耦合铰间隙和柔性作用的曲柄连杆机构动力学分析
Dynamics Analysis of the Crank and Connecting Rod Mechanism with Clearance and Flexibility
- 机械传动 2021年45卷第11期 页码：116-122
- 作者机构：
1.上海工程技术大学 机械与汽车工程学院， 上海 201620
- 作者简介：
李婷婷（1995— ），女，山东青州人，硕士研究生；主要研究方向为机构动力学和可靠性分析。
张振山（1979— ），男，河北南皮县人，博士，讲师；主要研究方向为摩擦学，流体润滑，机构动力学与可靠性。
- 基金信息：国家自然科学基金(51775165┫上海市科学技术委员会科研计划项目┣18030501200);陕西国防工业职业技术学院专项科研计划重点项目(Gfy20-04)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.018
中图分类号：
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李婷婷,张振山,崔国华等.耦合铰间隙和柔性作用的曲柄连杆机构动力学分析[J].机械传动,2021,45(11):116-122.
Li Tingting,Zhang Zhenshan,Cui Guohua,et al.Dynamics Analysis of the Crank and Connecting Rod Mechanism with Clearance and Flexibility[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(11):116-122.
李婷婷,张振山,崔国华等.耦合铰间隙和柔性作用的曲柄连杆机构动力学分析[J].机械传动,2021,45(11):116-122. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.018.
Li Tingting,Zhang Zhenshan,Cui Guohua,et al.Dynamics Analysis of the Crank and Connecting Rod Mechanism with Clearance and Flexibility[J].Journal of Mechanical Transmission,2021,45(11):116-122. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.11.018.
摘要
铰间隙和连杆柔性是影响机构动力学性能的主要因素，其决定了机构运行的可靠性。以曲柄连杆机构为对象，采用Lagrange乘子法建立了耦合连杆铰间隙和连杆柔性作用的动力学模型。在此基础上，系统研究了间隙大小、连杆柔性及其耦合作用对机构动力学输出响应的影响。结果表明，同一运转周期内，碰撞主要集中在运动前期靠近曲柄或连杆的两侧；间隙增大，加剧铰接构件间的碰撞，碰撞力和相互嵌入深度的振荡幅值明显增大，会降低轴心轨迹的稳定性；适当的构件柔性处理可以缓和间隙引起的碰撞冲击。
Abstract
Clearance joint and connecting rod flexibility are main factors that affect the dynamics performance of mechanism，which determine the reliability of mechanism operation. Crank and connecting rod mechanism as the object，the Lagrange multiplier method is used to establish the dynamics model of coupling connecting rod joint clearance and connecting rod flexible action. On this basis，the influence of clearance size，connecting rod flexibility and their coupling on the mechanism dynamics output response is systematically studied. The results show that，within the same cycle，the collisions are mainly concentrated in the early stage of the campaign close to the two sides of the crank，the connecting rod clearance increases，the collision between articulated components intensify，the oscillation amplitude of impact force and the embedding depth of increase obviously，and the stability of the axis trajectory is reduced，and the appropriate component flexible processing can reduce collisions caused by clearance joint.
关键词
曲柄连杆机构间隙连杆柔性动力学分析
Keywords
Crank and connecting rod mechanismClearanceConnecting rod flexibilityDynamics analysis
references
MACHADO M，MOREIRAP，FLORESP，et al.Compliant contact force models in multibody dynamics：evolution of the Hertz contact theory［J］.Mechanism and Machine Theory，2012，53：99-121.
ERKAYAS，UZMAY I.Effects of balancing and link flexibility on dynamics of a planar mechanism having joint clearance［J］.Scientia Iranica，2012，19（3）：483-490.
阎绍泽，申永胜，陈洪彬.考虑杆件柔性和铰间隙的可展结构动力学数值模拟［J］.清华大学学报（自然科学版），2003（2）：145-148.
YAN Shaoze，SHEN Yongsheng ，CHEN Hongbin.Dynamic performance of deployable structures with flexible members and clearance connections［J］.Journal of Tsinghua University （Science and Technolopgy），2003（2）：145-148.
孙东阳，陈国平，王铁成.谐波齿轮传动的含间隙机构的动力学分析［J］.振动与冲击，2014，33（23）：160-164.
SUN Dongyang，CHEN Guoping，WANG Tiecheng.Dynamic analysis of a mechanism with clearances and harmonic gear transmission［J］.Journal of Vibration and Shock，2014，33（23）：160-164.
邓培生，原大宁，刘宏昭，等.考虑杆件柔性的间隙机构系统磨损分析［J］.中国机械工程，2016，27（2）：143-149.
