為了建立更加準(zhǔn)確的接觸碰撞力模型,提高空間指向機(jī)構(gòu)指向精度和穩(wěn)定性;提出了一種考慮摩擦因素的改進(jìn)的非線性法向接觸剛度模型,基于修正的L-N模型,建立了更加準(zhǔn)確的新的接觸碰撞力模型,與已有模型進(jìn)行了對(duì)比分析,并對(duì)新的接觸碰撞力模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證;采用牛頓-歐拉法、"接觸-分離"兩狀態(tài)模型、修正的Coulomb模型及新的法向接觸碰撞力剛度模型,以空間指向機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,建立了其動(dòng)力學(xué)方程,研究了不同工況環(huán)境對(duì)空間指向機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響。研究結(jié)果表明:考慮摩擦因素的新的接觸碰撞力模型能夠更加精確地描述關(guān)節(jié)鉸的接觸碰撞效應(yīng),并且新模型的適用范圍更加廣泛;間隙導(dǎo)致空間指向機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能出現(xiàn)明顯的振蕩,并隨著間隙的增大,振蕩加劇;關(guān)節(jié)鉸結(jié)合面處的表面粗糙度越小,初始碰撞力越大;轉(zhuǎn)速越大對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊力越大,機(jī)構(gòu)的振動(dòng)頻率越高,機(jī)構(gòu)的運(yùn)行越不穩(wěn)定。研究結(jié)果豐富了接觸碰撞力建模方法,為高精度指向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供理論依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2020,56(15)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

含間隙旋轉(zhuǎn)副近似模型軸與彈性基礎(chǔ)的接觸邊界滿足以下幾何關(guān)系

機(jī)械工程學(xué)報(bào)第56卷第15期期174本文提出的新模型適用范圍更加廣泛，不僅適用于較大恢復(fù)系數(shù)時(shí)的碰撞過(guò)程，還可以應(yīng)用于較小恢復(fù)系數(shù)時(shí)的碰撞過(guò)程。圖3不同恢復(fù)系數(shù)時(shí)三種模型仿真結(jié)果曲線1.4試驗(yàn)驗(yàn)證為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文接觸碰撞力模型的正確性，將文獻(xiàn)[19]一次碰撞試驗(yàn)的初始條件代入到本文的接觸碰撞力模型中，計(jì)算結(jié)果如表2所示。利用自主設(shè)計(jì)的如圖4所示的碰撞試驗(yàn)臺(tái)，根據(jù)其所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。碰撞塊材料為45號(hào)鋼，其具體參數(shù)如下：彈性模量為207GPa，泊松比為0.3，表面粗糙度為6.3，等效質(zhì)量為0.8kg，間隙取值0.5mm，恢復(fù)系數(shù)0.46。試驗(yàn)原理：采用凸凹曲面形狀的碰撞塊1和碰撞塊2，模擬軸與軸套之間的接觸碰撞過(guò)程。采用力傳感器及速度傳感器測(cè)量碰撞塊1在碰撞后的碰撞力和初始速度；采用數(shù)據(jù)采集儀和電荷放大器采集測(cè)量信號(hào)，并在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示。圖4碰撞試驗(yàn)平臺(tái)不同速度下，理論結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。根據(jù)表2中數(shù)據(jù)可得修正模型的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.5745%，新模型的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.529%，兩模型相差0.0455%。根據(jù)文獻(xiàn)[19]研究結(jié)果及以上分析可知，本文建立的法向接觸碰撞力模型所得到理論數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加接近，這說(shuō)明考慮摩擦因素的新接觸碰撞力模型是正確的。存在的誤差原因主要有以下幾點(diǎn)：①試件加工誤差導(dǎo)致的，如表面粗糙度、間隙值誤差等；②在不同速度時(shí)碰撞，修正模型中面積比例系數(shù)的取值存在變化，而不是單純的常值。表2試驗(yàn)測(cè)量及數(shù)值計(jì)算結(jié)果分組速度值/(m/s)實(shí)測(cè)力/N修正模型理論力/N相對(duì)誤差(%)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]考慮關(guān)節(jié)效應(yīng)與構(gòu)件柔性的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能研究[D]. 王庚祥.西安理工大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3452650