弹性四连杆机构动力学分析及主动控制研究

发布时间：2020-07-06 09:17

【摘要】： 随着机器日益向高速、高精度、轻型、重载及自动化方向发展,轻质机构所固有的弹性及其在高速运转时较高的激扰频率,使得振动与噪声问题越来越严重。如何有效地抑制弹性连杆机构中的有害弹性振动是在通用机械、航空航天及军事工业等领域设计良好产品必须解决的关键问题。本文以广泛应用于包装机械的平面四连杆机构为研究对象,建立了机构系统的动力学模型,并用多种数值方法对其动态响应进行求解,通过实验与仿真对比,验证了模型的正确性;研究了弹性机构的振动主动控制问题及控制方法。采用有限元法对弹性连杆机构进行了动力学模型的建立,在建模过程中综合考虑了机构的刚弹耦合效应以及它们对系统质量和刚度等的影响。同时还考虑了与构件的分布质量的转动惯量相对应的动能。在应变能中,考虑了剪切变形的影响效应以及横向位移对拉压应变能的影响效应问题。因此,该模型可以较精确地反映具有较大柔度的机构在高速运行时的动态特性。由于弹性连杆机构的动力学模型是一非线性、强耦合的时变微分方程,求解时不能采用传统的实模态的求解方式,本文采用直接积分法中的Wilson—θ法求解其动态响应。而对简化后的动力学模型则采用了KES与QDA两种方法求解,并将仿真结果进行了对比。最后采用ADAMS虚拟样机软件对比仿真分析了连杆机构刚弹性时的响应情况,得到了弹性连杆系统的响应曲线。通过对比以上几种仿真结果可以得出,QDA法求得的弹性响应较KES法要更接近ADAMS仿真结果。在结构及机器动力学实验台上,通过改进连杆结构,对平面弹性连杆机构进行了相应的实验研究,将实验结果与仿真结果进行对比,验证了精确有限元建模方法及求解响应的正确性。应用基于滑模变结构控制理论,研究了弹性连杆机构的振动主动控制方法,通过改进滑模变结构控制输入,在达到完成控制要求的同时,抑制输出摇杆中的弹性变形。仿真结果证实了该方法的可行性。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH112
【图文】：

糖果包装机,推料机构

1.1 本课题研究的背景及意义在包装机械中，连杆机构是最主要的构件之一，它主要用于执行动作，如机中常用连杆机构与凸轮机构作执行构件，卧式包装机的横封采用曲柄导杆，糖条切断分割和包装材料的牵引采用齿轮连杆组合机构来实现短暂停留功求等[1]。随着包装机械向高速、高精度、轻型、重载及自动化方向的发展，连构中固有的弹性性能表现得更为明显。由于机器或机构质量的减轻,速度的，构件的弹性振动必然加大，结果会使整机或构件产生变形、振动、噪声、工作环境；同时降低了机构运动的精度,影响了精密化的要求。在通用机械、、食品、包装印刷等领域使用着以连杆机构为主体的各种高速机构，这些机低阶谐振等弹性振动的存在会使系统运动轨迹失真、使输入输出关系产生偏差坏了机械系统运行的稳定性和可靠性，有的甚至会造成严重事故。这些问题现，使得连杆机构的研究也有了许多新的课题。

运动学综合,高速印刷机,香皂,自动包装机

程序框图,程序框图

0 1D = D + a M +aC% t L进行下列计算：0 3) ( ) [ ( ) 2 ( ) ( )] t t a tt t a t+ + θ + + +Q M U U U& && θ t 时刻的位移U (t + θ t ) = Q( t + θ t)%，速度和位移5 78( ) ( )] ) [ ( ) ( )]) ( ) [ ( t t t a a t t t t t a t θθθ+ + + + ++ + + U UU UU U & && &&& && 3-2 所示。

【参考文献】