Friction coefficient and error test via micro-rotation mechanics model

An air pressure-loading mode incorporated into the friction apparatus is firstly applied to coatings tribology involving large load, automation, stepless and continuous loading processes. A novel measurement principle is proposed and a micro-rotation mechanics model was developed for high precision measurement of friction coefficient. By properly designing and locating two sensors real-time monitoring the normal and friction forces, the troublesome influences in friction measurement is considerably relieved which come from surface characteristics of coatings of the samples in traditional friction test processes. By calculation and analysis, the max rotation angle 0max = 0.0018°is gained, which indicates that the measurement error of the apparatus is greatly reduced. The whole system error is about 1.15% given by finite element method and indication error of the least square fitting of measurements.

基于LuGre摩擦模型参数辨识与误差补偿方法的综述

文章对机械系统中LuGre摩擦模型的参数辨识与误差补偿方法进行了文献综述,并从参数辨识和误差补偿两个方面对该模型的应用进行了探讨。首先,介绍了LuGre摩擦模型的基本原理和数学表达式。其次,概述了常见的LuGre摩擦模型参数辨识方法。然后,讨论了LuGre模型的误差补偿方法。最后,指出了未来研究的发展方向。通过对LuGre模型参数辨识与误差补偿方法的综述,可为相关领域的研究者提供参考和启示,有助于进一步推进摩擦补偿技术的发展和应用。

环形接触面摩擦半径的两种计算方法比较

环形接触面在机械工程中应用十分广泛,在机械设计中通常需要对环形接触面的摩擦力矩进行计算。摩擦力矩的计算关键在于摩擦半径的确定,很多时候为计算方便,把环形接触面摩擦半径视为内圆半径和外圆半径均值的平均摩擦半径;而有些设计手册却给出与之截然不同的等效摩擦半径的计算公式。针对这个问题,建立接触面摩擦力矩的力学模型,采用力矩积分手段推导出了与手册中给出的等效摩擦半径相同的结果。对两个公式进行了比较,并对平均摩擦半径导致的误差进行了评析,为环形接触面摩擦半径公式的选用给出了建议。

多姿态安装对水表流量性能的影响

流量特性是衡量水表性能的主要指标之一,为探究多流束旋翼式水表在不同安装姿态下产生的流量误差,利用多姿态冷水水表检定装置进行了计量误差试验,得出了水表安装成流动方向为自上而下的垂直方向时,水表流量性能最差,在水表安装成流动轴线处于垂直和水平方向之间的一个中间角度与水表安装成流动方向为自下而上的垂直方向相比,水表流量性能较好,将水表水平安装时,性能最好的结论。在通过Fluent软件的动网格加6DOF方法做了水表的流场仿真,估算出在试验中不同安装姿态在3个流量点情况下的摩擦阻力矩,依据摩擦阻力矩得到仿真误差,与试验误差进行对比分析,证实这些摩擦阻力矩是符合预期且可靠的。

圆柱滚子轴承摩擦力矩试验机

针对现阶段圆柱滚子轴承摩擦力矩试验机测量载荷较小以及大径向载荷条件下测量精度不高的问题,基于平衡法研制了圆柱滚子轴承摩擦力矩试验机,试验机主体为卧式结构,最大载荷可施加至10 k N,可以在不同转速和润滑条件下测量圆柱滚子轴承的摩擦力矩。基于试验分析了径向载荷对圆柱滚子轴承摩擦力矩的影响规律,结果表明圆柱滚子轴承摩擦力矩随径向载荷的增加逐渐增大,摩擦力矩测量值与理论计算值相差较小,验证了圆柱滚子轴承摩擦力矩试验机的实用性。

