含间隙铰曲柄滑块机构中接触力计算方法对比研究

为了在开展含间隙铰多体系统动力学性能分析时选择最佳的接触力计算方法,以含间隙铰曲柄滑块机构为对象,建立了含间隙铰曲柄滑块机构多体动力学模型,针对几种接触力计算方法进行系统的对比分析.研究了不同间隙、曲柄转速和恢复系数下,接触力计算方法对曲柄滑块机构动力学性能分析的影响.结果表明,在研究径向间隙、驱动载荷和恢复系数变化对多体系统动力学影响时,选择Lankarani-Nikravesh接触力模型和Zhiying-Qishao接触力模型都相对可靠,且Zhiying-Qishao接触力模型对恢复系数敏感程度最低.     

含间隙曲柄滑块机构运动副动态磨损研究

含间隙曲柄滑块机构中运动副的润滑情况不同于滑动轴承,其相对速度不足以形成动压润滑而处于边界润滑状态下.为了分析此状态下的动态磨损问题,考虑到含间隙运动副边界润滑时轴套的切向弹性变形和切向阻尼,结合考虑间隙运动副碰撞接触的非线性弹簧阻尼模型,提出边界润滑条件下的间隙副接触力模型,进而在此基础上推导出间隙副的动态磨损模型,并对含间隙曲柄滑块机构的运动副动态磨损进行数值分析.计算结果表明副元素间呈现出连续弹性变形现象,在连续变形接触处,动态磨损量较大使磨损加剧,并出现非均匀磨损.     

含间隙铰机构尺寸优化及减磨效用研究

提出了机构尺寸优化、多体动力学、磨损预测三者的集成分析框架。铰接副由非线性弹簧阻尼模型结合修正库伦摩擦力来表达,采用Archard模型结合有限元接触模型进行磨损预测,并通过广义简约梯度法实现整体优化计算,最后针对连杆机构铰接副磨损问题进行详细分析计算。结果表明构件的角加速度峰值可有效表征机构振动和磨损程度,优化后摇杆的最大加速度幅值降低了71%,机构运动平稳性大幅提升;间隙铰接副轴套低磨损区域明显扩大,最大磨损深度降幅为36%,证明了该算法对含间隙机构摩擦学优化问题的有效性。     

考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析

基于机械系统动力学方程的增广法建立考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学模型。为了简化该并联机构的动力学模型,通过质量矩的方法视驱动支链为一个整体。根据含间隙球面副元素的接触方式建立该间隙运动副的运动学模型,求出含间隙球面副元素之间的接触变形量与相对接触速度。考虑到接触体之间接触刚度与机械系统动力学模型之间的耦合性,以非线性刚度系数代替Flores接触模型中的常数刚度系数而提出一种改进的接触力模型,并基于该接触力模型利用接触变形量与相对法向接触速度建立间隙运动副元素之间的法向接触力模型,为了保证数值运算的稳定性,采用具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型,建立接触体之间的切向接触力模型。进一步把间隙运动副元素之间的接触力转换到该间隙运动副所连接的驱动支链和上平台的质心上,并把该接触力集成到4-SPS/CU并联机构动力学模型的广义力中,从而成功引入了关节间隙效应,采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。通过数值分析预测球面副间隙对4-SPS/CU并联机构动力学性能的影响。     

基于深度学习方法的含间隙铰链多刚体系统的动力学建模与分析

机械系统中,铰接处接触力受铰间间隙量大小、运动副各部件的材料属性、运动过程中的接触状态等因素的影响,表现出很强的非线性。传统的间隙铰摩擦理论模型主要关注对摩擦现象描述的普适性,而难以精确地描述摩擦过程中摩擦力的非线性特征。基于物理样机试验获得的数据,使用深度学习方法建立了间隙铰非线性接触力神经网络模型,通过摩擦试验生成接触摩擦力数据集,结合旋转铰间隙接触碰撞力混合模型生成接触碰撞力数据集,对模型进行训练和测试,得到了旋转间隙铰的神经网络动力学模型。在此基础上,结合拉格朗日方程对含间隙铰的曲柄滑块机构进行建模,建立了“多刚体系统-间隙铰-多刚体系统”的动力学模型,通过仿真分析得到系统关键参数的动力学响应,并与物理试验结果进行了对比,验证了基于深度学习方法获得的间隙铰模型的正确性,为深度学习方法在非线性系统动力学建模方向上的应用提供了一个可行的思路。     

刚体碰撞的Hertz接触力模型比较分析

对以Hertz接触理论为基础的四种接触力模型进行了比较分析,并通过两球一次对心碰撞过程数值模拟结果来进一步说明不同接触力模型的特性,仿真结果表明:与纯弹性接触力模型相比,Hunt-Crossley(H-C)接触力模型、Lankarani-Nikravesh(L-N)接触力模型以及Flores接触力模型由于考虑了碰撞过程中的能量损失,因此更加符合实际碰撞情形。此外后三种接触力模型中,H-C接触力模型和L-N接触力模型更适合用来处理大恢复系数的碰撞问题。在分析间隙机构的动力学特性时,可以为接触力模型的合理选择提供依据。     

