發(fā)布時(shí)間：2020-08-10 09:22

【摘要】：含間隙球鉸的多體系統(tǒng)廣泛地存在于精密機(jī)械、船舶、航空航天器和機(jī)器人這些機(jī)械系統(tǒng)及動(dòng)物骨骼系統(tǒng)中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及需求的增加,各種多體系統(tǒng)在高速運(yùn)行時(shí)的高精密性、高穩(wěn)定性和高效率性等相關(guān)的問題越來越受到相關(guān)研究人員的關(guān)注,特別是我們?cè)诤教炱鳈C(jī)構(gòu)以及汽車懸架機(jī)構(gòu)研究中也遇到了相關(guān)的問題。然而實(shí)際球鉸中存在的間隙會(huì)使球鉸組件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生碰撞力,進(jìn)而影響多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性,使得整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度下降以及穩(wěn)定性降低等問題。因此分析含間隙球鉸多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性,降低間隙對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)、運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性的影響已經(jīng)成為相關(guān)研究的焦點(diǎn)。為降低球鉸間隙對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響,本文基于工程實(shí)際新建了一種含彈性襯套的柔性間隙球鉸模型。然后使用這個(gè)模型建立了含柔性間隙球鉸的多體系統(tǒng),并進(jìn)行了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)分析。將分析結(jié)果與傳統(tǒng)的含間隙多體系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果顯示這種含彈性襯套的間隙球鉸模型能大幅地降低間隙造成的碰撞力,具有大幅度且較全面地改善含間隙多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征的作用。本文研究為開展含間隙多體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、高精度分析和可靠性分析奠定了基礎(chǔ)。本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新性結(jié)果如下:1,建立了含剛性間隙球鉸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。分析了球鉸間隙、間隙尺寸以及驅(qū)動(dòng)速度對(duì)含剛性間隙球鉸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響情況。分析結(jié)果顯示:間隙的存在會(huì)對(duì)多體系統(tǒng)的位移、速度和加速度響應(yīng)造成影響,使得間隙球鉸中球心運(yùn)動(dòng)軌跡和接觸力發(fā)生變化。此外,大間隙尺寸和高驅(qū)動(dòng)速度增強(qiáng)了間隙對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響。2,為減小間隙對(duì)多體系統(tǒng)的影響,建立了新型含彈性襯套的柔性間隙球鉸模型,然后將這個(gè)新的球鉸模型導(dǎo)入空間四連桿機(jī)構(gòu)中建立了含柔性間隙球鉸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)含柔性間隙球鉸的多體系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析,并將所得結(jié)果與傳統(tǒng)剛性間隙球鉸多體系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。分析結(jié)果顯示,新建立的柔性間隙球鉸可以使間隙球鉸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模式規(guī)律化,大幅度地降低間隙球鉸內(nèi)的碰撞力和碰撞頻率,進(jìn)而能明顯地減弱間隙對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的負(fù)面影響。3,討論分析了在不同間隙尺寸、驅(qū)動(dòng)速度以及摩擦系數(shù)條件下柔性間隙球鉸對(duì)間隙多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響情況。分析結(jié)果顯示,柔性間隙球鉸能在各種條件下減弱間隙對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的負(fù)面影響,特別是在大間隙尺寸、高驅(qū)動(dòng)速度或低摩擦系數(shù)的情況下減弱作用尤其明顯。柔性間隙球鉸還能極大地降低間隙尺寸對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響。4,研究了柔性間隙球鉸對(duì)減弱間隙影響提高多體系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的作用。討論分析了不同間隙尺寸、驅(qū)動(dòng)速度及摩擦系數(shù)下柔性間隙球鉸對(duì)提高間隙多體系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的情況。分析得出,柔性間隙球鉸能在各種間隙尺寸、驅(qū)動(dòng)速度及摩擦系數(shù)下減弱間隙的影響,提高間隙多體系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。在大間隙尺寸、高驅(qū)動(dòng)速度或低摩擦系數(shù)下,柔性間隙球鉸對(duì)提高間隙多體系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的作用尤其明顯。5,對(duì)比分析了柔性連桿方案與柔性間隙球鉸方案。很多學(xué)者提出可采用柔性連桿的方式來減弱間隙的影響。對(duì)比結(jié)果顯示,柔性連桿方案對(duì)減弱間隙影響的作用有一定的局限性,它在一定程度上會(huì)降低間隙多體系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。相比于柔性連桿方案,柔性間隙球鉸方案則能簡單、直接且非常全面地降低間隙對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響,更好地改善間隙多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和連續(xù)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O313.7
【圖文】：

1.1 研究背景與意義多體系統(tǒng)是指多個(gè)物體按照確定方式通過鉸相互連接而組成的具有一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)[1]。它廣泛地存在于車輛、船舶、機(jī)器人、航天航空器、復(fù)雜機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域的機(jī)械系統(tǒng)中[2-5]。此外哺乳動(dòng)物的骨骼結(jié)構(gòu)也可以視為多體系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的定義可知機(jī)構(gòu)也屬于多體系統(tǒng)。多體系統(tǒng)中連接各物體的元件稱為鉸，這個(gè)鉸也就是機(jī)械學(xué)中的運(yùn)動(dòng)副。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式的不同可以把這些鉸分為：球鉸、旋轉(zhuǎn)鉸、滑移鉸、圓柱鉸、萬向鉸、螺旋鉸等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及需求的增加，各種復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)在高速運(yùn)行下的高精密性高穩(wěn)定性以及高效率性等問題越來越受到相關(guān)研究人員的關(guān)注[6-9]。此外由于運(yùn)動(dòng)康復(fù)等原因，也促使人們?cè)絹碓疥P(guān)注人體骨骼系統(tǒng)。這都使得人們?cè)趯?duì)復(fù)雜多體系統(tǒng)進(jìn)行研究分析時(shí)需要考慮的因素越來越多[10]。

鉸間磨損

有通過分析間隙鉸組成部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式以及的影響情況，才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，從而[20,21]。因此深入研究含間隙多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性具價(jià)值。(a) 間隙旋轉(zhuǎn)鉸 (b) 間隙球鉸圖 1.2 鉸間磨損

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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