含间隙曲柄滑块机构的动力学分析及可靠性计算

摘要

随着我国现代机械的高速发展，人们对机构运动精度的要求不断提高。在机械研究中为了能够更加的符合客观实际，需要考虑的因素也将越来越多，零件的弹性变形和热变形、制造和装配误差、摩擦磨损等因素将影响运动副间隙的大小，而运动副间隙是引起机构机械精度、运动可靠性降低的主要因素之一。本文以含间隙曲柄滑块机构为例，对间隙机构的动力学特性进行分析，主要包括以下内容：
　　本文针对含间隙机构，以二状态模型对间隙机构进行动力学建模，铰链间的接触碰撞力采用Lalakarani和Nikravesh提出的非线性弹簧阻尼模型，使用牛顿-欧拉法建立运动学和动力学方程，利用Matlab软件进行数值求解，并将结果与Adams仿真结果进行对比，以此验证所建立模型的正确性。为了进一步研究间隙机构的动力学特性，分析了刚度、转速、间隙值变化时对机构动态特性的影响。综合分析表明，间隙的存在对曲柄滑块机构中滑块的输出位移、速度影响不大，但对滑块的加速度有较大的影响。通过适当的提高曲柄转速、减小铰链间隙和接触刚度，可有效的降低间隙对机构的负面影响。
　　间隙机构的精度分配及运动可靠性计算，本文采用数值微分法求出间隙曲柄滑块机构的误差传递系数，研究了三种精度分配方法，并给出具体的算例。通过分析可知在考虑铰链间隙的条件下，分配所得的曲柄和连杆的极限误差均产生波动。影响机构运动可靠性的因素有尺寸误差、铰链间隙、运动副磨损等因素，本文在应力-强度干涉模型的基础上提出了机构运动可靠度计算模型，并分析各因素对运动可靠性的影响。
　　间隙旋转铰的磨损研究，通过对间隙机构动力学特性分析，可得到铰链间的接触碰撞力，采用Archard磨损模型对铰链的磨损量计算，在数值仿真时，每计算一个磨损周期对轴套表面进行重构，再次进行计算。观察轴套表面轮廓可以明显看出铰链间的非规则磨损。最后根据失效标准判断机构是否失效，为进一步的机构设计研究提供一定的理论基础。