含间隙铰的机械多体系统动力学模型

对四类间隙铰模型(连续接触模型、有限元模型、经典碰撞模型和接触变形模型)进行分析比较，给出了经典碰撞和接触变形模式的含间隙多体系统动力学模型。经典碰撞模式的动力学模型着重考察系统动力学的整体行为，不能预测碰撞过程中铰关节局部接触力的变化历程。接触变形模式的多体系统动力学模型考虑了碰撞体间的法向和切向接触力，以及阻力矩，能够求解系统运动过程中间隙铰轴销与孔体的碰撞力。采用间隙铰的非线性弹簧阻尼模型，研究了重力场及其方向性对空间可展机构动力学性能的影响。计算结果表明，无重力与有重力环境时含间隙可展机构动力学行为有较大地差别，重力作用使间隙铰内碰撞减弱。为了保证在地面试验中可靠地预测在太空展开性能，可展机构在地面试验时应采取重力补偿措施。     

考虑耳轴-轴承间隙的自行高炮行进间射击炮口响应研究

为研究耳轴-轴承间接触碰撞及间隙对自行高炮行进间射击时炮口响应影响,采用基于Lankarani-Nikravesh接触碰撞理论改进的含间隙旋转铰接触碰撞力数值方法,描述不同间隙的自行高炮耳轴-轴承约束关系。利用谐波叠加法重构符合路面分级标准的不平度,考虑身管柔性建立含耳轴-轴承间隙的刚柔耦合自行高炮发射动力学模型。数值计算获得不同间隙下自行高炮行进间射击炮口动态响应,并与耳轴-轴承理想旋转铰模型对比分析。结果表明,耳轴-轴承间接触碰撞对炮口高低、方向射角影响程度不同,对方向角速度影响最明显;耳轴-轴承间隙与炮口响应并非对应的线性变化关系。     

考虑三维圆柱铰间隙碰撞的空间机构柔性多体动力学分析方法

三维圆柱铰的动态性能对空间机构的运动精度和动力学特性有着重要的影响。基于多体动力学方法和刚体有限元方法,提出考虑三维圆柱铰的间隙碰撞和动态接触作用的空间机构柔性多体接触动力学方法。采用圆柱-圆柱的线接触力学模型和切片法,计算圆柱-圆柱的接触变形量和接触力,建立三维圆柱铰的轴销与轴套之间的间隙碰撞作用和三维动态接触关系。以等效刚体单元和Timoshenko梁单元描述柔性杆件的刚性有限元模型,建立柔性连杆和三维圆柱铰的具有多刚体系统的统一形式的动力学方程。计算分析了含三维圆柱铰的空间机构的运动精度和动力学特性,获得空间机构的位移响应,三维圆柱铰的相对运动轨迹和动态作用力等动力学响应。采用三维圆柱-圆柱动态线接触方法,能有效地预测空间机构系统的三维圆柱铰持续接触、间隙碰撞状态和摩擦作用下的动力学特性。计算结果表明三维圆柱铰的间隙碰撞作用对空间机构的运动精度和动态特性的影响较为显著。动力学模型和计算结果对复杂工况下高精度多间隙的空间机构的动态设计和动力学研究具有重要的理论意义。     

间隙铰链对平面机构碰撞动力学特性影响分析EI北大核心CSCD

为了研究间隙铰链对机构动态性能的影响,建立了一种含轴向尺寸的线接触碰撞铰模型,在此基础上提出一种改进的非线性法向碰撞力模型和修正的切向库伦摩擦力模型,以平面含间隙铰链曲柄滑块机构为研究对象,通过不同间隙值下的滑块加速度、间隙铰链处接触力、加速度频谱以及速度-加速度相图分析,研究了间隙值对机构碰撞动力学特性的影响规律。研究结果表明:间隙会导致机构动态性能出现明显的振荡现象,且随着间隙值的增大,振荡加剧、振荡幅值上升,但振荡频率降低;同时,在间隙铰链的影响下,机构动态特性呈现出非线性现象,且间隙越大,非线性现象越明显。     