考虑磨损含间隙曲柄滑块机构的动态特性研究

为得到准确的含间隙铰接机构的接触碰撞模型,在ADAMS中建立含间隙的曲柄滑块机构,以含间隙曲柄滑块机构运动副为对象分析其在考虑磨损情况下的动态特性。以接触一碰撞模型为基础,采用非线性等效弹簧阻尼模型,将用MATLAB处理过的数据和磨损函数嵌入到ADAMS模型中进行动力学仿真,并将得到的动态特性曲线进行分析。结果表明：磨损对间隙运动副的速度、加速度、接触碰撞力和力矩有很大的影响,同时,此种建模方法对建立准确的含间隙机构的模型有很大的参考意义。     

考虑表面接触力的滑靴副油膜特性分析方法

由于受倾覆力及刚体表面粗糙度影响,液压柱塞泵斜盘-滑靴运动副(滑靴副)在相对运动时处于混合润滑状态。斜盘和滑靴表面接触引起弹性和塑性变形,进而产生表面接触力。接触力与油膜厚度密切相关,在油膜特性分析时不应被忽略。提出一种基于流体动压润滑理论的滑靴副油膜特性(油膜厚度、压力分布、油膜间隙流量)的分析与计算方法,考虑了滑靴副粗糙表面的支撑力影响。在雷诺流体动压润滑方程基础上,考虑滑靴副刚体表面粗糙度水平和油膜厚度,计算液压柱塞泵不同工况下的表面接触支撑力,并将接触力融入运动副的受力方程。提出了基于改进的雷诺流体动压润滑方程的数值计算方法,并进行了仿真分析,通过间接对比滑靴副间隙流量的仿真结果,证实了提出方法的有效性和结果的准确性。     

含间隙平面连杆机构动态特性研究

采用非线性弹簧接触力和非线性阻尼描述了含间隙运动副副元素的碰撞接触过程,以此为基础建立了含间隙平面连杆机的动力学模型,通过大量的数值仿真,研究了运动副间隙对机构动态特性的影响及副元素的相对运动过程。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出现的连续变形接触现象。     

水压元件柱塞摩擦副的抗卡紧研究

针对水润滑普通间隙密封柱塞副在工作过程中出现的卡紧现象,提出了基于静压支撑的双阻尼效应柱塞副,并对其抗卡紧特性和流量特性进行了分析。结果表明:水的流动惯性和表面粗糙度的共同作用使得间隙摩擦副流场内可能产生局部紊流或整体紊流,计算时不能采用层流模型,需考虑惯性和表面粗糙度效应;提出的双阻尼效应柱塞副具有一定的抗卡紧能力,能实现柱塞的自动对中和平衡,防止卡紧,减小启动摩擦力;双阻尼效应柱塞副比同等密封长度的普通柱塞副的泄漏流量更小。     

基于ADAMS的往复发动机敲缸故障仿真研究

基于多刚体系统动力学方法和非线性弹簧阻尼接触模型,在ADAMS中对含活塞-缸壁间磨损间隙的曲柄滑块机构进行动力学建模及动态仿真.研究该机构在考虑外载荷、构件惯性力、重力、材料接触刚度及阻尼等条件存在时,不同程度磨损下的活塞接触动力学响应,计算并比较了磨损间隙条件下的活塞侧推力、拍击力及活塞2阶运动特性参数等数据;阐明了运动副间隙引起活塞敲缸现象的发生机理.该工作为内燃机配缸间隙的选择、磨损间隙的故障诊断及振动控制提供了参考依据.     

多间隙平面机械系统动态性能分析

在考虑多间隙的条件下,对机械系统的动态性能进行了分析。首先,建立了转动副考虑间隙时的运动学模型,其次,选取了Flores接触力模型建立了间隙关节元素之间的法向接触力,并利用修正的"Coulomb"摩擦力模型计算了摩擦力。最后,以平面曲柄滑块机构为例,在机械系统中分别考虑单个间隙和多间隙进行了对比分析,并对不同尺寸的间隙关节进行了分别仿真,数值结果证明机械系统中引入间隙关节越多且间隙尺寸越大其动力学性能越恶化。     

考虑关节间隙的五杆机构动力学建模

利用含间隙关节元素之间的几何关系建立了该机构的间隙模型,写出了该机构的位置方程并对其进行了运动学分析,采用连续接触碰撞力模型描述了该机构间隙副的法向接触力,并以修正的Coulomb摩擦力模型建立了该机构的间隙副的切向接触力,利用第二类拉格朗日方程建立了该机构含间隙副的完整动力学模型,并结合ADAMS动力学仿真软件分析了运动副间隙对该机构动态特性的影响。为该机构的间隙补偿与控制策略提供了理论依据。     

