考慮鉸間間隙的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，航空航天和現(xiàn)代高精密機(jī)構(gòu)對(duì)位置精度的要求不斷提高和機(jī)構(gòu)運(yùn)行環(huán)境的日益復(fù)雜，以及航天器的研制和發(fā)射成本的提高，機(jī)構(gòu)的高可靠性、長(zhǎng)壽命問(wèn)題已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)；尤其是機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間工作后，運(yùn)動(dòng)副有磨損間隙時(shí)引起的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性、運(yùn)動(dòng)精度、穩(wěn)定性等問(wèn)題更是關(guān)注的焦點(diǎn)，也是需要解決的難題之一。摩擦磨損是引起機(jī)械設(shè)備性能和精度下降甚至失效的主要因素之一，針對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副普遍存在間隙與磨損現(xiàn)象，本文對(duì)考慮鉸間間隙的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)

2、特性的一系列關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，為含間隙機(jī)構(gòu)可靠性分析、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與壽命預(yù)測(cè)奠定了理論基礎(chǔ)。主要包括以下內(nèi)容：
　　針對(duì)考慮旋轉(zhuǎn)鉸間隙的機(jī)構(gòu)，對(duì)旋轉(zhuǎn)鉸規(guī)則間隙的矢量模型進(jìn)一步拓展，應(yīng)用于動(dòng)態(tài)非規(guī)則磨損間隙，建立了通用的旋轉(zhuǎn)鉸間隙矢量模型以及含磨損間隙旋轉(zhuǎn)鉸的數(shù)學(xué)模型，適用于規(guī)則裝配間隙與非規(guī)則磨損間隙；在此基礎(chǔ)上，建立含間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，為后續(xù)分析含間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性與運(yùn)動(dòng)副間隙動(dòng)態(tài)磨損特性、非規(guī)則磨損間隙對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性

3、的影響奠定基礎(chǔ)。
　　含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的研究，還需要考慮間隙鉸接觸碰撞過(guò)程的正確描述，針對(duì)傳統(tǒng)的接觸碰撞力模型進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與比較；并基于Lankarani和Nikravesh提出的非線性彈簧阻尼模型(即 L-N接觸碰撞力模型)，結(jié)合含間隙機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)含間隙太陽(yáng)帆板展開(kāi)、空間機(jī)械臂以及星載天線雙軸定位機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，研究了間隙對(duì)空間機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響。
　　針對(duì)傳統(tǒng)接觸碰撞力模型的局限性，基于改進(jìn)彈性基礎(chǔ)

4、模型，建立了一種新的旋轉(zhuǎn)鉸間隙連續(xù)接觸碰撞力混合模型，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)分析并與傳統(tǒng)的L-N連續(xù)接觸碰撞力模型進(jìn)行了比較，指出了本文新模型的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步將其應(yīng)用到含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新模型的正確性和有效性。
　　將本文新的間隙連續(xù)接觸碰撞力混合模型應(yīng)用到含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性分析中，以含間隙四連桿機(jī)構(gòu)為對(duì)象，建立了含間隙四連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，詳細(xì)的分析含規(guī)則裝配間隙時(shí)的機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性，為研究間隙鉸的動(dòng)態(tài)磨損特性奠定基礎(chǔ)

5、。在此基礎(chǔ)上，提出了含間隙機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的定量分析方法，對(duì)含間隙機(jī)構(gòu)不同間隙尺寸、曲柄轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)工況進(jìn)行了定量分析。
　　然后提取間隙接觸碰撞載荷譜，基于Archard磨損模型，建立間隙旋轉(zhuǎn)鉸磨損的動(dòng)態(tài)計(jì)算模型，并給出了間隙旋轉(zhuǎn)鉸動(dòng)態(tài)磨損計(jì)算流程，以含間隙四連桿機(jī)構(gòu)為對(duì)象，對(duì)間隙旋轉(zhuǎn)鉸動(dòng)態(tài)磨損特性進(jìn)行了分析與預(yù)測(cè)，并對(duì)磨損后的軸表面輪廓進(jìn)行了重構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了間隙鉸非規(guī)則磨損特征并指出了導(dǎo)致間隙鉸非規(guī)則磨損的原因。
　　最后，在