56
• 4.3 磨损行为周期性分析56-59
• 4.3.1 磨损间隙对接触力的影响56-57
• 4.3.2 第二周期磨损特性分析57-59
• 4.4 磨损间隙对机构可靠性影响59-61
• 4.4.1 含磨损间隙的机构响应误差分析59-60
• 4.4.2 含磨损间隙的机构可靠度分析60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 含间隙机构动力学和磨损特性实验研究62-75
• 5.1 曲柄滑块实验台设计62-67
• 5.1.1 实验系统性能分析62-63
• 5.1.2 实验系统总体结构设计63-64
• 5.1.3 驱动系统及调速系统设计64
• 5.1.4 实验台检测系统设计64-65
• 5.1.5 实验台机械结构设计65-67
• 5.2 间隙和驱动对机构动态响应的影响实验研究67-71
• 5.2.1 间隙大小对机构动态的影响67-69
• 5.2.2 驱动速度对机构动态响应的影响69-71
• 5.3 磨损特性实验研究71-72
• 5.3.1 间隙大小对磨损量的影响71-72
• 5.3.2 驱动速度对磨损量的影响72
• 5.4 磨损间隙对机构运动响应影响实验研究72-73
• 5.5 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-83
• 致谢83

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