计及铰链间隙的机械臂动力学建模与仿真

工程中的机械多体系统都存在铰链间隙问题,铰链间隙使系统的约束条件、自由度数目和拓扑结构发生变化.根据Hertz接触定律和Coulomb摩擦定律,建立了含间隙平面旋转铰的力学模型;采用几何变形约束法和模态缩聚技术描述了柔性机械臂的非线性变形;同时考虑两个旋转铰的间隙特性和柔性臂的弹性,最终采用Kane方程建立了含铰链间隙的刚-柔机械臂系统的动力学模型.以Mathematica软件为编程工具.对含两个铰链间隙的双刚性臂系统进行了仿真计算,得到了更加真实的动力学响应.

铰链间隙对6自由度并联机床刀具位姿的影响分析

为了评价6自由度交叉杆型并联机床中铰链间隙对刀具空间位置与姿态(简称位姿)的影响,提出了一种"分解、求交"方法,确定铰链间隙引起刀具平台位姿的可达空间,进而分析铰链间隙对刀具位姿的影响。基于旋量理论,采用指数坐标法推导了该机床各支链的正向运动学指数式解析表达式,并分别求取单支链单独约束下铰链间隙引起刀具平台的可达空间。对6个空间进行求交处理,获得6支链同时约束下的可达空间,即为间隙引起的误差空间。实验结果证明了该"分解、求交"方法的正确性和有效性。

考虑铰链间隙的水面并联稳定平台动力学分析

针对某小型浮式稳定平台结构紧凑、负载惯量大的特点,设计了一种以少自由度并联机构为基础的改进型串联与并联机构。根据该平台的结构特点,进行了运动学分析,推导了系统雅可比矩阵,并利用Lagrange方法建立了平台的动力学模型,分析了平台的动力学特性。为分析含间隙的支链受力,将其简化为刚体—弹簧模型,通过改进的Hertz接触理论,采用非线性弹簧阻尼模型计算接触力,最终建立了含铰链间隙的平台动力学模型。数值计算与实验结果表明了数据建模的有效性,同时铰链间隙对动平台的位置精度和动力学特性产生了显著影响,对平台结构产生了较强的冲击。

计入构件柔性和铰链间隙的并联机构动力学分析

以3-RRRT正交并联机构为研究对象,并考虑库仑摩擦的影响,同时基于非线性的等效弹簧阻尼模型的概念,构建了含间隙铰链的接触碰撞的动力学模型,利用有限元方法描述构件的柔性,并以此为基础建立了该机构的动力学模型。对该模型进行仿真,分析铰链间隙及构件柔性对并联机构动力学性能的影响,并比较高低速且存在间隙和柔性时机构的动力学性能的变化情况。结果表明:构件柔性和铰链间隙对并联机构动力学性能都有影响,并且驱动速度越大影响越大。

簇绒地毯织机耦联轴系的铰链间隙对毯面绒高的影响

为给高质量簇绒地毯的开发提供设备保障,针对运动副铰链中存在间隙的问题,以DHGN801D-400型簇绒地毯织机耦联轴系的主轴系统为研究对象,介绍了簇绒地毯织机耦联轴系的组成部分,分析了针机构的运动特性。考虑到簇绒针机构中3处易磨损的铰链间隙,基于虚拟样机ADAMS软件得到不同间隙下簇绒针的位移、速度、加速度及铰链支反力,从而根据针位移分析铰链间隙对毯面绒高的影响。再以铰链点坐标及杆长为设计变量,以铰链副间的冲击力和针行程最小为优化目标,对该簇绒针机构进行多目标优化,得到最优的铰链坐标及杆长,将铰链间隙对绒高的影响降到最低。

工业平缝机针杆机构铰链间隙仿真分析

工业平缝机作为典型的机电一体化设备,是由针杆机构、挑线机构、勾线机构和送布机构组成。其中,针杆机构作为四大成缝机构之一,它的主要任务是驱动机针刺穿缝料,并在缝料下方形成面线环,为勾线动作作准备。针对工业平缝机针杆机构,采用SOLIDWORKS建立实体模型,然后导入动力学分析软件ADAMS中,建立含铰链间隙的平缝机针杆机构动力学模型。分别对理想连接铰链和含间隙铰链两种情况的平缝机针杆机构进行动力学仿真模拟。得出不同情况下,关键构件的速度、加速度、铰关节作用力的变化规律,表明铰链间隙能在较大程度上影响工业平缝机针杆机构工作性能。

