含间隙的机构动力学研究进展

运动副间隙对一些机械系统的影响不容忽视。从建模方法、数值研究方法和近年来的研究状况等方面对含间隙的机构动力学进行了综述，总结了含间隙机构动力学的发展现状，指出了今后研究中应注意的问题。     

新型三球销移动副的间隙模型研究

为了研究含间隙机构的动力学特性 ,首先要建立运动副的间隙模型。目前常用的几种间隙模型都存在一定的不足 ,不完全符合实际运动。针对这几种模型中存在的问题 ,基于弹性接触理论 ,考虑副元素的非线性特征 ,建立了非线性等效弹簧和阻尼器 ,并给出了运动副力学描述方程。结合三球销移动副的特殊结构 ,建立了该运动副提供的力约束方程。通过仿真计算和实验研究 ,两者具有很好的一致性 ,证明了该模型的合理性和实用性。研究结果为含间隙运动副机构的动力学研究提供了理论基础。     

机械系统开关类元件的混合键合图建模

针对键合图难以表达机械系统开关类元件的非线性动力学问题,以常见的干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动为研究对象,通过分析其作用机理,引入开关类量的混合键合图建模方法,运用功率结型结构(简称SPG)概念,提出一种新的开关类元件键合图建模方法和键合图模型。以包含干摩擦、间隙接触碰撞副和单向不可逆传动的机械系统为例,根据开关类元件的键合图模型,结合机械传动的工作原理,建立整个系统的键合图模型,提取其状态方程,并通过仿真计算予以验证。研究结果表明:该模型不仅可以统一表达开关类元件在系统不同工作模式下的动力学特性,而且其因果关系在系统处于任何运动状态时均保持不变;仿真结果验证了建模方法正确、可行。     

考虑摩擦的含S副间隙6-SPS机构动力学分析

利用拉格朗日方程建立了理想并联机构的动力学方程,并利用连续接触模型得到了含间隙S副6-SPS并联机构的动力学方程,该机构动平台上6个运动副全部含有间隙.把动平台S副间隙简化为一个无质量连杆,其长度用随机函数表示,并在机构间隙的变化速度与机构运动速度之间建立函数关系,用机构运动速度表示机构间隙的变化速度.把动平台上6个运动副简化为一个推力轴承,研究摩擦对机构的影响,分析机构所受到的摩擦力矩.通过求解机构的动力学方程,得到机构的动力学特性曲线.结果表明:机构间隙和运动副摩擦对动力学特性都有影响,计算油膜黏性摩擦力矩时引入随机函数,使运动副球体的运动更接近真实状态.     

考虑运动副间隙的弹簧操动机构混沌特性研究

研究运动副间隙对弹簧操动机构非线性特性的影响,采用连续接触模型和拉格朗日方程建立了含多间隙的高压断路器弹簧操动机构非线性动力学方程.通过4阶龙格-库塔法对该动力学方程进行数值求解,数值计算结果与操动试验符合良好.最后通过庞加莱(Poincaré)映射研究该弹簧操动机构在不同间隙值及运动副数目下的运动混沌现象.结果表明:运动副间隙值小于0.15mm,操动机构周期运动,且间隙副数的增加不会改变机构运动的周期性;随着间隙值和间隙副数量的进一步增加,系统的非线性特征增强,运动易进入拟周期和混沌状态.     

考虑接触刚度的含间隙铰接副动态磨损分析

针对大多数含间隙铰接副的磨损计算都非常复杂,精度和效率不能兼得,且很少能够与含间隙铰接副系统的动力学分析动态结合起来考虑表面接触刚度对磨损影响的问题,提出了一种新的含间隙铰接副磨损分析方法。基于无质量杆-弹簧阻尼模型建立考虑接触刚度影响的含间隙铰接副系统动力学分析模型,利用非对称Winkler弹性基础模型计算接触压力分布,釆用Archard磨损理论计算接触表面磨损量,对接触表面轮廓实时更新得出含间隙铰接副的动态磨损量。分析结果表明,在表面接触刚度较小时含间隙铰接副的动态磨损严重,且随系统转速的变化呈现出不同的变化趋势,反映了不同接触刚度下含间隙铰接副的动态磨损趋势。该方法计算精度和计算效率较高且充分考虑了表面接触刚度对含间隙铰接副动态磨损的影响,对含间隙铰接副系统的设计和动力学分析及磨损预测具有一定的指导意义。     

