共轭凸轮机构运动副接触刚度分析及动态特性研究

论文摘要

共轭凸轮机构广泛用于轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、内燃机等各种自动机械中,以实现各种复杂的运动要求,具有转动惯量与不平衡惯性力小,动态性能好,磨损少,使用寿命长等特点。对含间隙的共轭凸轮机构系统的研究是共轭凸轮动力学理论研究的一个前沿问题。近些年来,越来越多的人开始研究运动副间隙对机械系统运动的影响,其中不仅有机械动力学领域的,也包括有多体动力学方面的专家学者。本文基于接触力学及弹性力学讨论了共轭凸轮机构中转动副和凸轮副的接触刚度,分析了经典接触理论中的Hertz理论、Persson理论和弹性理论,并在给定假设条件下,改进了弹性基础模型,推导出的接触刚度公式解决了在凸面与凹面接触时Hertz公式的失效问题。在此基础上,考虑了润滑、摩擦因素的影响,建立了运动副的接触模型,为共轭凸轮的动态特性分析提供理论基础。同时,本文还分析了机构尺寸公差对共轭凸轮副间隙的影响,推导出了系统尺寸公差对凸轮副间隙的影响因子公式。最后,以现有精梳机中的共轭凸轮机构为例,用弹簧阻尼模型建立了含间隙的共轭凸轮机构动力学模型,研究了在含不同间隙下的动力学特性。本文尝试了在一个系统分析中同时考虑高副与低副接触刚度的机构动态特性,并成功在仿真中引入了变刚度系数,提供了一种使仿真更加贴近实际的新思路。对尺寸公差引起的间隙影响分析,为优化分配共轭凸轮机构中运动副的公差提供了理论依据。同时在仿真中引入了变刚度系数,使仿真与实际更相符合。整个研究工作为共轭凸轮机构的系统设计及动力学行为的精确预测提供了理论基础和分析方法,具有很强的工程实际价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1.课题背景
• 1.2.接触理论研究现状与发展
• 1.3.运动副间隙模型的研究现状与发展
• 1.3.1.阶段运动模型
• 1.3.2.连续接触模型
• 1.4.本章小结
• 第2章 共轭凸轮接触刚度分析
• 2.1.引言
• 2.2.经典HERTZ接触理论
• 2.2.1.Hertz接触问题
• 2.2.2.接触外形及压力分布
• 2.2.3.弹性变形量
• 2.2.4.接触刚度
• 2.3.PERSSON接触理论
• 2.3.1.Persson接触问题
• 2.3.2.接触外形及应力
• 2.3.3.弹性变形量
• 2.3.4.接触刚度
• 2.4.弹性基础模型
• 2.4.1.Winkler弹性基础模型
• 2.4.2.改进弹性基础模型
• 2.4.3.接触应力
• 2.4.4.弹性变形量
• 2.4.5.接触刚度
• 2.5.计算实例及结果分析
• 2.5.1.计算实例
• 2.5.2.分析结果
• 2.6.本章小结
• 第3章 运动副间隙模型分析
• 3.1.引言
• 3.2.间隙转动副模型
• 3.2.1.无质轻杆模型
• 3.2.2.弹簧阻尼模型
• 3.2.3.碰撞铰模型
• 3.1.间隙转动副的接触力分析
• N分析'>3.1.1.法向力F_N分析
• T分析'>3.1.2.切向力F_T分析
• 3.1.3.间隙转动副接触力分析
• 3.2.凸轮接触副模型
• 3.2.1.弹性流体动力润滑理论
• 3.2.2.接触副接触力学模型
• 3.2.3.接触副刚度和阻尼
• 3.2.4.接触副接触力学模型的简化
• 3.3.间隙凸轮副的接触力分析
• N分析'>3.3.1.法向力F_N分析
• T分析'>3.3.2.切向力F_T分析
• 3.4.本章小结
• 第4章 尺寸公差对共轭凸轮间隙的影响
• 4.1.引言
• 4.2.摆动从动件位移方程的建立
• 4.2.1.建立坐标系
• 4.2.2.建立主凸轮从动件位移方程
• 4.2.3.建立回凸轮从动件位移方程
• 4.2.4.转角间隙计算
• 4.3.转角误差的计算
• 4.4.影响因子计算分析
• 4.4.1.影响因子计算
• 4.4.2.影响因子分析
• 4.5.计算实例
• 4.6.本章小结
• 第5章 共轭凸轮机构动力学仿真及动态特性研究
• 5.1.引言
• 5.2.机械系统仿真软件ADAMS
• 5.2.1.Adams软件简介
• 5.2.2.Adams对碰撞的描述
• 5.3.含间隙运动副的共轭凸轮机构仿真分析
• 5.3.1.仿真模型及物理参数
• 5.3.2.间隙的处理
• 5.3.3.非线性刚度的确定
• 5.3.4.阻尼参数的确定
• 5.3.5.穿刺深度的确定
• 5.3.6.摩擦系数的确定
• 5.4.含间隙运动副的共轭凸轮机构的动态特性分析
• 5.4.1.考虑非线性变刚度的共轭凸轮动力学特性
• 5.4.2.考虑机构间隙的共轭凸轮动力学特性
• 5.5.本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1.全文总结
• 6.2.后续工作展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目及专利证书
• 致谢