含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统动态误差与运动副磨损周期行为分析

传统旋转间隙关节接触模型假定销轴和衬套接触面形状是规则的并忽略了磨损效应的影响,降低了机构动力学模型预测精度。提出了一种含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆机构多体动力学建模、磨损预测和动态误差分析方法。为准确描述运动副元素间碰撞行为,考虑滑动轴承间隙关节的磨损效应,提出了一种非规则粗糙间隙表面铰链关节的改进接触模型。在此基础上,考虑柔性杆的影响,基于绝对节点坐标法建立了含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统多体动力学模型。与基于传统光滑间隙模型的结果相比,基于非规则粗糙间隙改进模型的多连杆机构动态响应更接近于试验值,验证了所提出计算方法的有效性。仿真结果表明,选用CuSn10P和CuPb30作为铰链衬套材料能够有效降低多连杆机构滑块动态响应偏差和提高机构的运动精度;表面粗糙度过高会导致运动副磨损加剧,过低则会降低间隙表面微凸体对碰撞能量的吸收。此外,磨损加剧了间隙表面轮廓不规则度,导致机构动态响应的不稳定性增大,运动精度降低。     

一种微裂纹摩擦阻尼分析模型

由微裂纹引起的摩擦阻尼普遍存在于各种材料结构中。研究了由微裂纹摩擦引起的能量耗散与摩擦阻尼。建立了包含微裂纹的单胞模型,基于单胞模型建立了包含任意裂纹角度的悬臂梁模型,分析了含有微裂纹的悬臂梁的能量耗散、摩擦阻尼,并与数值仿真结果进行了对比。结果显示,能量耗散、摩擦阻尼都与裂纹的密度有着很大的关系,所建立的理论模型与数值模拟结果有较好的一致性。     

Kriging代理模型在间隙铰接副磨损优化中的应用

针对机械系统中多间隙铰接副等的磨损寿命设计优化问题,结合Kriging代理模型和序列二次优化算法实现机械系统中多个间隙铰接副磨损预测和等磨损寿命设计。基于磨损与机构动力学耦合计算方法,引入Kriging代理模型,构建了"设计变量-拉丁方试验设计-代理模型-设计优化"的集成化自动分析流程,并以Matlab工具箱和自编优化设计程序开发了计算程序。通过曲柄滑块机构中2个间隙铰接副磨损优化分析和试验对比,结果表明,基于代理模型的铰接副磨损优化结果只有4. 7%的偏差,可在保持较高精度的前提下大幅提高计算效率,为机构多铰接副等磨损寿命设计提供工具。     

杆件与倾斜平面弹塑性接触冲击动力学建模与分析

针对垂直杆件冲击倾斜固体平面的弹塑性接触冲击问题,建立了杆件动力学方程和接触冲击各阶段瞬时接触力计算模型，系统地探讨和研究了运动参数和接触力变化规律；采用ODE45函数分析了杆件动能、接触点位置和速度、杆件角度和角速度等时变规律，恢复系数和永久变形与初始冲击速度关系，接触力与接触变形关系。研究结果表明：初始坠落高度越大，接触冲击时间越短且恢复反弹现象越明显；随初始坠落高度的增大，接触力与接触变形曲线呈相同变化趋势，但永久变形更接近于最大变形。开展了末端圆形杆件以不同初始坠落高度垂直冲击45°倾斜固体平面的试验研究，再结合已公开文献中恢复系数和永久变形的正冲击试验数据进行对比分析，结果表明，仿真与试验结果基本吻合，验证了所建模型的正确性。     

一种含间隙铰链接触分析方法及实验验证

提出一种含间隙铰链接触分析方法,该方法将间隙铰链衬套的几何廓线离散成点,通过判断离散点与铰链销轴几何中心的距离来确定铰链元素间的接触情况并获得最大接触深度,基于Lankarani-Nikravesh连续接触力模型和Ambrósio摩擦力模型计算铰链法向接触力和切向摩擦力。最后建立了含间隙铰链曲柄滑块机构动力学模型,分析了系统的动态响应并开展了相应的实验验证。研究表明,该方法能有效分析含间隙铰链机械系统的动力学特性。     

非线性接触模型在多间隙机构混沌分析中的应用

分析了含间隙运动副副元素的碰撞分离过程,指出线性弹簧阻尼模型不能满足接触边界条件并产生力突变;采用符合接触边界条件的非线性弹簧阻尼模型描述碰撞分离过程,并通过实例分析了模型积分求解方法;建立了多间隙曲柄摇杆机构的动力学模型,对含间隙机构的非线性特性进行了分析和讨论,说明多间隙机构动力学行为中存在混沌现象。     

基于ADAMS的食品输送链啮合接触动力学分析

针对食品输送链传动过程中存在的啮合冲击问题,基于赫兹接触理论,建立了啮合冲击的非线性弹簧阻尼碰撞动力学模型,给出了主动链轮上啮合冲击力幅值以及啮合冲击力表达式。借助动力学仿真软件ADAMS对系统在不同转速下的啮合接触效应进行仿真研究,分析得出工作边各链轮与滚子啮合接触时的接触力变化规律情况,仿真结果与实际工况符合,可靠性高。通过将仿真与建立的动力学模型理论计算结果对比,发现理论值与仿真值相对误差在合理范围之内,动力学模型较可靠。