考虑多间隙的连杆机构动力学理论研究

发布时间：2017-10-10 08:34

  本文关键词：考虑多间隙的连杆机构动力学理论研究

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【摘要】：现代机械制造业正在走成熟的方向，越来越高的要求机械的运动精度，但在实际机械系统中无法规避的运动副间隙正严重的影响着机械系统的动力学性能。由于运动副中存有间隙，导致系统位置产生偏差，系统运动状态不稳定发生振动。因此，对间隙与机械系统动态特性之间的相互关系进行深入研究十分必要。 现阶段，，在间隙机械动力学系统的研究领域，研究者们正探寻一种准确有效的方法对间隙机械系统进行建模分析。在建模分析中仍有一下问题需要解决：对工作时，间隙运动副接触分离状态的判断仍不准确；对考虑弹性的间隙机械系统仍有待研究；对多间隙机械系统的动态特性研究仍很少涉及。因此，本文针对以上问题，主要内容如下： （1）由两物体碰撞理论展开研究，继而将碰撞问题引入到含间隙运动副的理论研究工作中。以转动副为例，针对间隙运动副的描述、运动学建模、力学模型、接触碰撞模型、摩擦力模型、接触判断方法及间隙机构多体动力学方程这七个方面对间隙转动副进行综合分析。 （2）将间隙运动副模型与机构动力学模型结合，构建间隙机构动力学模型，并以偏置曲柄滑块机构为对象进行研究。首先对仅考虑曲柄与连杆位置转动副存在间隙的机构的动态特性进行研究；然后，对间隙大小与机构动力学特性的关系进行研究；最后，对考虑弹性连杆的间隙偏置曲柄滑块机构动力学特性进行研究。研究结果表明：间隙存在使得机构输出位移滞后，输出速度、加速度出现大幅振荡，运动副元素间产生不连续高频振荡接触力；随着间隙尺寸的不断增加，间隙运动副间接触碰撞频率不断减小，但冲击力逐渐增大；同时研究表明考虑连杆为柔性的间隙机构较刚性机构而言运动更稳定。 （3）接下来从两方面展开对多间隙机构的研究工作：一、对比间隙存在偏置曲柄滑块机构中两个不同位置的转动副内时机构动力学特性；二、考虑同时存在多个间隙运动副时，机构的动力学特性。结果表明：在偏置曲柄滑块机构中，连杆与滑块位置转动副存在间隙比曲柄与连杆位置转动副存在间隙对机构输出状态影响更大。考虑多个间隙时，运动副运动过程中接触碰撞更加强烈，对机构影响更大。
【关键词】：连杆机构 动力学建模 接触碰撞 多间隙 柔性
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 多体动力学发展10-11
• 1.3 接触碰撞动力学发展11-13
• 1.4 间隙机构动力学模型13-15
• 1.5 研究主要内容及组织结构15-16
• 第2章 接触碰撞理论研究16-24
• 2.1 碰撞理论16-18
• 2.1.1 法向碰撞模型16-17
• 2.1.2 切向碰撞模型17-18
• 2.2 多体系统接触碰撞动力学建模18-19
• 2.3 梁单元接触碰撞仿真19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 间隙运动副接触动力学建模24-36
• 3.1 间隙描述方法24-25
• 3.2 间隙运动副运动学模型25-28
• 3.3 间隙运动副力学模型28-29
• 3.4 接触碰撞模型29-30
• 3.5 摩擦力模型30-32
• 3.6 接触判断32-34
• 3.6.1 预搜索32-33
• 3.6.2 后搜索33-34
• 3.6.3 接触失效34
• 3.7 间隙机构多体动力学方程34-35
• 3.8 本章小结35-36
• 第4章 考虑单间隙的机构动力学分析36-52
• 4.1 间隙机构模型36-40
• 4.2 间隙机构动力学仿真分析40-45
• 4.2.1 间隙机构运动特性41-43
• 4.2.2 间隙机构力学特性43-45
• 4.3 不同间隙大小的机构动力学分析45-49
• 4.4 考虑连杆为柔性的间隙机构动力学分析49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 考虑多间隙机构动力学分析52-65
• 5.1 多间隙机构动力学建模52-57
• 5.1.1 CR-S 处含间隙的机构动力学模型52-54
• 5.1.2 C-CR 及 CR-S 处含间隙的机构动力学模型54-57
• 5.2 考虑不同位置含间隙的机构动力学分析57-61
• 5.3 考虑多间隙的机构动力学分析61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文73

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 庄方方;王琪;;含摩擦柱铰链平面多体系统动力学的建模和数值方法[J];工程力学;2012年05期

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中国博士学位论文全文数据库 前7条

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5 初世明;旋转柔性带冠叶片碰撞振动特征研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：1005373