间隙铰链对平面机构碰撞动力学特性影响分析

为了研究间隙铰链对机构动态性能的影响,建立了一种含轴向尺寸的线接触碰撞铰模型,在此基础上提出一种改进的非线性法向碰撞力模型和修正的切向库伦摩擦力模型,以平面含间隙铰链曲柄滑块机构为研究对象,通过不同间隙值下的滑块加速度、间隙铰链处接触力、加速度频谱以及速度-加速度相图分析,研究了间隙值对机构碰撞动力学特性的影响规律。研究结果表明:间隙会导致机构动态性能出现明显的振荡现象,且随着间隙值的增大,振荡加剧、振荡幅值上升,但振荡频率降低;同时,在间隙铰链的影响下,机构动态特性呈现出非线性现象,且间隙越大,非线性现象越明显。     

非公差间隙圆柱副机构动态响应分析

针对ADAMS软件中Hertz接触力模型在凸面与凹面机构碰撞中精度低的问题,提出了一种适合非公差间隙圆柱副机构接触力模型。将Goldsmish模型刚度系数与基于改进弹性基础接触模型求导而得的非线性刚度系数进行优化组合,建立了对非公差间隙更具适用性的法向接触力模型,同时引入LuGre摩擦力作为切向接触力模型来描述机构间的相互作用关系。应用ANSYS软件对法向接触力模型进行了数值验证,在此基础上以某火炮身管与摇架间隙为对象,基于建立的改进接触模型对身管与摇架机构进行了动力学仿真分析,仿真结果可准确反映非公差间隙对身管动态特性的影响,为研究摇架结构参数对火炮射击精度的影响提供了参考和依据,同时建立的接触力模型为其他非公差间隙圆柱副机构动力学分析提供了更准确的数学模型。     

环销间隙对涡旋压缩机防自转机构性能影响分析

针对涡旋压缩机环销防自转机构的动力特性问题,在建立环销机构模型的基础上,得到含间隙的环销机构运动与力学分析模型。通过建立的模型,对环销间隙和间隙误差引起的环销性能变化进行研究。结果表明：均匀间隙主要影响环销接触力与环销作用区间;间隙误差会造成自转角存在较大波动,且环销接触力分配不均。     

含关节间隙的3-CP_aRR并联机构的运动学和动力学分析

为研究关节间隙对并联机构动态特性的影响,以3-CP_aRR并联机构为研究对象。基于该并联机构的运动学约束,研究了该并联机构的运动学规律,表明该并联机构驱动圆柱副可等效分解为驱动移动副和被动转动副;利用正态分布概率统计模型建立了含间隙转动关节径向和轴向的运动学模型,进而建立了含关节间隙的支链运动学模型;根据关节元素间接触运动学模型,基于Flores接触力模型和修正的Coulomb摩擦模型分别建立了转动关节的法向接触力和切向接触力模型,并基于非完整系统的Lagrange方程法建立了含关节间隙并联机构的动力学模型;通过实例计算详细分析了转动关节间隙对并联机构运动学特性和动态响应的影响;此外,通过与标准正态分布模型参数μ对比,分析了定义关节元素初始接触时的间隙量为μ值时的物理意义。该研究可为其他含关节间隙多体系统的研究提供新的研究方法和理论基础。     

考虑圆柱铰链间隙的多刚体系统动力学计算方法

为了研究含圆柱铰链间隙的多刚体系统动力学计算方法,针对三维圆柱铰链的结构特点,给出了一种改进的接触对确定方法,构造了空间间隙圆柱铰链接触分离切换点的判别方法。法向接触力采用Lankarani与Nikravesh的连续接触力模型计算,切向摩擦力采用修正的Coulomb模型计算,综合考虑接触分离状态建立了统一形式的动力学方程。最后对比间隙铰链机构和理想铰链机构运动,结果表明圆柱铰链间隙在短时间内对其他构件的运动影响很小,但严重增大了铰链内部的碰撞力,长时间运动后机构的位移、速度、加速度与理想铰链偏差变大,但接触摩擦力使圆柱铰链的轴向运动受到抑制。间隙圆柱铰链的研究方法和结果为相关和更复杂的含间隙圆柱铰链机构的运动分析提供了理论参考。     

