考虑运动副间隙五杆机构运动特性研究

论文摘要

随着机械向高速、精密化发展,运动副间隙对机械运动性能的影响越来越引起人们的注意。过大的机构间隙会导致运动副元素之间产生冲击、碰撞,引起机械的附加振动、噪声,加剧轴承的磨损和失效,严重恶化机器的动态性能,降低机器的运转精度、平稳性、可靠性和使用寿命。更重要的是运动副间隙破坏了理想机构模型,因而也使机构的实际运动与理想运动之间产生了偏差。五杆机构主要应用在生产线装配机械手、医疗用机械臂、真空断路器专用机构及汽车的后悬挂系统上,从其应用场合来看其对运转精度、平稳性、可靠性要求很高,研究运动副间隙对五杆机构运动学、动力学影响有重要意义。为此,本论文对考虑运动副间隙的五杆机构进行了分析和研究。本文首先对含运动副间隙机构的动力学研究背景与现状等进行了综述,详细介绍了现有的考虑间隙机构的动力学建模与求解方法。本文针对含间隙五杆机构,采用连续接触间隙副模型,进行运动学与动力学分析,建立了基于拉格朗日方程式,考虑运动副间隙五杆机构动力学方程。并根据建立的考虑运动副间隙的五杆机构动力学方程,在MATLAB/Simulink中建立了含间隙五杆机构仿真模型。然后,通过对含间隙五杆机构仿真模型求解与五杆机构实验台实验对比,详细分析了间隙对五杆机构运动精度、运动性能的影响,以及在曲柄不同转速,间隙对五杆机构运动特性的影响。最后,提出了基于遗传算法优化杆长,通过调整杆长参数来降低间隙对五杆机构运动精度的影响。并通过MATLAB仿真与实验验证了该方法的可行性及合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 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 不考虑间隙五杆机构的基础理论及运动学分析
• 2.1 引言
• 2.2 五杆机构闭式运动链的可装配条件
• 2.3 周转角、周转副和传动角
• 2.4 平面五杆机构的类型分类
• 2.5 不考虑运动副间隙五杆机构运动学正解
• 2.6 不考虑运动副间隙五杆机构运动学逆解
• 第三章 考虑间隙五杆机构的运动学、动力学数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 考虑间隙五杆机构运动学分析
• 3.2.1 考虑间隙五杆机构简图及矢量图
• 3.2.2 非线性超越方程组的求解
• 3.2.3 质心与作用点P的坐标位置
• 3.2.4 杆3、4角速度
• 3.2.5 质心线速度
• 2.2.6 角加速度与质心线加速度
• 3.3 考虑间隙五杆机构动力学分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 五杆机构的考虑间隙机构动力学仿真与试验研究
• 4.1 机械系统仿真方法
• 4.2 SIMULINK工具箱
• 4.3 建立考虑转动副间隙五杆机构仿真模型
• 4.4 含间隙五杆机构试验台
• 4.5 SIMULINK仿真求解初始位置的确定
• 4.6 考虑间隙五杆机构动力学仿真与实验结果分析
• 4.6.1 理想无间隙五杆机构与含间隙五杆机构的动态特性分析
• 4.6.2 含间隙机构在曲柄角速度不同时的动态特性分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 考虑运动副间隙的平面五杆机构轨迹优化
• 5.1 引言
• 5.2 轨迹优化的遗传算法
• 5.3 目标函数的建立
• 5.4 约束条件
• 5.5 算例
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录1 求解非线性超越方程
• 附录2 运动学参数计算M函数
• 附录3 计算加速度系数M函数
• 致谢
• 在校期间发表论文