基于自适应神经网络的工业机器人双臂协同鲁棒控制

为了克服机械摩擦、外界干扰和模型误差等不确定性对工业机器人双臂运动轨迹控制精度的影响,设计了一种基于自适应神经网络的工业机器人双臂协同鲁棒控制方法。首先,建立了带有各类不确定性的工业机器人双臂动力学模型;然后,通过构造障碍Lyapunov函数设计了带有不确定性的协同控制律,并设计了自适应神经网络对系统中的不确定性进行估计,从而得到工业机器人双臂协同鲁棒控制律;最后,利用Lyapunov稳定性理论证明了设计的协同鲁棒控制律能够将工业机器人双臂的轨迹跟踪误差、速度跟踪误差和不确定性估计误差约束在一个任意小的邻域内。仿真结果表明,设计的自适应神经网络可准确估计出工业机器人双臂系统中的不确定性,最大估计误差仅为0.04 N·m,提出的协同鲁棒控制律能够稳定、准确地跟踪轨迹控制指令,最大轨迹跟踪误差仅为1.3 mm,从而验证了设计方法的合理性。在三维空间固定坐标定位测试中,提出的协同鲁棒控制律与其他几种方法相比具有更高的控制精度,平均定位误差和最大定位误差分别仅为1.1 mm和1.4 mm,表现出了更强的鲁棒性和更优的工程适用性。

分离式霍普金森压杆试验中金属材料端面摩擦效应误差分析

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验结合有限元模拟方法计算重构38CrMoAl高强度钢的应力-应变曲线,研究了端面摩擦因数(0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)、子弹入射速度(20,30,40 m·s^(-1))、试样长径比(0.25,0.50,1.00)和试样形状(圆柱体,立方体)对端面摩擦效应引入的峰值应力、峰值应变测试误差的影响。结果表明:测试误差随端面摩擦因数的增大而增大,随长径比的增加而减小;截面面积相同的圆柱体和立方体试样的测试误差差值小于2%;端面摩擦因数较大时,控制子弹入射速度不能有效减小误差;将端面摩擦因数降到0.1以下,或是选用长径比1.00以上的试样,可以有效减小端面摩擦效应误差;试样中部和端面边缘处发生应力集中,随着试样长径比增大,应力集中部位占试样总长度比例减小,端面摩擦效应影响减小。

BLOCK PIVOT METHODS FOR SOLVING FRICTIONAL CONTACT PROBLEMS

Based on elementary group theory, the block pivot methods for solving two-dimensional elastic frictional contact problems are presented in this paper. It is proved that the algorithms converge within a finite number of steps when the friction coefficient is ''relative small''. Unlike most mathematical programming methods for contact problems, the block pivot methods permit multiple exchanges of basic and nonbasic variables.

石墨烯润滑油润滑下摩擦副摩擦因数预测模型

轴承摩擦状态很复杂,且以滚动摩擦为主,滚动摩擦因数的精确计算或者测量都很困难。针对轴承滚动摩擦因数难以测量的问题,对与滚动摩擦因数密切关联的滑动摩擦因数进行了试验和预测研究,提出了一种最佳滑动摩擦因数的预测网络模型。首先,在石墨烯润滑油润滑工况下,进行了Si_(3)N_(4)-GCr15摩擦副的摩擦磨损试验,获得了不同工况下石墨烯质量分数下的滑动摩擦因数;然后,提出了广义回归神经网络(GRNN),并运用遗传算法(GA)优化得到了光滑因子(σ),获得了最佳滑动摩擦因数的预测网络模型GA-GRNN;最后,对测试集预测结果与其他预测模型预测结果进行了预测效果验证,并结合验证集预测结果进行了预测模型的应用验证。研究结果表明:与常规GRNN模型以及误差反馈(BP)神经网络模型相比,GA-GRNN模型的摩擦因数预测准确度更高,且其预测误差更小;GA-GRNN模型的验证集预测值很接近真实值,预测值平均准确率达到了92.30%,预测相对误差在[0.00099017,0.0083249]区间内,对滑动摩擦因数预测效果良好。该结果可为轴承滚动摩擦因数的预测提供基础。

谐波减速器动力学特性与建模研究进展

谐波减速器具有相对质量低、结构紧和价格低廉等优点,广泛应用于空间机械臂关节设计.然而,谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性阻碍了空间机械臂关节指向精度、运动稳定度等性能指标的提升.为改善空间机械臂关节性能,国内外学者针对谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性开展了试验研究和机理分析,并建立了数学模型.本文从试验、机理和建模3个角度出发,系统论述关于谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性的最新研究成果,总结分析谐波减速器动力学特性和建模研究所面临的挑战以及未来发展的方向.

