含间隙机构动力学仿真与实验研究

摘要

随着精密机械工程和航天工程的发展，尤其是在高速、精密、重载等机构的运动中，对精确预测系统动力学行为的要求越来越迫切。间隙的存在破坏了理想机构模型，也使机构的实际运动和理想运动之间产生误差。开展考虑间隙的机械系统动力学理论、仿真与实验研究，将为机械系统设计和其动力学行为的精确预测提供有效的分析方法，同时具有重要的实际工程价值。 自20世纪70年代美国学者开始研究间隙机构动力学理论以来，国内外相继开展了对间隙机构研究。其理论模型大致可归结为三类：三状态运动模型、二状态运动模型、连续接触模型。其中以二状态模型进行深入研究的居多，由于它简化了三状态运动模型的复杂性和弥补了连续接触模型过于简单的缺点，并抓住了实际情况的本质，使得其方法研究得到推广。本文基于此理论模型结合ADAMS软件平台对间隙机构的动力学特性进行了仿真研究，并结合实验对构件受力特性进行分析。 本文首先对含间隙机构的动力学研究背景与现状等进行了综述，详细介绍了现有的含间隙机构的动力学建模与求解方法，并简单阐述了间隙模型分析准则。其次，以曲柄摇杆机构为研究体，考虑机构在不同间隙半径大小、不同轴套刚度、不同阻尼等条件下对构件的动态特性的影响。并重点研究含间隙机构在考虑构件柔性因素下对机构动态影响特性，对比刚性构件仿真结果得出结论。结果显示，柔性杆对运动副接触的碰撞力有缓冲作用，同时与理想运动副状态十分接近。最后以旋转铰为研究对象，以考察连杆受力为目的，设计一套间隙连杆机构实验方案，并对实验结果与仿真结果进行对比，实验与仿真结论基本吻合。结果显示加载频率以及间隙大小等因素对连杆受力有一定的规律影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2国内外发展概况及研究现状

1.3发展趋势和亟待解决的问题

1.4本文的研究内容

2 含间隙动力学的分析方法

2.1引言

2.2含间隙机构的动力学模型

2.2.1三状态运动模型

2.2.2二状态运动模型

2.2.3连续接触模型

2.3含间隙机构动力学微分方程的求解方法

2.4间隙运动副分离准则

2.5本章小结

3 基于ADAMS软件含间隙曲柄摇杆机构仿真研究

3.1引言

3.2 ADAMS软件在工程中的应用

3.3含间隙曲柄摇杆机构仿真模型理论

3.3.1含间隙的曲柄摇杆机构模型

3.3.2间隙运动副模型

3.3.3非线性弹性阻尼接触力模型

3.3.4修正的库伦摩擦力模型

3.3.5ADAMS中碰撞接触力模型

3.3.6求解方法与参数设置

3.4无间隙与含间隙时机构动态特性分析

3.5曲柄角速度不同时动态特性分析

3.6阻尼不同时动态特性分析

3.7间隙半径不同时动态特性分析

3.8轴套刚度系数不同时动态特性分析

3.9连杆为柔性和刚性时动态特性分析对比

3.9.1考虑连杆为刚性时的动态特性分析

3.9.2考虑连杆为柔性时的动态特性分析

3.9.3结论

3.4本章小结

4 典型间隙连杆机构的仿真与实验研究

4.1引言

4.2典型间隙连杆机构的仿真研究

4.2.1仿真模型

4.2.2仿真参数

4.2.3仿真结果分析

4.2.4结论

4.3典型间隙连杆机构的实验研究

4.3.1实验装置和测试仪器

4.3.2实验设备的安装与测试过程

4.3.3实验结果分析

4.3.4结论

4.3仿真结果与实验结果对比分析

4.4本章小结

5 分析总结与未来展望

5.1影响因素及误差分析总结

5.2未来展望

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