机械系统的向量键图建模

本文首先介绍向量键图,然后介绍用向量键图建立机械系统模型的方法。该方法从机械系统的速度描述入手,导出速度的统一表示方法,以此做为建立机械系统结点结构的基础,然后在此基础上利用功率守恒概念,在结点结构上加入多端口元件,得到机械系统的向量键图模型。由这种模型便于导出机械系统的状态方程和进行系统仿真。文章最后用一个速度陀螺为例介绍了此建模方法的具体应用。

平面多体系统动力学计算机仿真向量键合图法

为提高平面多体系统动力学计算机仿真的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系,推导出便于计算机自动建立的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式。根据运动约束关系,将平面运动构件及旋转铰的向量键合图模型组合起来,建立了3-RRR型平面并联机器人机构的向量键合图模型。通过有效的解耦方法,解决了微分因果关系及非线性结型结构给该类机构动力学计算机仿真所带来的代数困难。在此基础上,实现了3-RRR型平面并联机器人机构的计算机自动建模与仿真,验证了所述方法的可靠性及有效性。

含铰间隙平面连杆机构动力学建模与仿真向量键合图法

为提高含铰间隙平面连杆机构动力学建模与仿真的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。通过无质量杆-弹簧阻尼元件来描述旋转铰间隙,建立其向量键合图模型。在此基础上,给出了含铰间隙平面连杆机构向量键合图模型的建立方法。针对该类机构向量键合图模型的微分因果环问题,提出了有效的解决方法,克服了其给机构自动建模与仿真所带来的代数困难。应用相应的算法,实现了含铰间隙的机电耦合系统计算机辅助动力学建模与仿真。通过实际算例验证了所述方法的可靠性和有效性。

平面凸轮机构驱动力矩计算的向量键合图法

针对凸轮机构的驱动力矩计算问题,提出了相应的向量键合图方法。基于凸轮机构的运动约束条件,阐述了建立平面凸轮机构向量键合图模型的一般方法,揭示了其所包含的动力学原理。在混合因果关系的情况下,推导出系统驱动力矩(驱动力)的统一公式,特别适用于计算机自动计算。通过实例说明该方法的有效性。

肘杆式压力机机构动力学建模与分析向量键合图法

为提高肘杆式压力机机构动力学建模与分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系,推导出便于计算机自动建立的系统驱动力矩及运动副约束反力方程的统一公式;根据运动约束关系,将平面运动构件、旋转铰及移动副的向量键合图模型组合起来,建立了三角形肘杆压力机机构的向量键合图模型。通过有效的增广方法,消除了机构向量键合图模型中的微分因果关系,克服了其给机构自动建模所带来的代数困难;在此基础上,实现了三角形肘杆压力机机构动力学自动建模与计算。结果揭示了脉冲形式的工作阻力对机构动力学性能的影响,说明了所述方法的有效性。

3-RRC型并联机器人动力学分析向量键合图法

为提高空间并联机器人系统动力学分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据3-RRC型并联机器人构件间的邻接关系,将空间运动刚体、空间旋转角及圆柱铰的向量键合图模型组合起来,建立了3RRC型并联机器人向量键合图模型。针对微分因果关系及非线性结型结构给空间并联机器人机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难,提出了有效的增广方法。应用相应的算法,实现了3-RRC型并联机器人系统计算机自动建模与动力学分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。

机电系统一体化建模与动力学仿真向量键合图法

针对机电系统一体化动力学仿真过程中存在的问题,提出了适用于计算机自动建模的向量键合图法。考虑到系统独立贮能场、耗散场方程是非线性的情况,推导出了系统状态方程;以修正非线性连续接触碰撞力混合模型为基础,建立了间隙运动副的向量键合图模型;在此基础上,建立了计及驱动电机、非线性运动副间隙的曲柄滑块压力机机构系统向量键合图模型,实现了非线性机电系统的一体化自动建模及动力学仿真,验证了所述方法的可靠性。研究结果表明:建立的系统状态方程通用性更强,建模方式程式化;建立的间隙运动副向量键合图模型具有精细度高、模块化的特点,特别适用于精确计及运动副间隙的机电系统一体化计算机建模及动力学仿真;运动副间隙对机电系统动态性能产生一定程度的影响,使机构连杆两端运动副约束反力、刀具加速度呈高频振荡状态,最大值分别增加3.55%、2.8%、5.7%,进一步说明了该方法的有效性。