结构复杂行为分析的有限质点法研究综述

有限质点法是一种结构分析的新方法,它以向量力学理论和数值计算为基础,以点值描述和途径单元为基本概念,以清晰的物理模型和质点运动控制方程描述结构行为。该方法的计算不需组集单元的刚度矩阵,也不需迭代求解控制方程式。与传统方法相比,在结构的动力、几何非线性、材料非线性、屈曲或褶皱失效、机构运动、接触和碰撞等复杂行为分析中有较大的优势。该文首先介绍有限质点法的基本理论,在此基础上着重阐述这种新的数值分析方法在空间结构复杂行为研究领域的优势及应用,并对该方法的发展趋势作出展望。     

含间隙运动副机构的动力学特性研究

为了研究间隙运动副对机构动力学特性的影响,综合考虑转动副轴向尺寸、材料非线性系数以及碰撞过程能量损耗等因素,建立了一种改进的非线性接触碰撞力模型,同时提出了一种用于描述间隙处摩擦作用的修正的库伦摩擦模型。以曲柄滑块机构为研究对象,将上述接触碰撞力模型和摩擦力模型嵌入到系统动力学模型中,进行了动力学仿真分析,研究了不同间隙、驱动载荷及摩擦系数对机构动力学特性的影响,并将仿真结果与试验测试数据进行了对比分析。结果表明：基于文中改进的非线性接触碰撞力模型、修正的库伦摩擦力模型仿真计算结果,与实验结果吻合较好,能够准确、有效地描述含间隙运动副机构的动态特性。     

不同运动副材料对间隙机构动力学特性的影响

研究不同运动副材料对间隙机构动力学特性的影响。在考虑库仑摩擦的条件下,利用非线性等效弹簧阻尼的概念建立了含间隙运动副的接触动力学模型。在此基础上,利用动力学分析软件ADAMS考查了运动副材料不同时间隙机构动力学性能的变化。分析结果表明材料不同时运动副的摩擦、刚度和阻尼等因素均能影响机构的动力学性能,因此在设计时要加以考虑以提高机构性能并减少能量损失。     

含关节间隙的3-CPaRR解耦并联机构弹性动力学建模与分析

为研究关节间隙对柔性化条件下并联机构输出运动特性的影响,以3-CPaRR并联机构为研究对象。首先,根据该并联机构的空间位置关系,研究了该并联机构的运动学规律,表明该并联机构驱动圆柱副可等效分解为驱动移动副和被动转动副;其次,基于空间位置矢量模型,建立了含间隙转动关节径向和轴向的运动学模型,从而进一步建立各支链转动关节处含间隙的运动学模型;然后,基于Lankarani-Nikravesh接触力模型和Coulomb摩擦力模型建立各支链转动副处存在关节间隙时的法向、切向力学模型,并将各被动关节处由于间隙的存在而产生的力向驱动关节处进行转化,从而建立了含关节间隙的3-CPaRR并联机构弹性动力学模型,最后通过实例分析了不同的关节间隙对该并联机构运动特性的影响。结果表明:含有关节间隙的柔性支链对并联机构的输出运动特性产生了重要的影响,同时该研究也为其他的含关节间隙的多体系统弹性动力学建模提供了理论基础。     

含摩擦柱铰链平面多体系统动力学的建模和数值方法

以含摩擦柱铰链平面多体系统为研究对象,建立其动力学方程并给出相应的数值计算方法。首先,建立了含摩擦转动柱铰链的力学模型。在此基础上,应用第一类Lagrange 方程给出了该类系统的动力学方程,将Lagrange乘子与柱铰链的法向约束力建立了对应关系,并给出了柱铰链摩擦力的广义力。由于摩擦力的存在,使得该方程是关于Lagrange 乘子的分段连续的非线性代数方程组,该文对此采用混合算法:对于连续段(物体相对转动的角速度不为零时),采用拟牛顿算法和龙格-库塔法求解方程;在不连续点(物体相对转动的角速度为零时),通过粒子群算法(PSO)、试算法和龙格-库塔法求解方程,克服了方程在不连续处Lagrange 乘子(法向约束力)的初值不易选取的困难。最后,通过算例说明了该算法的有效性和可行性。     

