含多运动副间隙四杆机构动力学仿真研究.doc

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1、含多运动副间隙四杆机构动力学仿真研究摘要：基于ADAMS软件的仿真平台，采用接触碰撞力模型和间隙摩擦力模型模拟含间隙运动副，并以曲柄摇杆机构为研究对象，研究多运动副间隙对机构动力学性能的影响。含单运动副间隙对机构速度影响不大，使加速度产生波动；含双运动间隙会加剧对机构动力学性能的影响，加速度产生更大的波动，更加接近与机构的真实运动情况，为机构设计提供更可靠的参考。关键词：多运动副间隙曲柄摇杆接触碰撞摩擦仿真中图分类号：TII113.1文献标识码:A文章编号：1007-3973(2013)011-094-021引言机构中运动副间隙的存在会破

2、坏机构的理想运动模型，降低机构的运行精度，增加了运动副Z家摩擦碰撞的几率，从而引起冲击载荷，同时产生振动和噪声，这对机构的效率和寿命都会有很大的影响。随着高速、重载、精密机械和航天工程的快速发展，对机构运动的精确预测要求越来越高，因此对机构间隙的研究已经成为现代机械的一个重要的研究方向。当前对运动副模型的建立分为三类：(1)连续接触模型：由于运动副元素间分离、碰撞的时间特别短，可假定运动副始终处于连续接触状态。(2)二状态运动模型：只考虑运动副接触和自由另种状态，加入运动副元索接触表面弹性和阻尼。(3)三状态模型：考虑运动副元素接触、分离

3、和碰撞三种状态。2间隙运动副模型的建立由于运动副间隙的存在，轴与轴套的中心区产生偏差，从而产生摩擦和碰撞。在机构运行过程中，轴与轴套包括三种运动状态：分离、碰撞和连续接触。轴与轴套的关系：其屮Ri轴套半径，Rj为轴半径，屮心距为e,轴与轴承的间隙用其半径之差来描述：r二Ri-Rj。当e-时，轴与轴套处于自由状态；当e-r>0时，轴与销轴产生碰撞。当轴与轴套碰撞时，英受力可以分解为切向摩擦力FT和FN法向碰撞力。ADMAS屮用冲击函数法来求解两者在碰撞时的作用力和运动规律，将物体的碰撞等效成一个非线性弹簧阻尼器模型。冲击函数表达式为：其中：

4、K为刚度系数；为碰撞深度；碰撞指数n表示材料的非线性程度，金属材料一般去1.5；阻尼系数是的阶跃函数，由Step函数确定；cmax一般取值为刚度系数K的0.1〜1%；dmax一般取推荐值0.1mm。摩擦力Fn取决于作用于物体上的正压力和摩擦系数。止压力由式（1）得到，摩擦力系数由动摩擦系数d与静摩擦系数s综合而得，由实验数据得知，一般取d为0.1,s为0.3。3含多运动副间隙的四杆机构动力学仿真零件材料为钢材，曲柄尺寸为240???浚??宋?70???浚？「宋?90???浚??罠？50???浚？斩认凳?=4.091??5N/mm,最大阻尼

5、系数cmax=409N?s/m,杨氏模量E=207Gpa,泊松比vi二0.29,曲柄的转速为w=720rad/s,分别在曲柄和连杆、连杆和摇杆之间的运动副上加上运动副间隙，在ADMAS中仿真。3.1曲柄和连杆之间运动副间隙对机构动力学响应的影响间隙r取0.6mm时对机构进行动力学仿真，与理想机构进行对比，取连杆为研究对象，有实验得知，运动副间隙对连杆的速度影响不大，对机构的动态特性影响不人；但是通过图1可以明显看到，运动副间隙对连杆加速度影响比较明显，加速度出现很大波动，尤其是在运动开始阶段，加速的有巨大的波动，在机构运动开始阶段，轴与轴

6、套处于分离状态，机构的突然加速是轴与轴套产生猛烈的撞击，从而使连杆加速度有一个突变，随后逐渐进入平稳状态。3.2曲柄和连杆、连杆和摇杆都含运动副间隙对机构的动力学相应的影响两个间隙r都取0.6mm,对机构进行动力学仿真，由实验可以得知双运动副间隙会使连杆的速度产生一定的波动，其明显大于单运动副间隙对机构的影响；由图2可以看出双运动副间隙所产生的加速度波动也更加的复杂，由于双运动副间隙的耦合，机构动力学响应的不确定性更大，更加趋近于机构实际的运动情况。4结论通过运用ADMAS软件对曲柄摇杆机构进行由简单到复杂的建模仿真分析，对比其动力学响应

7、特性，我们发现：（1）间隙的存在会对机构的运动特性产生一定的影响，运动副间隙对机构的速度影响不大，但是其会使机构加速度产生明显的波动，大大增加加速度幅值。（2）随着运动副间隙模型的增加，机构的速度变化增大，产生了一定的波动；同时加速的波动也人大增减，幅值也加人，运动特性更加复杂,能更加确的预测机构的实际运动情况，为机构的设计提供更加可靠的依据。参考文献：[1]白争锋，赵阳，赵志刚•考虑运动副间隙的机构动态特性研究[J]・振动与冲击，2011,11(30)：17-21.[2]郭杏林，赵子坤•含间隙柔性曲柄摇杆机构动力学分析[J]•机械强度，

8、2010,32(6)：905-909.[3]龙凯，程颖•齿轮啮合力仿真计算的参数选取研究[J]•计算机仿真，2002,19(6)：87-88,91.[4]DubowskyS,GardnerTN