焊接铰链间隙和构件阳设计方案.doc
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1、通常,由于机构制造和安装误差以及在运行过程中产生的正常磨损,使联接构件的副元素间产生间隙,导致构件副元素间发生严重碰撞和猛烈的冲击,增加了构件元素间的动应力,加剧了杆件磨损、增大了弹性变形,还产生噪声及引起系统振动,从而降低了机械系统的整体效率。针对机构间隙问题, BAUCHAU等提出一种用于描述柔性多体系统中典型间隙铰链的运动学的方法; ZHAO等讨论了铰链间隙的大小对空间串联机器人的动力学性能的影响; 陈江义等分析了含铰链间隙并联机构的动力学; KAKIZAKI等研究了含铰链间隙的空间机构动力学建模,并考虑了杆件的柔性; 何柏岩等提出并建立了刚柔性机械臂在含铰链间隙情形下的动力学模型。虽然
2、目前国内外对机构含铰链间隙时的动力学及柔性并联机构的动力学进行了大量的分析研究,但对于含铰链间隙并考虑柔性的并联机构动力学分析还需要进一步深入。因此,以3-T 并联机构为对象,利用ADAMS软件,在同时考虑铰链间隙和构件柔性情况下,对其动力学性能进行分析。铰链的柔度计算及其性能分析http:/ 1 非线性弹簧阻尼接触力模型在分析机构含铰链间隙的动力学特性时,需要计算接触力。为了计算铰链销轴与套筒的接触力,需建立一个能表示两碰撞体的材料特性、碰撞速度、接触时的表面特征的分析模型。运用赫兹接触模型,并考虑阻尼产生的能量损失来建立接触力模型。Fn = Fk + Fd = Kn + D (1)式中:
3、Fk 为弹性力,Fd为能量损耗,K为刚度因子, D为阻尼系数,为撞入深度,为碰撞速度。由于构件是金属接触,力指数n取为1. 5。半径为r1、r2的两个圆内接触,其刚度系数为K = 4/3 ( 1 + 2)r1 r2/(r1 r2)1/2 (2)其中: 材料参数1、2定义为i = ( 1 i2) /Ei( i =1,2) ,i为材料的泊松系数,Ei为材料的弹性模量。阻尼系数D 表达式为D = n,其中阻尼因子通过计算能量损失得到,为 = 3K ( 1 e2 )/4 (-) (3)将式( 3) 代入式( 1) 中可得考虑阻尼的法向 接触力Fn = Kn 1 + 3 ( 1 e2 )/4(-)1.
4、2 修正的库仑摩擦力模型图1 显示了ADAMS中描述摩擦力时采用的修正的库仑摩擦力的模型。它的优点是考虑了库仑摩擦、 静摩擦和黏滞摩擦,弥补了库仑摩擦不能准确描述从静摩擦到动摩擦的过程 中摩擦力情况,使静摩擦力的计算更加准确,并且 使静摩擦变化到动摩擦的过程更符合实际运动情况。图中: s为静摩擦因数; d为滑动摩擦因数; vs为最大静摩擦因数时的相对滑动速度; vd为最大动摩擦因数时的相对滑动速度。柔性构件模型ADAMS 中构建柔性构件的3种方式: ( 1) 将柔 性体离散化,分段形成多个刚性体; ( 2 ) 用ADAMS /Auto Flex 模块直接创建柔性体; ( 3) 结合ANSYS
5、软件平台和ADAMS 软件建立柔性构件体。由于 第3 种方法建立的柔性体能比较真实地反映实际柔性 体的运动情况,所以文中选择该方法。具体操作过程如下: 把在三维软件中生成的构件模型输入ANSYS 建模软件中,并适当选择单元类型划分单元。把节点 建在构件与系统中其他构件相对运动的回转中心处, 并使用刚性接触区域来处理该节点。对该构件模型实 施模态分析,把外部使用的节点作为ADAMS 模型中 的节点,并创建模态中性的. mnf 文件,此中性文件 包括柔性构件的转动惯量、质量和质心及振型和频率,还有对载荷的参与因子等参数信息。因此,可以直接把此文件输入ADAMS 软件中来构建柔性构件体。图2为输入到
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