考虑摩擦与刚度的空间机构动力学特性

发布时间：2021-10-23 06:26

　　为了建立更加准确的接触碰撞力模型,提高空间指向机构指向精度和稳定性;提出了一种考虑摩擦因素的改进的非线性法向接触刚度模型,基于修正的L-N模型,建立了更加准确的新的接触碰撞力模型,与已有模型进行了对比分析,并对新的接触碰撞力模型的准确性进行了试验验证;采用牛顿-欧拉法、"接触-分离"两状态模型、修正的Coulomb模型及新的法向接触碰撞力刚度模型,以空间指向机构为研究对象,建立了其动力学方程,研究了不同工况环境对空间指向机构动态特性的影响。研究结果表明:考虑摩擦因素的新的接触碰撞力模型能够更加精确地描述关节铰的接触碰撞效应,并且新模型的适用范围更加广泛;间隙导致空间指向机构动态性能出现明显的振荡,并随着间隙的增大,振荡加剧;关节铰结合面处的表面粗糙度越小,初始碰撞力越大;转速越大对机构产生的冲击力越大,机构的振动频率越高,机构的运行越不稳定。研究结果丰富了接触碰撞力建模方法,为高精度指向机构的设计与应用提供理论依据。 

【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(15)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

含间隙旋转副近似模型轴与弹性基础的接触边界满足以下几何关系

机械工程学报第56卷第15期期174本文提出的新模型适用范围更加广泛，不仅适用于较大恢复系数时的碰撞过程，还可以应用于较小恢复系数时的碰撞过程。图3不同恢复系数时三种模型仿真结果曲线1.4试验验证为了进一步验证本文接触碰撞力模型的正确性，将文献[19]一次碰撞试验的初始条件代入到本文的接触碰撞力模型中，计算结果如表2所示。利用自主设计的如图4所示的碰撞试验台，根据其所得到的试验数据进行对比分析。碰撞块材料为45号钢，其具体参数如下：弹性模量为207GPa，泊松比为0.3，表面粗糙度为6.3，等效质量为0.8kg，间隙取值0.5mm，恢复系数0.46。试验原理：采用凸凹曲面形状的碰撞块1和碰撞块2，模拟轴与轴套之间的接触碰撞过程。采用力传感器及速度传感器测量碰撞块1在碰撞后的碰撞力和初始速度；采用数据采集仪和电荷放大器采集测量信号，并在计算机中实时显示。图4碰撞试验平台不同速度下，理论结果与试验数据如表2所示。根据表2中数据可得修正模型的标准方差为0.5745%，新模型的标准方差为0.529%，两模型相差0.0455%。根据文献[19]研究结果及以上分析可知，本文建立的法向接触碰撞力模型所得到理论数据与试验数据更加接近，这说明考虑摩擦因素的新接触碰撞力模型是正确的。存在的误差原因主要有以下几点：①试件加工误差导致的，如表面粗糙度、间隙值误差等；②在不同速度时碰撞，修正模型中面积比例系数的取值存在变化，而不是单纯的常值。表2试验测量及数值计算结果分组速度值/(m/s)实测力/N修正模型理论力/N相对误差(%)

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]考虑关节效应与构件柔性的四自由度并联机构动力学性能研究[D]. 王庚祥.西安理工大学 2017



本文编号：3452650