考虑运动副间隙的平面四杆机构动力学建模与仿真

论文摘要

在机械系统中,运动副是机构构件连接的中间环节,它不仅要将构件连接起来还要保证构件间能有一定的相对运动。运动副元件间一般需要采用动配合,这就必然存在一定的运动副间隙。为此,本论文对考虑间隙的平面四杆机构动力学问题和仿真方面进行了分析和研究。首先介绍了机构动力学中的运动副间隙模型的近期研究成果,遇到的主要问题和未来的发展趋势。详细的阐述了运动副间隙模型中的“二状态”和“三状态”模型的建模方法。针对运动副间隙对四杆机构的运动影响,选择了“连续接触模型”进行分析。并以考虑单一间隙的平面四杆机构为例,建立存在间隙的运动微分方程,通过数值积分求出一个运动周期的解,从而确定运动副元素的分离判断准则。同时对平面四杆机构动力学特性进行了分析,比较了理想无间隙与考虑间隙机构的不同动态特性。为了进一步的研究间隙运动副的动力学特性,对单一的间隙转动副和移动副系统进行分析,建立动力学微分方程。对不同间隙值,不同接触阻尼系数下的间隙运动副的接触力动态特性进行了仿真分析。同样利用“连续接触模型”对考虑多间隙的平面四杆机构进行了分析,其中,考虑每个运动副处均存在间隙,研究存在四个间隙的平面四杆机构的运动特性,利用完整系统的拉格朗日方程建立了机构的动力学方程组,用龙格-库塔法编制了求解该微分方程组的求解程序,对四杆机构的动态性能参数进行了仿真分析。从而说明运动副间隙大大影响了机构的运动特性,使机构的实际运动和理想运动之间产生偏差,并且使运动副之间产生碰撞,从而引起构件的振动,加速磨损,降低工作效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 国内外发展概况及研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 考虑间隙机构动力学分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 用拉格朗日方程和三状态模型推导机构的动力学方程
• 2.2.1 分离运动状态
• 2.2.2 碰撞状态
• 2.2.3 接触状态
• 2.2.4 接触力
• 2.3 用牛顿定律和二状态模型推导机构动力学方程
• 2.4 用连续接触模型推导机构的动力学方程
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于连续接触模型的间隙机构动力学仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 铰接单元元素分离准则
• 3.3 考虑间隙机构与理想无间隙机构仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 间隙副结构动力学模型及仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 间隙转动副分析
• 4.2.1 间隙转动副的物理模型
• 4.2.2 间隙转动副结构的单元模型及单元刚度
• 4.3 间隙移动副分析
• 4.3.1 间隙移动副的物理模型
• 4.3.2 间隙移动副结构的单元模型及单元刚度
• 4.4 间隙副结构动力学方程的建立
• 4.5 仿真及结果分析
• 4.5.1 阻尼系数不同时的特性分析
• 4.5.2 间隙长度不同时的特性分析
• 4.6 间隙机构的控制
• 4.6.1 通过调整运动副间隙大小来控制间隙副的负效应
• 4.6.2 通过引入粘弹性阻尼来控制间隙副的负效应
• 4.7 本章小结
• 第五章 考虑多间隙运动副的机构动力学问题
• 5.1 引言
• 5.2 完整系统的Lagrange 方程
• 5.3 多间隙机构动力学方程的建立
• 5.4 算例及仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果