双曲柄串联曲柄滑块压力机机构计算机仿真向量键合图法

为提高双曲柄串联曲柄滑块压力机机构动力学建模与仿真的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据机构构件间的运动约束关系,将机构运动构件、旋转铰及移动副的向量键合图模型组合起来,建立了双曲柄串联曲柄滑块压力机机构的向量键合图模型。通过有效的增广方法,消除了机构向量键合图模型中的微分因果关系,克服了其给机构自动建模所带来的代数困难。在此基础上,实现了双曲柄串联曲柄滑块压力机机构动力学自动建模与仿真,分析了脉冲形式的工作阻力对机构动态性能的影响,说明了所述方法的有效性。

基于广义速度的平面连杆机构动力学分析向量键合图法

为提高平面连杆机构动力学分析的效率及可靠性,提出了基于广义速度的向量键合图法。通过机构运动分析,建立机构速度向量、容性场速度向量、惯性场速度向量、阻性场速度向量及源场速度向量与机构广义速度向量的关系矩阵。在此基础上,建立了基于广义速度的平面连杆机构向量键合图模型。应用相应的算法,实现了平面六连杆压力机机构动力学自动建模、计算及分析,揭示了脉冲载荷对机构驱动力矩的影响,验证了所述方法的有效性及可靠性。

含铰间隙RRR-RRP六连杆压力机机构动态仿真向量键合图法

针对含铰间隙RRR-RRP六连杆压力机机构动力学建模与仿真问题,提出了相应的向量键合图法。在考虑旋转铰间隙及复合铰的条件下,建立了含铰间隙RRR-RRP六连杆压力机机构向量键合图模型。应用相应的方法,解决了机构向量键合图模型的微分因果关系给计算机自动建模所带来的代数困难。在此基础上,实现了含铰间隙RRR-RRP六连杆压力机机构动力学计算机自动建模及仿真,分析了运动副间隙对刀具加速度、机构构件角加速度、质心加速度及运动副约束反力的影响,说明了所述方法的可靠性及有效性。

计及运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构动力学仿真向量键合图法

针对计及运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构动力学仿真问题,提出了相应的向量键合图法。基于修正非线性连续接触碰撞力的混合模型,推导出间隙运动副的相对碰撞速度向量方程。在此基础上,建立了可以更精确描述间隙运动副的向量键合图模型,具有通用性强、模块化的特点,便于嵌入到系统的向量键合图模型中。由机构运动副的约束关系,将各构件的向量键合图模型相互键接,建立了计及驱动电机、运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构向量键合图模型。应用相应的方法,使机构向量键合图模型的贮能元件皆具有积分因果关系,实现了计及驱动电机、运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构计算机建模及动力学仿真。在此基础上,分析了运动副间隙对压力机机构运动学及动力学性能的影响,验证了所述方法的可靠性及有效性。通过与无质量弹簧阻尼运动副间隙模型的计算对比,进一步表明该方法可以提高系统动力学仿真的精度及实用性。

颚式破碎机系统动力学统一化建模与仿真向量键合图法

针对电机驱动简摆颚式破碎机系统的动力学统一化建模与仿真问题,提出了相应的向量键合图法。根据机构运动副的约束关系,将各构件的向量键合图模型相互键接,建立了六杆简摆颚式破碎机机构的向量键合图模型。将运动副约束反力向量作为势源向量作用在机构向量键合图模型相应的0-结处,实现机构向量键合图模型的贮能元件皆具有积分因果关系。在此基础上,建立了计及驱动电机、破碎阻力及运动副约束反力向量的简摆颚式破碎机系统的向量键合图模型,实现了机电系统的统一化计算机建模及动力学仿真。通过与牛顿-欧拉动力学方法计算结果相对比,验证了所述方法的可靠性。研究表明:所述方法是有效的,其程式化的建模方式提高了机电系统动力学建模与仿真工作的自动化程度及可靠性。在一个运动周期内,动颚破碎行程及排料行程角速度的正、反向最大值相差甚小,破碎行程及排料行程所用时间也比较接近。在一个运动周期的初始和终了阶段,动颚角加速度、动颚两端的运动副约束反力均会产生较大幅度的变化;终了阶段的变化尤为突出,动颚角加速度由0反向增至-83.36 rad/s^(2),其两端运动副约束反力的增长率分别为2 576.44%、249.10%。另外,动颚在左极限位置时,破碎力的突变导致动颚两端运动副约束反力均产生较大幅度的突变,其减少率分别为95.84%、72.43%。这为破碎机结构及参数的优化设计奠定了基础,也进一步表明方法具有鲜明的特色优势。

单自由度双曲柄六杆压力机机构计算机建模与动态静力分析向量键合图法

针对单自由度双曲柄六杆压力机机构计算机建模与动态静力分析问题,提出了相应的向量键合图法。根据机构的结构及组成原理,建立其向量键合图模型;通过有效的方法,使机构向量键合图模型的贮能元件皆具有积分因果关系,解决了机构动态静力分析计算机建模的代数困难。应用相应的算法,实现了单自由度双曲柄六杆压力机机构计算机建模与动态静力分析,分析了脉冲形式的工作阻力对机构驱动力矩及运动副约束反力的影响,说明了所述方法的可靠性及有效性。

