彈性四連桿機構動力學分析及主動控制研究
發(fā)布時間：2020-07-06 09:17
【摘要】： 隨著機器日益向高速、高精度、輕型、重載及自動化方向發(fā)展,輕質機構所固有的彈性及其在高速運轉時較高的激擾頻率,使得振動與噪聲問題越來越嚴重。如何有效地抑制彈性連桿機構中的有害彈性振動是在通用機械、航空航天及軍事工業(yè)等領域設計良好產品必須解決的關鍵問題。本文以廣泛應用于包裝機械的平面四連桿機構為研究對象,建立了機構系統(tǒng)的動力學模型,并用多種數值方法對其動態(tài)響應進行求解,通過實驗與仿真對比,驗證了模型的正確性;研究了彈性機構的振動主動控制問題及控制方法。 采用有限元法對彈性連桿機構進行了動力學模型的建立,在建模過程中綜合考慮了機構的剛彈耦合效應以及它們對系統(tǒng)質量和剛度等的影響。同時還考慮了與構件的分布質量的轉動慣量相對應的動能。在應變能中,考慮了剪切變形的影響效應以及橫向位移對拉壓應變能的影響效應問題。因此,該模型可以較精確地反映具有較大柔度的機構在高速運行時的動態(tài)特性。 由于彈性連桿機構的動力學模型是一非線性、強耦合的時變微分方程,求解時不能采用傳統(tǒng)的實模態(tài)的求解方式,本文采用直接積分法中的Wilson—θ法求解其動態(tài)響應。而對簡化后的動力學模型則采用了KES與QDA兩種方法求解,并將仿真結果進行了對比。最后采用ADAMS虛擬樣機軟件對比仿真分析了連桿機構剛彈性時的響應情況,得到了彈性連桿系統(tǒng)的響應曲線。通過對比以上幾種仿真結果可以得出,QDA法求得的彈性響應較KES法要更接近ADAMS仿真結果。 在結構及機器動力學實驗臺上,通過改進連桿結構,對平面彈性連桿機構進行了相應的實驗研究,將實驗結果與仿真結果進行對比,驗證了精確有限元建模方法及求解響應的正確性。 應用基于滑模變結構控制理論,研究了彈性連桿機構的振動主動控制方法,通過改進滑模變結構控制輸入,在達到完成控制要求的同時,抑制輸出搖桿中的彈性變形。仿真結果證實了該方法的可行性。
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH112
【圖文】：
1.1 本課題研究的背景及意義在包裝機械中，連桿機構是最主要的構件之一，它主要用于執(zhí)行動作，如機中常用連桿機構與凸輪機構作執(zhí)行構件，臥式包裝機的橫封采用曲柄導桿，糖條切斷分割和包裝材料的牽引采用齒輪連桿組合機構來實現短暫停留功求等[1]。隨著包裝機械向高速、高精度、輕型、重載及自動化方向的發(fā)展，連構中固有的彈性性能表現得更為明顯。由于機器或機構質量的減輕,速度的，構件的彈性振動必然加大，結果會使整機或構件產生變形、振動、噪聲、工作環(huán)境；同時降低了機構運動的精度,影響了精密化的要求。在通用機械、、食品、包裝印刷等領域使用著以連桿機構為主體的各種高速機構，這些機低階諧振等彈性振動的存在會使系統(tǒng)運動軌跡失真、使輸入輸出關系產生偏差壞了機械系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，有的甚至會造成嚴重事故。這些問題現，使得連桿機構的研究也有了許多新的課題。
1.1 本課題研究的背景及意義在包裝機械中，連桿機構是最主要的構件之一，它主要用于執(zhí)行動作，如機中常用連桿機構與凸輪機構作執(zhí)行構件，臥式包裝機的橫封采用曲柄導桿，糖條切斷分割和包裝材料的牽引采用齒輪連桿組合機構來實現短暫停留功求等[1]。隨著包裝機械向高速、高精度、輕型、重載及自動化方向的發(fā)展，連構中固有的彈性性能表現得更為明顯。由于機器或機構質量的減輕,速度的，構件的彈性振動必然加大，結果會使整機或構件產生變形、振動、噪聲、工作環(huán)境；同時降低了機構運動的精度,影響了精密化的要求。在通用機械、、食品、包裝印刷等領域使用著以連桿機構為主體的各種高速機構，這些機低階諧振等彈性振動的存在會使系統(tǒng)運動軌跡失真、使輸入輸出關系產生偏差壞了機械系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，有的甚至會造成嚴重事故。這些問題現，使得連桿機構的研究也有了許多新的課題。