考虑铰链间隙和连杆柔性推料机构运动学分析

目的基于ADAMS软件,对包装机推料机构进行虚拟样机建模。方法对机构进行仿真,在此基础上建立铰链间隙模型、柔性体模型和铰链间隙柔性体都存在的模型。通过与理想模型运动曲线进行对比,分析各个铰链间隙和连杆柔性对运动学规律的影响。结果运动副间隙(0.25 cm)对推料板的速度、加速度影响明显,会产生振荡现象;同时考虑运动副间隙(0.25 cm)和构件柔性,得到的速度、加速度曲线趋于平稳,缓解了铰链间隙产生的冲击。结论适当考虑连杆柔性,可以缓解铰链间隙产生的振荡,使推料板运动趋于稳定。

计及铰链间隙的弹射式移栽机构非线性动力学特性分析

旋转式移栽机是当前的研究热点,该类移栽机结构简单、安全可靠,且能同时完成取苗,运苗和栽植的工作。然而目前的研究主要为功能设计,未考虑由于加工误差、设计精度等原因导致的铰链间隙问题。间隙会引起副元素之间的碰撞和振动,使得系统的约束条件,自由度数目和拓扑结构发生变化。因此,在研究移栽机构的动力学特性时,有必要考虑铰链间隙的影响。基于对副元素接触模式的划分,建立了间隙旋转铰接触力求解模型,并用Fortran语言编写了接触力的求解子程序,将其加载到了ADAMS函数求解库中,基于该程序对弹射式移栽机构模型进行了仿真和计算。结果表明,铰链间隙的尺寸不宜过大或过小,否则会导致副元素间剧烈的碰撞和振动。这项工作为提高含间隙移栽机构的控制精度提供了参考。

含铰链间隙板式卫星天线展开精度分析

板式卫星天线展开机构在航天领域有着广泛的应用,其空间尺寸大,拓扑结构复杂,构件之间多用铰链联结,卫星天线对指向精度要求较高,应考虑铰链间隙对指向精度的影响。含铰链间隙的卫星天线展开机构的指向精度分析建模复杂、求解困难,为此提出了矩阵法分块建模的分析方法,将复杂的整机模型分解成锁定机构计算模型与2个单闭环机构计算模型,分别分析计算铰链间隙对其精度造成的影响,建立整机的计算模型并采用粒子群优化算法进行求解,得到某特定构型的板式卫星天线在极恶劣工况下展开的指向误差为0.067°。研究表明,建立的计算模型精度高,通过智能优化算法求解可以快速得到卫星可展开机构的指向精度极恶劣值,为展开机构的误差补偿设计提供参考。

考虑机构铰链间隙的某锁系统同步性仿真

本文研究了考虑间隙铰链机构的动力学求解模型,结合同步性评估算法,提出了一种考虑机构铰链间隙的同步性仿真方法,并以某锁系统为案例,进行了机构的同步性仿真,验证了方法的可行性。

考虑铰链间隙的投放机构动力学特性分析

分析铰链间隙对机构运动特性的影响有着重要意义。通过对一种投放机构模型进行分析,将其简化为一个四连杆机构,建立投放机构的非线性弹簧阻尼模型,同时采用库仑摩擦描述机构间隙处的摩擦作用,并将建立好的模型导入到Adams仿真分析软件中,进行动力学特性分析。结果表明:利用Adams软件可以有效地建立含铰链间隙的投放机构动力学模型,分析间隙对机构在开启过程的影响,仿真结果能够预测铰链间隙对机构运动特性的影响,为机构的设计和优化提供依据,并有利于在工程方面的应用。

含间隙铰链舵面传动机构刚柔耦合动态特性研究

为了研究间隙铰链对舵面传动机构动态特性的影响规律,基于一种改进的变刚度法向碰撞力模型,计入杆件弹性因素,分别进行了不同间隙值(c=0、c=δ及c=1.6δ)、不同摩擦因数(0.06、0.08及0.1)工况下舵机角速度、角加速度的数值模拟分析。结果表明,因间隙影响,舵机动态输出角速度、角加速度均呈现明显的振荡现象,且角加速度较角速度振荡幅值更大;同时,在驱动载荷发生变化时,角速度、角加速度均存在较大的波动,但无间隙情况下的波动程度较有间隙情况下更大;此外,间隙铰链处摩擦因数越大,角速度和角加速度振荡幅值越大,并伴随高频振荡和延迟现象。

