计入铰链间隙和构件柔性的并联机构动力学分析

摘要

并联机构加工制造与安装过程的误差和长期运动过程中的磨损,会使机构本身的链接部位产生间隙;同时并联机构中的杆类零件是细长杆,会做大挠度运动,有必要将其视为柔性杆。铰链间隙和构件柔性都会对并联机构的动力学性能产生影响,这些影响会造成机器运行过程中的振动与噪声、使磨损加剧、降低工作效率与输出精确度,严重时会使机构无法正常运行。因此,在分析并联机构动力学性能时,要考虑铰链间隙以及杆类零件柔性的影响。
　　 本文首先对考虑间隙和柔性的三自由度并联机构多体系统动力学的研究背景和发展现状进行了系统的综述,通过分析现有研究中存在的问题,提出本课题研究的主要内容;其次在系统介绍间隙机构动力学分析方法的基础上,根据并联机构的特点提出接触碰撞动力学模型,此模型包括等效弹簧阻尼模型,ADAMS中的接触力模型以及摩擦力模型。接着在充分分析并联机构结构特点的基础上,以等效弹簧阻尼模型和ADAMS中的接触力模型为基础,分析了不同材料运动副间隙机构的动力学性能;最后利用动力学理论和ADAMS仿真工具分析铰链间隙和构件柔性对3-RRRT三自由度并联机构动力学性能的影响,并得到不同驱动速度情况下,间隙和柔性对该机构动力学性能的影响。
　　 研究结果表明:①间隙越大,接触频率越快,振幅越大,机构运动受到的影响也越大。但是无论间隙有多大,接触情况都是由剧烈振动到平稳状态过渡,并且间隙的存在对动平台的速度影响很小。②机构中存在间隙的铰链越多,机构受到的接触力越大,冲击越大,机构的运动越容易受到影响。③柔性对并联机构的速度和加速度都有影响,并且随着间隙的增大柔性的影响也越大,但柔性对接触力的影响不是很大。④驱动速度越快,间隙和柔性对机构动力学性能的影响越大,并且运动越不平稳。