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    开题报告PPT-考虑间隙的柔性连杆机构动力学分析与研究.ppt

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    开题报告PPT-考虑间隙的柔性连杆机构动力学分析与研究.ppt

    考虑间隙的柔性连杆机构 动力学分析与研究,,Contents,,3,3,选题背景 随着精密机械工程和航天工程的不断发展,机械机构系统向着高精度、高效率、高可靠性和长寿命的目标迈进,机械机构系统的高效率、高可靠性以及长寿命问题已经引起人们的高度重视。然而实际机构中,运动副间隙是不可避免的,由于运动副间隙对机构动力学特性影响较大,因此考虑运动副间隙的机构仿真就显得尤为关键。,,装配间隙,设计制造误差,摩擦磨损,运动副间隙,运动副间隙对机构的不良影响 间隙使实际机构与理想机构的运动发生偏离,降低了机构运动精度,而且容易引起冲击动载荷,影响系统载荷传递,以及造成运动副的破坏和失效。,,,,Contents,,3,3,,待解决的问题,间隙系统动力学国内外研究现状,国内外 研究现状,间隙机构建模国内外研究现状,,,,间隙机构建模国内外研究现状,国外学者Earles和 Wu早在 20 世纪 70 年代初就提出了连续接触模型,国内学者唐锡宽对连续接触模型作了较为详细地介绍。由Mansour提出的碰撞与分离二状态模型,美国学者Dubowsky和日本学者Funabashi在实验室进行了大量的实验研究提出了“接触-分离”模型,国内关于该方法的研究学者主要有李哲、唐锡宽等。以美国Miedema为代表的学者进一步提出了三状态模型,该模型扩展了碰撞与分离二状态模型,国内学者张策详细的分析并总结了该类方法。,间隙系统动力学国内外研究现状,赵帅、唐斌等基于活塞销与衬套间隙的冲击函数模型和计算多体动力学的方法,研究了活塞销间隙对内燃机活塞连杆曲轴运动系统动力学特性的影响。 郝雪清、陈江义研究不同运动副材料对间隙机构动力学特性的影响,在考虑库仑摩擦的条件下,利用非线性等效弹簧阻尼的概念建立了含间隙运动副的接触动力学模型。 白争锋考虑运动副间隙的机构动态特性研究,建立一种改进的间隙非线性连续接触碰撞力的混合模型。 Z. H. Fong 等采用等间隙线图计算具有双推进器的压缩机的叶间间隙。Carlo Innocenti以作用了外部载荷后杆件的位置和无间隙时杆件所能达到的位置之间的差异来评价间隙对含间隙转动副的空间机构的影响,待解决的问题,间隙柔性机器人的研究 在现有的实验条件下,考虑间隙中有液体或气体润滑、有摩擦等情况 完善副元素分离准则,改善误判或计算量大的现象 含多个间隙的系统的动力学模型建立 含间隙系统的高度非线性系统,混沌现象,Contents,,3,3,研究主要内容 间隙系统触碰撞模型建模 接触碰撞模型仿真分析与特性研究 考虑间隙的柔性连杆机构动力学分析 考虑摩擦对间隙机构的影响 含不规则间隙的机构动态特性分析 考虑多个间隙的机构动态特性分析,Contents,,3,3,含间隙机构的动力学建模,,,,,1,2,3,4,间隙的 描述方法,间隙系统 建模方法,间隙 矢量模型,L-N 三状态模型,含间隙机构的动力学建模,1、间隙描述方法 无质量杆方法旋转铰间隙所产生的多余自由度由无质量刚性杆代替。,含间隙机构的动力学建模,1、间隙描述方法 弹簧阻尼方法将间隙视为弹簧阻尼元件,较无质量杆方法更贴近运动副的实际运动,但弹簧和阻尼器的参数难以确定。,含间隙机构的动力学建模,,1、间隙描述方法 力描述方法(碰撞铰方法)主要是指当旋转铰轴与轴承发生碰撞时,便会产生相互作用力,因此可以通过接触碰撞力来描述旋转铰的动力学特性。,含间隙机构的动力学建模,2、间隙系统建模方法 1)“连续接触”模型 连续接触模型假设运动副副元素始终处于连续接触状态,认为碰撞与分离是瞬时的,因此简化了计算,将间隙等效为一根无质量定长的刚性杆,模型将原含铰间间隙的机构转化为无间隙的多杆多自由度系统,进一步可以利用拉格朗日原理建立系统的运动微分方程。 试用范围 试用于间隙小,速度较低的轻型机械。,含间隙机构的动力学建模,,含间隙机构的动力学建模,2)基于“接触-分离”模型和牛顿法 接触分离模型也可以称为两状态非连续接触模型。这种模型假定组成运动副的两杆件存在接触和分离两种状态。在分离状态变换成接触状态的瞬间发生冲击,因此要研究这种冲击对机械动力学性能的影响。,含间隙机构的动力学建模,,含间隙机构的动力学建模,3)基于“分离-碰撞-接触”模型和动量定理 在这种模型中,除了接触和分离状态之外,认为在碰撞发生时,会经历、一个反复碰撞的过度过程,称为“碰撞状态”。接触、分离、碰撞和过渡四个状态,并基于这四种状态建模。 难点 准确地确定发生碰撞的时间,并准确的判断间隙运动副副元素之间相对运动状态的转换。,含间隙机构的动力学建模,,含间隙机构的动力学建模,3、间隙矢量模型的建立,轴承与轴的接触碰撞判断参数,间隙矢量的偏心距,接触碰撞引起的接触变形,轴和轴承接触碰撞的条件为 g0 未接触、自由运动 g0 开始接触或开始脱离 g0 接触、发生弹性变形,,含间隙机构的动力学建模,考虑铰间间隙时包括规则装配间隙或非规则磨损间隙机构的动力学方程,为广义坐标阵,,为机构的广义质量阵,,为机构广义的阻尼阵,,机构的,广义刚度阵,,为约束方程的雅克比矩阵,,为Lagrange乘子列阵,,为广,,义速度二次项以及力矩。,间隙处的约束力,为法向碰撞力,,为切向摩擦力。