导轨系统重复定位精度关键影响因素研究

重复定位精度是导轨系统重要的性能指标,仅能通过反复拆装进行控制,在缺乏理论指导下具有很大的不确定性。为给导轨重复定位精度的控制提供理论指导,以直线电机驱动的导轨系统为研究对象,依据导轨定位过程建立动力学分析模型,确定导轨系统重复定位精度的关键影响因素,建立各影响因素的分析模型。数学模型与仿真分析相结合,对各影响因素进行了分析,结果表明,光栅尺安装误差、系统摩擦力、误差运动均会影响系统重复定位精度,系统摩擦力与阿贝误差造成的重复定位误差是系统重复定位误差的最主要来源,在一定范围内降低系统速度无关的摩擦力均值可有效提高系统重复定位精度,但降低到某一临界值后重复定位精度将不再增加。

齿面摩擦和几何偏心对含变位直齿轮啮合刚度的影响研究

以含变位的渐开线直齿轮副为研究对象,基于能量法建立了包含非线性赫兹接触刚度、真实的齿廓型线和基体刚度耦合效应的齿轮啮合刚度计算模型。考虑齿轮变位的影响,修正了啮合刚度计算中齿廓型线、基圆半角和齿根圆半角的计算公式;修正了考虑齿面摩擦时的基体耦合刚度模型;推导了考虑几何偏心的齿轮啮合点压力角模型。研究了变位、齿面摩擦和几何偏心对啮合刚度的影响规律。结果表明,变位齿轮副的中心距、啮合刚度幅值、重合度都有着较大变化;由于变位,一对相互啮合的齿轮齿面摩擦力方向改变的时刻不再是发生在单齿啮合区间,进而影响齿轮啮合刚度特征;几何偏心会使啮合刚度峰-峰值增大,同时啮合刚度频域中出现以转频为间隔的边频,当主从动轮都存在偏心时会出现以转频之差为间隔的边频;综合考虑三种因素作用,可显著影响齿轮啮合刚度特性。研究结果为进一步研究变位齿轮动力学提供了参考。

驱动系统摩擦扰动的模糊平方项自适应滑模控制

为了提高滚珠丝杠系统的运动精度同时减少能耗,提出了一种新的模糊平方项自适应滑模控制方法,可以在降低能耗的同时有效提高滚珠丝杠系统的运动精度。采用集中质量模型建立滚珠丝杠动力学模型,同时引入LuGre摩擦模型,估计摩擦力。所提出的自适应方法可以在非线性滑模面的趋近和滑动阶段根据误差平方项的变化来自动调节控制增益,设计了对应的边界层厚度模糊推理系统,在提高信号输出、减轻颤振和实现精确跟踪的同时减少高增益带来的能耗。实验数据显示,当使用设计的FASMC控制器时,最大跟踪误差为21.32μm,在工作台增加20 kg质量块和高速负载情况下,最大跟踪误差分别为22.15μm和24.97μm。与一阶滑模FOSMC控制器和其他自适应控制器的对比结果表明,所提出的控制策略可以有效提高跟踪精度和鲁棒性。

摆式摩擦系数测定仪示值误差来源分析及不确定度评定

路面的抗滑性能关系着人民生命财产安全,在我国高等级公路蓬勃发展的今天,抗滑性能指标越来越受到人们出行的重视。道路施工过程中的抗滑性能的检测主要采用摆式摩擦系数测定仪,本研究对摆式摩擦系数仪检测过程中的示值误差来源及不确定度进行了分析。

基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制

为满足两轴直驱伺服进给系统的高精度加工要求,提出一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法,以兼顾加工精度和响应速度要求。建立适用于大曲率轮廓加工的等效轮廓误差模型,同时考虑系统中存在的不确定性动态的影响,建立准确且能实时补偿的改进LuGre非线性摩擦力动力学模型。为提升两轴直驱伺服进给系统轮廓性能,设计基于非线性滑模面的ANSMCC方法,其中非线性滑模面包含轮廓误差分量,通过改变非线性滑模面中增益矩阵值的大小可实时改变系统的阻尼比,从而协调轮廓误差与系统响应速度的关系。实验结果表明,所提方法可以克服系统运行过程中不确定性动态的影响,准确跟踪大曲率轮廓曲线,提高轮廓加工精度。