含运动副间隙的涡旋压缩机动平衡仿真研究

为了研究运动副间隙对涡旋压缩机动平衡的影响,根据涡旋压缩机机构运动副间隙特点,采用非线性等效弹簧阻尼模型和Coulomb摩擦模型建立考虑摩擦作用的运动副间隙接触碰撞模型,并将其嵌入到ADAMS动力学仿真软件中,建立了含运动副间隙的涡旋压缩机动力学模型,针对小轴防自转机构、间隙大小和间隙数目三种情况,进行了动力学仿真。仿真结果表明：小轴防自转机构、间隙大小和间隙数目对涡旋压缩机的动平衡有显著影响,为合理选用轴承游隙提供了参考,并为提高涡旋压缩机的动力特性提供了理论依据。     

考虑摩擦的机械手逆动力学问题的研究

机械手关节通常包括径向转动关节﹑止推转动关节﹑径向止推转动关节和滑移关节这四种类型。本文针对机械手各类关节的结构特征,分别建立了与之相应的关节库仑摩擦和粘性摩擦的数学模型,并将这些模型应用于机械手逆动力学问题的研究中,给出了既考虑关节库仑摩擦又考虑粘性摩擦的机械手逆动力学问题的算法。最后,以STANFORD机械手为算例,分别计算了计入摩擦和不计入摩擦两种情形下的关节驱动力矩(或驱动力)的时间历程。计算结果表明两种情形下得到的关节驱动力矩(或驱动力)之间存在着明显的差异。     

不同工况下含间隙铰链接触碰撞力特性研究

为了更加准确地研究不同工况环境对含间隙铰链接触碰撞力的影响,以提高空间机构的运行及空间指向精度,基于分型理论、Lankarani-Nikravesh模型及宏微观理论,考虑摩擦与微凸体间的阻尼等因素,得到了新的含间隙旋转运动副元素间接触碰撞力模型,并通过试验验证了该模型的正确性.采用单一因素试验法,研究了转速、间隙、不同...     

考虑接触点摩擦的索滑移行为分析

连续索在接触点处滑移时会受接触点摩擦的影响,导致连续索在接触点两侧索力不相等。张拉连续索施加预应力时,接触点处的摩擦力使远离张拉端的索段预应力存在一定程度的损失。针对索在接触点处滑移时的摩擦问题,该文采用有限质点法,将连续索离散成相互联系的质点集合,质点间通过索单元连接,滑移索单元内力根据接触点力传递系数和索单元原长不变原则求解。该文推导了考虑接触点摩擦的滑移索单元内力求解公式,提出了索滑移判定准则,并给出了接触点力传递系数计算方法,通过自编程序对算例进行计算分析,验证了考虑接触点摩擦的滑移索单元的正确性和合理性。     

圆柱滚子轴承多体接触动力学研究

考虑滚子和套圈、滚子和保持架、保持架和引导套圈的动态接触关系,提出了机械系统中圆柱滚子轴承多体动力学分析的新方法。基于圆柱套圈滚道的三角网格模型,实现了圆柱滚子和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法,进而建立了计及润滑摩擦作用和Hertz接触作用的圆柱滚子轴承的三维多体接触全动力学模型。运用广义-α方法计算分析了不同工况条件下圆柱滚子轴承的动态特性和保持架的稳定性,获得了不同工况下轴承的运动轨迹、角速度、滚子和倾斜扭转振动、动态接触力,拖动力和相轨迹等动态响应的变化规律。计算结果表明低速或较小径向力下,滚子和保持架的拖动力相对较小且不稳定,滚子和保持架侧梁、外圈挡边之间存在明显的频繁接触冲击作用,内圈中心的振动位移相对较大,保持架中心的径向平面运动轨迹形成不稳定的近似圆周运动,圆柱滚子轴承的运动稳定性相对较差。随着转速或旋转径向力的增加,保持架中心的径向平面运动轨迹为圆周运动和单周期的相轨迹运动,保持架中心的轴向振动明显,滚子倾斜扭转振动相对较小。