平面间隙运动副副元素相对运动

考虑到含间隙运动副在碰撞接触时的边界条件，采用非线性弹簧力和非线性阻尼描述含间隙运动副副元素的碰撞接触过程。以多间隙运动副曲柄摇杆机构为例，通过数值计算研究了间隙运动副副元素的相对运动及多个间隙副之间的相互影响，并首次指出了高速运转条件下，运动副副元素由于弹性变形而存在的连续变形接触现象和多间隙运动副之间的相互影响特性。     

连续采煤机转向的动力学仿真模型

在对连续采煤机的假设条件的基础上采用机械系统动力学分析与建模通用方法,通过总体参考系、动参考系、连体参考系来描述连续采煤机与地面运动和相互作用关系,对其在水平硬地面转向过程进行了动力学分析和建模。这个模型对于连续采煤机的整机动力学建模、动力学性能的研究有着积极的作用。     

一种改进的耗散型接触力模型及实验验证

为了研究含间隙运动副对连杆机构动态性能的影响,基于能够描述碰撞过程中能量损失的连续接触模型,建立了一个新的耗散型接触力模型.在这个新模型下对含间隙连杆机构进行动力学仿真,并进行了实验研究.主要考察了间隙尺寸和加载强度对连杆受力的影响.结果表明:间隙的存在会影响传递力曲线,使机构产生明显的振动冲击,间隙大小和加载速度是影响机构动态响应的主要因素.该仿真结果得到了实验的验证.     

一种含转动副间隙多连杆机构非线性动力学行为分析方法（英文）

给出一种通过对欠驱动机构的分析来预测含转动副间隙多连杆机构动态特性的方法,利用该方法对含转动副间隙平面多连杆机构的非线性动态特性进行分析。以含转动副间隙的二自由度九连杆机构为研究对象,首先通过将转动副间隙看作虚拟无质量连杆,据此可把含转动副间隙九连杆机构变为欠驱动的十连杆机构;然后利用拉格朗日方程建立欠驱动十连杆机构的非线性动力学模型,采用龙格-库塔法对动力学模型进行数值求解,分析机构中滑块的位置、速度和加速度等运动输出、曲柄的驱动力矩等动力学响应,通过相图和庞加莱映射图对含转动副间隙的二自由度九连杆机构中存在混沌现象进行辨识;最后研究不同间隙值和不同驱动速度对九连杆机构混沌的影响,并绘制分岔图。该研究对于进一步研究含多间隙复杂连杆机构的非线性动力学研究具有重要价值。     

含间隙四连杆机构运动误差的Monte Carlo模拟

为了研究间隙和杆长误差所引起的机构运动误差的随机性问题,采用基于碰撞铰模型的含间隙铰四连杆机构动力学方程对机构输出运动特性进行模拟。针对杆长误差和铰间隙误差影响,利用Monte Carlo方法对含间隙机构运动进行了概率分析。仿真研究了间隙内碰撞和杆长误差对机构输出运动的影响。结果表明:铰间隙误差对机构运动输出的影响与机构运动过程有关,铰间隙的存在使机构运动输出均值和方差曲线产生偏移。对含间隙机构的运动概率分析,有助于提高机构运动精度和控制机构运动误差。     

计及铰链间隙的机械臂动力学建模与仿真

工程中的机械多体系统都存在铰链间隙问题,铰链间隙使系统的约束条件、自由度数目和拓扑结构发生变化.根据Hertz接触定律和Coulomb摩擦定律,建立了含间隙平面旋转铰的力学模型;采用几何变形约束法和模态缩聚技术描述了柔性机械臂的非线性变形;同时考虑两个旋转铰的间隙特性和柔性臂的弹性,最终采用Kane方程建立了含铰链间隙的刚-柔机械臂系统的动力学模型.以Mathematica软件为编程工具.对含两个铰链间隙的双刚性臂系统进行了仿真计算,得到了更加真实的动力学响应.     

微小间隙转动副的接触碰撞模型及离散算法

为研究航天可展结构展开及锁定的动态过程,针对航天工程中广泛应用的微小间隙转动副,提出了一个多点接触碰撞模型及其离散算法。该算法计入了运动副表面波纹、位置误差、轴弯曲变形以及粘滞微滑效应等实际因素。静态接触数值算例与试验结果较为符合。使用不同间隙量,对一端固定的含间隙转动副柔性杆受轴向冲击碰撞的过程进行了动力学仿真。计算结果表明:该模型能描述接触力和变形接近量的非线性关系与滞回特性,模型参数易于获得,便于在结构设计阶段数值仿真中使用。     

圆柱铰间隙运动学分析及动力学仿真

含关节间隙的多体系统动力学精细的仿真计算必须依赖于对关节处2相对运动体的运动学描述.针对工程中常见的圆柱铰关节,建立了识别间隙铰处碰撞接触模式的运动学关系.该运动学关系直接基于间隙铰关节的几何构形来确定运动过程中潜在碰撞接触点对之间的最小距离,避免了一般多体系统确定碰撞接触点的搜索过程.基于Hertz接触刚度并考虑阻尼效应的影响建立法向接触模型,采用修正的库仑模型考虑关节处的摩擦作用.针对一曲柄机构进行了仿真计算,研究了空间间隙、摩擦系数、杆件的柔性等因素对系统动力学特性带来的影响.     

