间隙机构——于学利-+++

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1、现代机械动力学间隙机构姓名：于学利学号：S200901108指导老师：余跃庆课程：机械动力学北京工业大学机电学院现代机械动力学摘要文章系统的介绍了现代机械动力学的发展及主要研究方向并介绍了含间隙机构研究意义、研究现状。在间隙机构的动力学研究中，提出三种建立含间隙运动副的动力学模型的方法，同时研究运动副元素分离的判断准则问题。文章进一步概述含间隙机构的非线性动力学行为及控制问题，最后指出研究中的问题并提出进一步深入研究的一些注意事项。1．机械动力学的发展1.1机械动力学概述机械动力学是机械原理的主要组成部分，它主要研究机械在运转过程中的受力情况，机械中各构件的质量与机械运动之间的相

2、互关系等等，是现代机械设计的理论基础。机器在运转过程中，除了受到外载荷的作用外，还受到各部件本身所具有的质量和转动惯量在运动状态下产生的惯性作用。这种随着机构运转而周期性变化的强惯性作用是产生机器振动、噪音和疲劳等现象的主要原因，其结果大大影响了机构的运动和动力性能。机构动力平衡就是以减小机构振动为目的的机构动力综合。对于具有作往复移动或平面一般运动构件的机械来说，它的平衡问题比旋转机械复杂的多。其各构件在运动过程中，由于加速度的存在，产生惯性力，这些惯性力最终由基座承受，由于惯性作用而传给机座的合力称为震动力，合力矩称为震动力矩。这两种力直接反应惯性在机架上的作用，是造成振动的

3、主要原因。因此，机构动力平衡的研究大部分工作都是围绕着机构震动力和震动力矩的平衡展开的。现代机械动力学的主要研究方向在：刚性机构的动力平衡、弹性机构的动力分析与平衡、含间隙机构的动力分析与平衡这三个方面。刚性机构的动平衡主要是指将机构的组成杆看作刚体，而不考虑它由于受力而产生的弹性变形以及运动副的间隙。但是随着科学技术的不断发展，以及人们对提高生产效率、降低生产成本的不断追求，人们不断设计出以高速、轻型以及高精度为主要特征的现代机器，而此类构件本身已经明显具有弹性性能，并同时要考虑运动副的间隙。由于弹性变形的产生，机构的惯性力除了由刚体运动决定外，还将受到弹性运动的影响而有所改变

4、。研究表明，这种变化对于高速机构来说是很大的。对于这种机构，如果再按照古典的刚体力学进行分析设计，那么将与实际机构的真实性能产生较大差距，不能满足要求。因此，要改善和提高机构的动力性能，考虑弹性的机构动力平衡以及含间隙机构的动力学特性和平衡，是很有必要且具有重要的现实意义的。北京工业大学机电学院现代机械动力学1.2含间隙机构动力学研究意义随着机械工业向高速度、高精度、高效率的目标迈进，对机构各项性能指标要求也相应提高，特别是对于高速、重载及精密机械类的要求更是如此，这就增加了对此类机构研究的必要性。在机械系统中，机构的运动副是连接两构件并保持二者有一定相对运动的中间环节。为了保证

5、两构件有相对运动，运动副元件间一般需采用动配合，这就存在一定的运动副间隙。运动副的设计、制造过程中，必然会有一定的误差，这种误差也是产生运动副间隙的一个原因。另外对于经过一定时期运转的机器，由于摩擦、磨损现象的存在，也将使运动副产生间隙。所以，机构中运动副间隙是不可避免的。随着精密机械工程和航天工程的发展，对精确预测系统动力学行为的要求越来越迫切，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。从动力学角度考虑，运动副间隙的出现，改变了机构杆件间的受力状况，从而影响了机构的受力性能，尤其是对于高速机构的影响更大。由于有机构之间有间隙，运动副元素之间可能会发

6、生猛烈冲击和碰撞，增加构件的动应力，造成杆件弹性变形增大、磨损加剧，产生噪声和振动、效率降低。由于间隙量很小，对静态运动精度一般不会产生很大的影响，但是高速度是现代机械的一个重要标志和发展方向，随着速度的提高，运动副之间间隙的影响也愈加明显。这一切都使得在进行高速机构和高速、轻质、高精密机器人的分析和设计时，不得不对运动副间隙加以考虑。基于上述原因，对于含间隙机构的研究是必要的。尤其是对于这类机械建立准确可靠的动力学模型更是必不可少。到目前为止，含间隙机构的研究已取得了大量成果。在建模方法、数值求解和元素分离，混沌等方面都取得了一定的成果。近些年来有许多学者致力于含间隙机构的动力

7、学研究，国外在70,80年代Dubowsky对此做了较早和较为全面的工作。国内在90年代初期李哲等做了一定的工作。后期也有多个院校的学者在间隙机构方面做了很多工作，在文献[9]中，靳春梅，邱阳等对含间隙弹性机构做了动态特性分析。北京工业大学基础学科部张渊，邱银幅，李哲，以及西安交通大学靳梅等对含间隙机构冲击特性方面试验的研究，西北工业大学王国庆，昆明理工大学朱真兵，张益群，北京工业大学张渊，李哲，天津大学常宗瑜等对间隙机构混沌方面做了分析和研究。北京工业大学余跃庆对含间隙弹性四连