DENG Peisheng，YUAN Daning，LIU Hongzhao，et al.Wear analysis on intermittent mechanism systems including flexible bar［J］.China Mechanical Engineering，2016，27（2）：143-149.
侯雨雷，赵刘见，齐晓凤，等.一种含间隙的柔性并联机构动力学仿真［J］.燕山大学学报，2019，43（6）：485-496.
HOU Yulei，ZHAO Liujian，QI Xiaofeng，et al.A dynamic simulation of a flexible parallel mechanism with clearance［J］.Journal of Yanshan University，2019，43（6）：485-496.
梁明轩，李正刚，唐任仲，等.基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计［J］.中国机械工程，2017，28（21）：2562-2566.
LIANG Mingxuan，LI Zhenggang，TANG Renzhong，et al.Optimization design of manipulator based on flexible multi-body dynamics［J］.China Mechanical Engineering，2017，28（21）：2562-2566.
FLORES P，KOSHY C S，LANKARANI H M，et al.Numerical and experimental investigation on multibody systems with revolute clearance joints［J］.Nonlinear Dynamics，2011，65（4）：383-398.
谢志江，吴小勇，张军，等.3-PPR并联机构动力学建模与分析［J］.机械传动，2017，41（5）：53-58.
XIE Zhijiang，WU Xiaoyong，ZHANG Jun，et al.Dynamics modeling and analysis of a 3-PPR Parallel mechanism［J］.Journal of Mechanical Transmission，2017，41（5）：53-58.
郑恩来，张航，朱跃，等.含间隙超精密压力机柔性多连杆机构动力学建模与仿真［J］.农业机械学报，2017，48（1）：375-385.
ZHENG Enlai，ZHANG Hang，ZHU Yue，et al.Dynamic modeling and simulation of flexible multi-link mechanism including joints with clearance for ultra-precision press［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery，2017，48（1）：375-385.
王兴东，陈波，孔建益，等.考虑柔性构件的含间隙机构动力学分析［J］.组合机床与自动化加工技术，2018（11）：8-11.
WANG Xingdong，CHEN Bo，KONG Jianyi，et al.Analysis on dynamics of mechanism with clearance considring the flexible link［J］.Modular Machine Tool&automatic Manufacturing Technique，2018（11）：8-11.
赵波.多体机械系统铰接副间隙磨损预测的数值研究［D］.上海：上海交通大学，2014：36-56.
ZHAO Bo.The prediction of wear at the clearance joint in the multi-body mechanical systems［D］.Shanghai：Shanghai Jiao Tong University，2014：36-56.
王庚祥，刘宏昭.多体系统动力学中关节效应模型的研究进展［J］.力学学报，2015，47（1）：31-50.
WANG Gengxiang，LIU Hongzhao.Research progres of joint effects model in multibody system dynamics［J］.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mech anics，2015，47（1）：31-50.
阎绍泽，向吴维凯，黄铁球.计及间隙的运动副和机械系统动力学的研究进展［J］.北京大学学报（自然科学版），2016，52（4）：741-755.
YAN Shaoze，XIANGWU Weikai，HUANG Tieqiu.Adva nces in modeling of clearance joints and dynamics of mechanical systems with clearances［J］.Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，2016，52（4）：741-755.
杨芳，陈渭，李培.接触力模型对含间隙铰接副多体系统分析的影响［J］.西安交通大学学报，2017，51（11）：106-117.
YANG Fang，CHEN Wei，LI Pei.Influences of contact force models on analysis of multibody systems involv ing ioints with clearance［J］.Journal of Xian Jiaotong Univtsity，2017，51（11）：106-117.
LANKARANI H M，NIKRAVESH P E.Continuous contact force models for impact analysis in multibody systems［J］.Nonlinear Dynamics，1994，5（2）：193-207.
BAUMGARTE J.Stabilization of constraints and integrals of motion in dynamical systems［J］.Computer Methods in Applied Mechanics & Engineering，1972，1（1）：1-1.
Shabana A A.Flexible multibody dynamics：review of past and recent developments［J］.Multibody System Dynamics，1997，1（2）：189-222.
CHUNG J，HULBERT G M.A time integration algorithm for structural dynamics with improved numerical dissipation：the generalized-α method［J］.Journal of Applied Mechanics，1993，60（2）：371-375.
ARNILD M，BRULS O.Convergence of the genera lized-α scheme for constrained mechanical systems［J］.Multibody System Dynamics，2007，18（2）：185-202.
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