直线滚珠导轨库仑摩擦力建模与分析

为了优化直线滚珠导轨系统摩擦模型、保证摩擦补偿效果,针对常见的双导轨四滑块结构,构建出当导轨存在滚道轮廓误差或变形误差条件下的库仑摩擦力分析模型。基于坐标变换方式建立不同维度下系统的误差运动映射关系,基于Hertz接触理论建立各维度下系统的力平衡方程,定义库仑摩擦力均化系数来量化摩擦力波动情况。根据库仑摩擦力分析模型讨论不同导轨几何误差下库仑摩擦力的波动情况,结果表明单滚道上整数波数的轮廓误差对库仑摩擦力波动影响最大,在确定波长下,库仑摩擦力均化系数与滚道轮廓误差幅值和滚珠预紧量的比值成正比,适度增大预紧量可有效减少库仑摩擦力波动。

高速、高精度数控伺服工作台摩擦误差的研究

建立了一种考虑摩擦影响的PID控制下的高速、高精度进给伺服工作台的数学模型。伺服机构中的摩擦力是采用一种“两维混合摩擦模型”来描述的。该模型可以根据滑动速度、表面接触物体的油膜厚度等计算摩擦力。通过数值仿真与实际测量 ,在大范围的工况下 ,研究了圆运动过象限时出现凸起的误差现象。通过计算与试验结果的比较 ,证明了提出的考虑摩擦影响的数学模型能够精确地模拟PID控制下的高速、高精度进给伺服工作台的动力学过程 ,能够正确地预测进给运动过程中摩擦误差大小及特征。

数控机床摩擦误差自适应补偿方法研究

为了提高数控机床的加工精度,降低由摩擦造成的轮廓误差,针对传统摩擦误差补偿方法难以达到最优补偿效果的问题,提出了一种针对数控机床进行摩擦误差自适应补偿的方法。该摩擦误差补偿方法通过摩擦补偿参数学习算法对摩擦误差补偿脉冲幅值进行粗、精学习,并采用广义回归神经网络拟合生成具有高精度的摩擦补偿脉冲幅值函数,实现了对摩擦误差自适应补偿。对XY轴工作台的摩擦误差自适应补偿实验结果表明,不同工况下过象限处的圆轮廓误差峰值及摩擦补偿效果评价值均降低55%以上,与常规矩形摩擦补偿脉冲相比,具有对伺服进给系统冲击小、摩擦补偿特性适应性强和补偿效果好的优点,能够有效地提高机床的加工精度。

X-Y工作台摩擦误差补偿方法的研究

为了降低摩擦造成的数控机床轮廓的误差,以X-Y平台为研究对象,采用数学推导、仿真和实验等方法,对摩擦误差的产生机理和补偿方法进行了研究.从瞬态响应的视角揭示了摩擦误差的产生机理,提出的数学方法能精确计算出摩擦误差出现的时机、持续时间,以及由摩擦产生的最大跟随误差.同时,提出了一种基于双脉冲补偿方波的误差补偿方法,可利用数学推导来确定补偿脉冲的参数(脉冲高度、宽度、起始位置),通过在位置指令中加入补偿脉冲可使工作台尽快脱离工作死区,快速逼近理想轨迹.数值仿真和实验结果表明,该方法将摩擦产生的突起误差高度由15μm降低为2μm,达到了较理想的误差补偿效果.

齿轮传动的线外啮合与冲击摩擦

通过齿轮传动线外啮合机理分析,提出沿啮合作用线方向构建'系统等效误差-轮齿综合变形'计算模型的方法。按统计规律将齿轮主要误差项沿啮合线一次合成为系统等效误差;根据啮合原理和'轮齿综合变形-载荷历程'曲线,反推出线外啮入冲击点的轮齿变形。将系统误差与轮齿变形沿啮合线二次合成,推导出线外啮入冲击点几何位置判据。获得啮入点的几何位置和冲击力这一关键数据,并求解出线外啮合段各点的几何位置和冲击力。进而建立线外啮入冲击摩擦模型,推导出各接触点的冲击摩擦力与摩擦因数。与相关研究比较,以上模型和计算方法及其分析结果比较可靠。上述研究对于深入探索齿面摩擦性态和齿轮传动减振降噪等具有一定的理论价值。