0 1D = D + a M +aC% t L進行下列計算：0 3) ( ) [ ( ) 2 ( ) ( )] t t a tt t a t+ + θ + + +Q M U U U& && θ t 時刻的位移U (t + θ t ) = Q( t + θ t)%，速度和位移5 78( ) ( )] ) [ ( ) ( )]) ( ) [ ( t t t a a t t t t t a t θθθ+ + + + ++ + + U UU UU U & && &&& && 3-2 所示。
本文編號：2743451
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH112
【圖文】：
1.1 本課題研究的背景及意義在包裝機械中，連桿機構是最主要的構件之一，它主要用于執(zhí)行動作，如機中常用連桿機構與凸輪機構作執(zhí)行構件，臥式包裝機的橫封采用曲柄導桿，糖條切斷分割和包裝材料的牽引采用齒輪連桿組合機構來實現短暫停留功求等[1]。隨著包裝機械向高速、高精度、輕型、重載及自動化方向的發(fā)展，連構中固有的彈性性能表現得更為明顯。由于機器或機構質量的減輕,速度的，構件的彈性振動必然加大，結果會使整機或構件產生變形、振動、噪聲、工作環(huán)境；同時降低了機構運動的精度,影響了精密化的要求。在通用機械、、食品、包裝印刷等領域使用著以連桿機構為主體的各種高速機構，這些機低階諧振等彈性振動的存在會使系統(tǒng)運動軌跡失真、使輸入輸出關系產生偏差壞了機械系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，有的甚至會造成嚴重事故。這些問題現，使得連桿機構的研究也有了許多新的課題。
1.1 本課題研究的背景及意義在包裝機械中，連桿機構是最主要的構件之一，它主要用于執(zhí)行動作，如機中常用連桿機構與凸輪機構作執(zhí)行構件，臥式包裝機的橫封采用曲柄導桿，糖條切斷分割和包裝材料的牽引采用齒輪連桿組合機構來實現短暫停留功求等[1]。隨著包裝機械向高速、高精度、輕型、重載及自動化方向的發(fā)展，連構中固有的彈性性能表現得更為明顯。由于機器或機構質量的減輕,速度的，構件的彈性振動必然加大，結果會使整機或構件產生變形、振動、噪聲、工作環(huán)境；同時降低了機構運動的精度,影響了精密化的要求。在通用機械、、食品、包裝印刷等領域使用著以連桿機構為主體的各種高速機構，這些機低階諧振等彈性振動的存在會使系統(tǒng)運動軌跡失真、使輸入輸出關系產生偏差壞了機械系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，有的甚至會造成嚴重事故。這些問題現，使得連桿機構的研究也有了許多新的課題。
0 1D = D + a M +aC% t L進行下列計算：0 3) ( ) [ ( ) 2 ( ) ( )] t t a tt t a t+ + θ + + +Q M U U U& && θ t 時刻的位移U (t + θ t ) = Q( t + θ t)%，速度和位移5 78( ) ( )] ) [ ( ) ( )]) ( ) [ ( t t t a a t t t t t a t θθθ+ + + + ++ + + U UU UU U & && &&& && 3-2 所示。
【參考文獻】
相關期刊論文 前6條
1 傅衣銘,張思進;非慣性參考系中板的非線性振動分析[J];固體力學學報;1997年02期
2 馮志華,胡海巖;高速機構動力學研究進展[J];力學進展;2002年02期
3 黃文虎,王心清,張景繪,鄭鋼鐵;航天柔性結構振動控制的若干新進展[J];力學進展;1997年01期
4 于清,洪嘉振;柔性多體系統(tǒng)動力學的若干熱點問題[J];力學進展;1999年02期
5 傅衣銘,張思進;非慣性參考系中彈性殼的非線性振動分析[J];力學學報;1997年05期
6 丁文鏡;王和祥;蔡堅;;關于撓性轉子的主動控制減振[J];振動與沖擊;1988年03期
本文編號：2743451
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