[发明专利]一种机构的转动副铰接间隙磨损的敏感性指标的确定方法

摘要

本发明提供一种机构的转动副铰接间隙磨损的敏感性指标的确定方法，所述机构包括至少一个转动部，所述转动部包括第一杆件的刚体i、第二杆件的刚体j和转动副，所述第一杆件的刚体i和所述第二杆件的刚体j通过所述转动副铰接在一起，所述第一杆件的刚体i和/或第二杆件的刚体j还与其他运动副铰接，所述转动副包括轴销和轴套，所述方法包括：对每一个转动部均进行处理：基于多体动力学理论建立机构的所有刚体在与刚体所连接的转动副以及其他运动副的约束下的多体动力学模型，建立转动副间隙动力学模型；得到机构性能对各个铰接转动副间隙磨损的敏感性指标并排序。从设计阶段就掌握机构不同转动副磨损影响的大小，确定机构薄弱环节。

主权项

1.一种机构的转动副铰接间隙磨损的敏感性指标的确定方法，其特征在于：所述机构包括至少一个转动部，所述转动部包括杆件的刚体i、杆件的刚体j和转动副，所述杆件的刚体i和所述杆件的刚体j通过所述转动副铰接在一起，所述杆件的刚体i和/或杆件的刚体j还与其他运动副铰接，所述转动副包括轴销和轴套，所述方法包括：基于多体动力学理论建立所述机构的所有杆件的刚体在与所述杆件的刚体所连接的转动副以及其他运动副的约束下的多体动力学模型；在所述多体动力学模型基础上，结合碰撞力模型和库伦摩擦模型，建立铰接间隙模型，并计算间隙作用力；在所述铰接间隙模型的基础上建立单铰接间隙机构模型，通过比较各位置的铰接间隙的前后变化导致机构性能的差异，模拟铰接磨损对机构影响，通过仿真计算得出各个单铰接间隙机构模型性能曲线，将所述单铰接间隙机构模型性能曲线与间隙机构理想模型性能曲线结合，得到机构性能对各个铰接转动副间隙磨损的敏感性指标；所述碰撞力模型的获得方式，包括：采用轴销圆来代表轴销，采用轴套圆来代表轴套，所述轴销圆和所述轴套圆分别连接到所述杆件的刚体i和所述杆件的刚体j，O_i和O_j分别为所述轴销和所述轴套的轴心，R_i和R_j分别为所述轴销和所述轴套的半径，所述轴销和所述轴套之间的间隙大小为c＝R_j‑R_i，所述轴销和所述轴套在非接触的情况下，所述轴销和所述轴套之间没有约束力；所述轴销和所述轴套接触过程中，在边界处所述轴销会侵入所述轴套内，产生侵入深度δ，所述轴销和所述轴套之间产生碰撞力，轴销碰撞点Q_i和轴套碰撞点Q_j分别属于轴销和轴套，其位置分别用全局坐标系下的位置向量r_i^Q和r_j^Q表示，侵入深度δ为所述轴销碰撞点Q_i和所述轴套碰撞点Q_j之间的距离，表示如下：δ＝e_ij‑ce_ij＝r_j^O‑r_i^Oe_ij为所述轴套和所述轴销之间的偏心向量，r_i^O和r_j^O表示所述轴销和所述轴套的轴心在全局坐标系下的位置；所述轴销碰撞点Q_i和所述轴套碰撞点Q_j之间的相对运动速度，包括法向分量v_N和切向分量v_T，表示如下：n＝e_ij/|e_ij|其中，|e_ij|为偏心距，即偏心向量e_ij的模；n为单位方向矢量，垂直于轴套和轴销所在碰撞平面；将单位方向矢量n逆时针旋转90°获得单位向量t，碰撞力模型公式为：其中，F_N为法相碰撞力，K'为刚度系数，δ是侵入深度，n为指数,n与相互接触碰撞的材料类型相关，为冲击速度；所述刚度系数K'，取决于材料特性和接触面形状，表示如下：式中，ν_k和E_k分别为泊松系数和杨氏模量，对于一般钢结构的材质，ν_k和E_k分别取0.3和207Mpa，K”为阻尼系数，具体形式如下：式中d_max为最大碰撞侵入深度，C_max为最大阻尼系数，d_max取值为0.01，C_max为刚度系数K'的1％；所述库伦摩擦模型公式为：式中，F_f为间隙摩擦力，μ为摩擦系数，F_N为法相碰撞力，v_T为碰撞点之间相对运动速度的切向分量；在所述多体动力学模型基础上，结合碰撞力模型和库伦摩擦模型，建立的铰接间隙模型为：F_c为间隙碰撞力，包含了间隙作用力的法向碰撞力F_N和摩擦力F_f。