含間隙機(jī)構(gòu)的動力學(xué)仿真與分析.pdf

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1、·信息技術(shù)·張習(xí)強(qiáng)，等·含間隙機(jī)構(gòu)的動力學(xué)仿真與分析含間隙機(jī)構(gòu)的動力學(xué)仿真與分析張習(xí)強(qiáng)，張慶(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京210094)摘要：使用ADAMS建立含運(yùn)動副間隙的曲柄滑塊多體動力學(xué)模型。根據(jù)Hertz理論，設(shè)置適當(dāng)?shù)姆抡鎱?shù)，對含運(yùn)動副間隙的曲柄滑塊模型進(jìn)行動力學(xué)仿真分析。通過理想關(guān)節(jié)與合間隙關(guān)節(jié)的接觸力以及運(yùn)動機(jī)構(gòu)中某一點(diǎn)的位移、速度、加速度等結(jié)果的比較，得出間隙對機(jī)構(gòu)運(yùn)動副的影響。關(guān)鍵詞：間隙；機(jī)構(gòu)；動力學(xué)仿真；ADAMS中圖分類號：THI13；TP391．9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1671．527

2、6(2014)01．0121．03DynamicsSimulationandAnalysisofMechanismwithClearanceZHANGXi—qiang，ZHANGQing(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Thispaperbuildsthemulti-bodydynamicmodelofcrankslidermechanismwithjoin

3、tclearancebyADAMS，doesthedy-namicsimulationanalysisofitsmodelaftersettingpmperparam~emaccordingtothetheoryofHertzandbycomparisonwithcontactforceandpointofmotionmechanismdisplacement，velocity，acceleration，etc，getstheinfluenceofthejointclearanceonthemech—anismmotio

4、npair．Keywords：clearance；mechanisn；dynamicsimulation；ADAMS阻尼。剛性接觸力和粘滯阻尼力都是碰撞深度6的函0引言數(shù)。法相接觸力在ADAMS里定義為IMPACT函數(shù)形式：由于零件加工誤差、裝配誤差或使用磨損等因素，運(yùn)動副和結(jié)構(gòu)連接處不可避免存在間隙，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動或者換lf0'=硒“+STEP(8，0，0，d，c)6，8>0r1、6≤0向時(shí)，間隙處將產(chǎn)生沖擊摩擦、碰撞，碰撞時(shí)加速度附加運(yùn)動副反力，其平衡力矩的幅值可達(dá)零問隙的幾倍至幾十K是等效剛度系數(shù)，取決于接觸處材料的性

5、質(zhì)和接觸倍。間隙模型是研究含間隙機(jī)構(gòu)動力學(xué)的基礎(chǔ)，間隙模型半徑。其計(jì)算有以下公式得：就是描述間隙運(yùn)動副元素之間的相對運(yùn)動關(guān)系和相互作K=箍，√用(包括碰撞)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。機(jī)構(gòu)中有多種運(yùn)動副，這些運(yùn)動副的相對運(yùn)動關(guān)系不同，有間隙時(shí)運(yùn)動副元素的式中R，Vi和E，分別代表i物體的接觸半徑、泊松比和彈相互作用方式各有其特點(diǎn)，因此無法使用統(tǒng)一的間隙模型性模量。力的非線性指數(shù)n取1．5。在ADAMS中，瞬態(tài)來描述，需要對各種間隙運(yùn)動副分別建立能反映自身特性阻尼系數(shù)是碰撞深度的階躍函數(shù)，C的值由STEP()按照的運(yùn)動動力模型。一方面

6、含間隙的運(yùn)動副動力學(xué)分析比圖1確定。較困難，另一方面因?yàn)榉治龅挠?jì)算量比較大，人工難以完‘成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能1惴。一～力，這種計(jì)算分析是可以實(shí)現(xiàn)的。本文將以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例使用ADAMS軟件對含間隙機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，研究間隙對機(jī)構(gòu)動力學(xué)的影響?。l尼；數(shù)1ADAMS中碰撞接觸力模型ADAMS里用IMPACT函數(shù)求解接觸力，在其幫助中有一鋼球接觸地面的例子。接觸力是基于非線性彈簧圖1STEP函數(shù)示意圖阻尼模型，IMPACT只適用于8>0。在此仿真中，ADAMS其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：求解器可以給

7、出連續(xù)接觸點(diǎn)和接觸單元的速度、加速STEP(8，0，0，占，C)=度、位移和接觸力。法向接觸力分兩部分：剛性和粘滯作者簡介：張習(xí)強(qiáng)MachineBuilding8Automation，F(xiàn)eb2014，43(J)：121～123·121··信息技術(shù)·張習(xí)強(qiáng)，等-含間隙機(jī)構(gòu)的動力學(xué)仿真與分析f0，8≤0{Icmax((s一2)【C?，6≥6?8m．x為正的最大時(shí)定義C為最大，其合理的參數(shù)為0．O1mm。為了確定接觸材料的阻尼特性，需要定義一個(gè)全阻尼值。并考慮阻尼系數(shù)為剛度系數(shù)的1％_2。]。2動力學(xué)仿真與分析2．1仿真物理模

8、型及相關(guān)參數(shù)圖3機(jī)構(gòu)中不含間隙時(shí)A處的作用力圖2為簡化的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的仿真模型，各構(gòu)件的尺寸、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)如表1所示，令1起始值為0。，仿真計(jì)算中間隙碰撞接觸模型選擇考慮摩擦的非線性彈簧阻尼模型。目0亭uⅡ】u200一口0善ug圖2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2．2含間隙機(jī)構(gòu)動力學(xué)性能仿真計(jì)算假設(shè)在A點(diǎn)存在間隙，其大小為0．5