,含间隙机构的动力学建模,4、基于L-N模型的三状态模型建立,1)Hertz接触理论,2)非线性弹簧阻尼模型,3)Lankarani和Nikravesh假设材料阻尼是含间隙机构接触碰撞过程中能量损失的来源,并且间隙铰轴与轴承为低速碰撞,基于上述假设建立了一种新的基于Hertz接触理论和恢复系数的非线性弹簧阻尼模型。,接触公式为,其中碰撞过程的阻尼系数为,其中,为粘滞阻尼因子,假设能量损失是由于碰撞体的材料阻尼引起的,能量将以热的形式损耗,则有,为恢复系数;,为撞击点的初始相对速度。,L-N 非线性弹簧阻尼接触碰撞力模型适用于低速碰撞的场合以及恢复系数接近于1 的碰撞过程分析。由于L-N模型能够反映接触碰撞过程中的能量损失行为,并且全面的包含了碰撞体材料属性、局部变形、碰撞速度等信息,因此本次研究过程中选用L-N模型进一步的建立含间隙接触碰撞模型。,Contents,,3,3,1、应用RECURDYN软件对曲柄滑块机构进行运动仿真,仿真结果能够验证在理想状态下曲柄滑块机构的动力学特性。 2、应用RECURDYN软件进行了柔性梁单元接触碰撞仿真,仿真结果说明材料阻尼是影响构件元素运动的主要原因。 3、应用RECURDYN软件对曲柄滑块机构模型进行了接触碰撞仿真,仿真结果说明在接触碰撞过程中由于受到材料摩擦、阻尼和刚度等的影响,且摩擦对机构动力学性能的影响最大。,现阶段研究进展,Contents,,3,3,进度安排 2013.2-2013.3 搜集资料,阅读文献,确定具体研究内容。 2013.4 熟悉课题查阅资料完成开题报告。 2013.5 间隙系统触碰撞模型建模 2013.6 接触碰撞模型仿真分析与特性研究 2013.7-2012.8 考虑间隙的柔性连杆机构动力学分析 2013.9 考虑摩擦对间隙机构的影响 2013.10 含不规则间隙的机构动态特性分析 2013.11-2013.12 考虑多个间隙对机构的动力学影响。 2014.1-2014.2 进一步研究整理。 2014.3-2014.4 按要求撰写论文。 2014.5-2014.6 准备毕业答辩。,Contents,,3,3,1、白争锋,赵阳,田浩. 含铰间间隙太阳帆板展开动力学仿真 [J]. 哈尔滨工业大学学报,2009,41 3 11 -14. 2、张策..弹性连杆机构的分析与设计[M].机械工业出版社.1989.3 3、K.L.Johnson.Contact Mechanics[M].高等教育出版社. 1992 4、白争锋,赵阳,赵志刚.虑运动副间隙的机构动态特性研究 [J].冲击与振动.2011.11 5、刘迎春,余跃庆.考虑运动副间隙的连杆及机器人机构研究进展 [J].机械科学与技术.2004(23) 6、罗阿妮,邓宗全,刘荣强,刘贺平. 考虑运动副间隙的双滑块机构运 动分析[J]. 哈尔滨工程大学学报. 201103 7、田浩,寇伟,白争锋. 间隙对平面机构运动特性的影响分析[J]. 机 械设计与制造. 201002 8、白争锋. 虑铰间间隙的机构动力学特性研究[D].哈尔滨工业大学 .2011,参考文献,9、赵子坤. 含间隙机构动力学仿真与实验研究[D]. 大连理工大学 2009 10、董富祥,洪嘉振. 多体系统动力学碰撞问题研究综述[J]. 力学进展. 200903 11、王国庆,刘宏昭. 多间隙运动副平面连杆机构动态特性研究[J]. 机械设计. 200201 12、王国庆,刘宏昭. 含间隙内燃机曲柄滑块机构动力学研究[J]. 农业机械学报. 200106 13、郝雪清,陈江义. 不同运动副材料对间隙机构动力学特性的影响[J]. 振动与冲击201212 14、 白争锋,赵阳,田浩. 柔性多体系统碰撞动力学研究[J]. 振动与冲击. 200906 15、阎绍泽,陈鹿民,季林红,俞武勇,金德闻. 含间隙铰的机械多体系统动力学模型[J]. 振动工程学报. 200303 16、王国庆,刘宏昭,何长安. 含间隙连杆机构非线性行为研究[J]. 机械设计. 200503,17、赵帅,唐斌,唐运榜,安西方. 计及活塞销间隙的内燃机曲柄连杆机构动力学分析[J]. 振动与冲击. 201304 18、阎绍泽. 航天器中含间隙机构非线性动力学问题及其研究进展[J]. 动力学与控制学报. 2004,2248-52 19、唐锡宽,金德闻.机械动力学[M].北京高等教育出版社,1984 20、Mansour WM, Townsend M A. Impact spectra and intensities for high-speedmechanisms[J].Journal of engineering for industry. 1975,971 347-353 21、Soong K, Thompson BS. A theoretical and experimental investigation of the dynamic response of a slider-crank mechanism with radial clearance in the gudgeon-pin joint[J]. Journal of mechanical design.1990,1122183-189. 22、许立新,李永刚,李充宁,杨玉虎. 轴承间隙及柔性特征对机构动态误差的影响分析[J]. 机械工程学报. 201207,Thank You ,

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