空间机构运动误差的概率分析和蒙特卡罗模拟

本文研究由连杆参数公差和运动副间隙所产生的空间机构运动误差的随机性问题。通过引进“间隙特征要素”和“间隙空间”的概念,建立了常见运动副的随机模型,并作了概率分析。文中给出的间隙特征要素的独立变量的抽样公式,可用于对运动误差进行蒙特卡罗模拟,研究其统计特征和分布规律。     

钎焊间隙对镍基非晶态及晶态钎料接头强度的影响

系统研究了Ｎｉ８２．５Ｃｒ７Ｓｉ４．５Ｂ３Ｆｅ３成分的非晶态及晶态钎料不同的钎焊范下真空钎焊１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢时接头强度随钎焊间隙变化的特征及与钎缝组织的对应关系。结果表明，接头强度随钎焊间隙的变化存在平台值现象，平台对应的两个特征钎焊间隙分别称为最小可用钎焊间隙（Ｗｍｉｎ）和最大可用钎焊间隙（Ｗｍａｘ）；从保证得较高接头强度考虑，钎焊间隙选择不应大于Ｗｍａｘ；在两个特征钎焊间隙内，钎焊间     

固定翼飞机动力学模型的子空间辨识方法

针对子空间模型辨识(SMI)方法这类线性模型辨识技术存在的建模误差,提出一种两阶段固定翼飞机飞行动力学模型辨识方法.首先采用基于辅助变量的闭环SMI方法辨识飞机的近似线性模型;然后,利用该模型构建扩张状态观测器,从而估计出系统中的非线性动态数据;在此基础上,进一步采用神经网络建立系统非线性动态的分散式模型.最后,利用B747飞机6自由度非线性模型进行系统辨识实验,所得结果验证了该方法的有效性.     

大导程滚珠丝杠进给系统动力学建模研究

本文通过弹性力学中的赫兹接触理论,分析了进给系统动结合部（滑块副、丝杠螺母副、轴承副）的接触刚度。考虑了丝杠的柔性并利用达朗贝尔原理,建立了进给系统的集中参数动力学模型。根据动力学模型,利用MATLAB工具进行了仿真分析,并利用比利时LMS公司提供的Test.Lab振动噪声测试模块对机床进给系统进行了实验验证。实验分析验证了理论分析的正确性。该建模方法较为准确地预测大导程滚珠丝杠副进给系统的动力学特性,为主动设计进给系统提供了理论依据。     

含区间铰间隙柔性机械臂控制精度分析

为了分析大变形、间隙碰撞和不确定性对机械臂动力学特性和控制精度的影响,提出了含区间铰间隙的柔性机械臂动力学建模方法和该动力学模型的求解方法.模型中采用绝对节点坐标法对柔性部件进行动力学建模,采用混合碰撞力模型和Ambrósio摩擦力模型建立关节铰间隙,并且采用区间变量描述间隙尺寸和部件杨氏模量.通过数值仿真分析表明:部件柔性和间隙会显著地影响机械臂动力学特性和控制精度,而且随着部件弹性模量减小、间隙尺寸增大,影响将更加显著;考虑不确定性时,机械臂的控制精度将降低,而且参数不确定性会显著影响该机械臂的动力学特性.     

牵引火炮非线性有限元隐式动力学分析

研究牵引火炮全发射过程非线性结构动力学有限元建模和分析中的关键问题。建立了某牵引火炮含身管与摇架导轨之间大位移滑动接触的非线性结构动力学有限元模型，运用隐式时间积分动力学方法模拟了该炮发射的后坐一复进过程，获得了炮架关键部位应力、应变和位移的瞬态响应，计算结果与实验测试结果基本一致。研究表明：该文的建模原理和数值模拟策略突破了火炮全发射过程总体结构动态应力分析的瓶颈。利用该文方法可以进一步研究火炮发射时的动态刚强度、冲击振动、结构动态稳定性等问题。