平面开链机械臂动力系统及其控制的向量键合图建模与分析

平面开链机械臂是由一系列电机驱动单臂串联而成。利用这种串联式的结构特性,建立了电机驱动单臂的子系统机电耦合向量键合图模型以及等价动力学一阶微分方程,并利用模块化的方式建立出整个平面开链机械臂系统的键合图动力学模型。模型中通过考虑电机输出轴以及机械臂的挠性,实现微分因果关系的消除。以平面2R机械臂为例,通过对含有PD控制器的机电耦合系统动力学模型进行键合图仿真与Matlab仿真的结果对比,以及容性元件取值对系统动态响应影响的分析,验证了所提出方法的正确和有效性。

基于向量键合图法的3-PPR型平面并联机构动力学分析

为提高平面并联机构动力学分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据3-PPR型平面并联机构构件间的运动约束关系,将平面运动刚体、旋转铰及移动铰的向量键合图模型组合起来,建立了3PPR型平面并联机构向量键合图模型。针对该类机构构件间非线性几何约束所导致的微分因果环问题,提出了有效的解决方法,克服了其给机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难。应用相应的算法,实现了3-PPR型平面并联机构计算机辅助动力学建模与分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。

向量键合图在平面多体系统建模中的应用研究

针对传统键合图应用在平面多体系统的建模中会导致模型复杂、不易理解等缺点的问题,提出了基于向量键合图的基础模型,对以上模型进行模块化处理,不仅可以用来表达平面多体系统的运动学及动力学特征,还具备形式紧凑,结构简洁的优点。在软件20-sim中通过单摆模型验证了基于基础模型进行建模的正确性;对双缸并联平台模型搭建的平台的多体结构部分的向量键合图模型与阀控缸的传统标量键合图模型连接进行仿真。仿真输出结果与运动学反解算法互相验证正确,证明基于键合图理论进行耦合建模对于多能域的平面多体系统是可行的,为多能域交叉的复杂耦合系统进行动态分析建模与仿真提供了新的有效工具。

含齿轮副平面多体系统动态静力分析向量键合图法

为提高复杂平面多体系统动态静力分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据运动约束条件,建立了任意齿廓齿轮副的向量键合图模型。在此基础上,给出了建立含齿轮副平面多体系统向量键合图模型的理论方法。针对微分因果关系及非线性结型结构给含齿轮副平面多体系统建模与动态静力分析所带来的代数困难,提出了有效的增广方法。应用相应的算法,实现了含齿轮副平面多体系统计算机辅助建模与动态静力分析,由此说明了所述方法的有效性。

混合驱动五杆机构动态静力分析的向量键合图法

为提高混合驱动连杆机构动态静力分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。基于平面移动铰的运动约束条件,建立了更加简明的平面移动铰向量键合图模型。根据混合驱动五杆机构构件间的邻接关系,将平面运动刚体、旋转角及移动铰的向量键合图模型组合起来,建立了混合驱动五杆机构向量键合图模型。针对微分因果关系及非线性结型结构给该类机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难,提出了有效的增广方法。在此基础上,推导出更加简明实用的系统驱动力矩及运动副约束反力的统一方程,实现了混合驱动五杆机构系统计算机辅助动态静力分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。

含槽轮副平面多体系统动力学建模向量键合图法

为提高含槽轮副的复杂平面多体系统动力学建模与分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据运动约束条件,建立了柱销-直线滑槽副的向量键合图模型,适用于内、外啮合的槽轮机构。在此基础上,给出了建立含槽轮副平面多体系统向量键合图模型的理论方法。针对微分因果关系及非线性结型结构给该类平面多体系统动力学建模所带来的代数困难,提出了有效的解耦方法。应用相应的算法,实现了含槽轮副平面多体系统的计算机自动建模与动力学分析,由此说明了所述方法的有效性。

基于向量键合图法的行星轮系动态静力分析

针对行星轮系动力学建模与动态静力分析问题,提出了相应的向量键合图法。基于平面复合铰的运动约束条件,建立了更加简明的平面复合铰向量键合图模型。根据行星轮系构件间的运动约束关系,将系杆、行星轮、复合铰及齿轮副的向量键合图模型组合起来,建立了双行星轮轮系机构的向量键合图模型。通过有效的增广方法,消除了该类系统向量键合图中的微分因果关系。应用相应的算法,实现了双行星轮轮系机构的计算机辅助建模与动力学分析,说明了所述方法的有效性。