机器中的间隙问题及其动力学

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1、机器中的间隙问题及其动力学摘要：机器设备在实际的设计和加工过程中，其实际机构的各运动副以及各个关节都会存在间隙。并随着先进制造技术的发展，高速、超高速及高精度要求的提出，间隙对机构以及整机的运动学和动力学性能的影响是不可忽视的。间隙的存在破坏了理想机构模型，也使机构的实际运动和理想运动之间产生误差。本文通过对机器中的间隙问题及其动力学的发展现状进行讨论，并在今后发展方向方面提出自己的看法。关键词：间隙；机构；机器引言在机器设备中实际机构的各运动副及各个关节都必然会存在间隙，比且是必不可少的：（1）组成运动副的各个原件之间必然存在相互运动，并且存在配合关系，一旦存在

2、相互运动就会有动配合，所以相互元件之间必会存在间隙；（2）机器零部件在加工制造过程中，必然会存在误差，有时候由于种种原因采用较低等级的配合，都有可能造成较大的间隙；（3）机械设备在运行过程中，机构运转必然产生相互摩擦、磨损等将间隙加大。间隙的存在破坏了理想的机械运动，使其运动结果与理想状态下存在偏差，尤其是在高速运动下，间隙的存在使得在高速运动下的运动副各元素之间在失去接触的现象到再接触的现象交替出现，因此会产生猛烈的冲击和碰撞，增加机构零件的动应力，进而导致元件弹性变形加大、加剧磨损，并产生振动、噪声等导致效率降低。因此基于上述原因，研究机器中的间隙及其动力学问

3、题显得尤为重要；并随着现代化的生产的发展，必须充分考虑间隙问题。国内外在该领域的发展现状综述考虑机器中机构运动副间隙的机构动力学研究是从七十年代开始的。国内外的广大研究学者在含间隙机构的模型确定，建模方法的选择，动力学方程的求解以及预测间隙分离等方面的工作都做了大量的工作，得到了一些非常有益的结论。本文通过介绍间隙动力学的理论模型展开讨论，其理论模型大致可归结为三类：三状态运动模型、二状态运动模型、连续接触模型。其中以二状态模型进行深入locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassas

4、sination.Linping,Zhejiang,1ofwhichliquorwinemasters(WuzhensaidinformationisCarpenter),whogotAfewbayonets,duetomissedfatal,whennightcame7/7研究的居多，由于它简化了三状态运动模型的复杂性和弥补了连续接触模型过于简单的缺点，并抓住了实际情况的本质，使得其方法研究得到推广在含间隙机构的动力学研究中，建立准确可行的动力学模型是至关重要的，不少研究者为此做了大量的工作。迄今所提出的研究方法主要以三类为代表：（1）连续接触模型连续接触模型又

5、称间隙杆模型。最早是由Earles等在1972年提出，后来又被其他一些学者所采用和发展。由于运动副间隙很小，且碰撞和分离的实际时间都很短暂，为了简化计算，可以将间隙简化成瞬时情况，从而用连续接触的力学模型来简化分析，将间隙视为一个无质量定长杆，其方位角发生突变时，即认为此瞬间运动副元素发生了分离。这样一来含间隙运动副的机构就转化为无间隙多自由度机构，可用拉格朗日方程建立系统的非线性微分方程。国外主要以Earles和Wu，Funabashi和Morita，Benati等的工作为代表，国内唐锡宽[1]对连续接触模型作了详细介绍。冯志友等[2]首次给出了用连续接触模型获

6、得的有四个运动副间隙的曲柄摇杆机构的数值分析结果。他们的计算分析实践表明，如果机构未承受外力或承受周期性外力，用连续接触模型能较容易地得到含问隙机构的周期性稳态运动。此外，在分析多个间隙的机构时它比前两种方法简便得多。连续接触模型的优点是推导公式和进行计算时不考虑运动副元素间接触状态的变化，从而使分析和计算简化，较易用于含多间隙机构的分析。其缺点是避开了运动副中所有物理参数，如刚度系数、阻尼系数、摩擦系数和恢复系数等，忽略了运动副元素之间的弹性变形，因而不能真实地反映运动副的碰撞特性，计算结果与实验结果是否相符，尚待进一步研究。（2）二状态运动模型二状态模型是指将

7、运动副元素间的相对运动状态分为分离和接触两种状态来进行研究的模型。该方法力学工具简单，主要以美国学者S.Dubowsky和日本学者Funabashi的工作为代表，在考虑两状态状态时，计入运动副元素接触表面的弹性和阻尼，以牛顿力学为基础建立系统运动方程。Dubowsky对此作了相当多的研究，并形成了一套比较完整的研究体系[3]。Funabashi对含间隙的四杆机构做了大量实验工作，对运动副间隙存在的各种情况进行了分类建模。国内学者locatedintheTomb,DongShenJiabang,deferthenextdayfocusedontheassassina

8、tion.