Stewart平台铰链间隙的精度分析

为提高 Stewart平台的运动精度 ,解决铰链间隙误差的影响问题 ,将 Stewart平台的各条支链作为假想的单开链 ,利用串联机器人运动学中的 D- H(Denavit- Hartenberg)方法 ,结合从运动学方程微分得到的结论 ,推导出终端运动误差和铰链间隙误差间的映射关系。并且以一台基于 Stew-art平台的并联机床为模型 ,利用仿真计算 ,分析了工作空间内间隙误差对终端运动精度的影响规律 。

基于接触理论的一类带锁定机构的间隙铰链分析模型研究

重点研究一类在我国航天器上得到广泛应用的带有锁定机构的间隙铰链 ,基于接触理论建立了该类型间隙铰链的分析模型。首先 ,将铰链零件间的接触力假设为单向的非线性弹簧 ,并将铰链简化为由非线性弹簧组约束的摆 ;然后 ,将展开扭簧假设为线性力矩弹簧 ,得到包含间隙影响的铰链的力矩 -转角关系曲线。通过仿真分析和试验验证 ,认为铰链的力矩 -转角关系曲线是分段光滑的 ,是铰链结构尺寸、零件间隙以及材料特性的函数 ,呈现出明显的非线性特征。

含间隙铰链空间对称展开机构动态特性研究

为了研究间隙铰链对空间对称展开机构动态特性的影响,基于一种改进的非线性碰撞力模型,以空间对称展开机构为研究对象,进行3种不同间隙值(c=0. 01 mm、0. 05 mm及0. 1 mm)工况下展开过程的数值模拟及结果对比分析。研究结果表明,因间隙影响,空间展开机构含间隙铰链处的碰撞力、轴-轴承间圆心运动轨迹较理想铰链呈现振荡现象,且间隙值越大,振荡越明显;同时,间隙铰链导致机构展开运动出现明显非线性现象,随着间隙的增大,机构受驱动载荷变化的影响越发明显,甚至诱使处于稳定状态的空间展开机构再次出现动态振荡和非线性现象。

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、不同重力以及表面粗糙度等工况环境对含间隙铰链接触碰撞力特性的影响,并进行了相应的力学特性分析。研究结果可以为空间机构本体结构设计与理论研究提供参考。

含间隙铰链空气舵传动机构动力学仿真分析

以经典空气舵传动机构为研究对象,基于多体动力学软件Adams建立含间隙铰链传动机构动力学模型,针对不同位置间隙铰链及不同数量间隙铰链开展传动机构动态特性分析,为含间隙铰链空气舵传动机构方案优化及控制策略设计提供理论参考。

含间隙铰链的非线性动力学建模及数值分析

针对空间可展开机构中的含间隙铰链,建立非线性动力学模型,研究其非线性动力学特性。将含间隙铰链实体等效为“T”字型梁模型,针对两侧端部的径向碰撞和侧向碰撞,首次提出了碰撞点的检测算法。针对不同的碰撞类型,建立相应的非线性接触力和摩擦力分析模型,将碰撞点处的作用力等效施加到“T”字型梁模型上。进行“T”字型梁模型在轴向冲击载荷下的动力学特性分析,并与ANSYS软件的分析结果进行比较,验证了含间隙铰链非线性动力学模型的有效性。分析了有多个含间隙铰链的可展开桁架动力学响应特性,研究含间隙铰链对桁架响应的影响机理。结果表明:采用含间隙铰链的动力学模型,可以更加精确地分析可展开桁架结构的非线性动力学响应,为可展开桁架结构的动力学设计提供支撑。

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。

基于Adams的含间隙铰链并联机构动态性能研究

为了研究间隙铰链对并联机构动态特性的影响,基于动力学分析平台Adams,进行多种不同间隙值、扭距及摩擦因数工况下动态性能的数值模拟及结果对比分析。研究结果表明:考虑间隙铰链时,并联机构角速度和角加速度呈现振荡现象,间隙值越大,振荡越明显;在间隙值相同时,随着驱动载荷和摩擦因数的增加,机构动态输出振荡现象也逐渐增大,研究结果为该类型矿用并联机构间隙和驱动参数优化设计提供理论支撑。