梁洁萍[1]2003年在《弹性连杆机构机电耦合的动态性能分析研究》文中认为机器重量要减轻，速度与精度要提高，这是现代机械设计发展的必然趋向。但是，这些高速轻质机构在运行中时常表现出一些未曾料及的现象，有时甚至是严重的故障。如：驱动电机的电磁谐波有时会引起这类机构的强烈振动；系统临界转速会随电机的运动参数变化而变化。在一定条件下，系统出现了参数共振与强迫振动相耦合的振动，等等。究其原因是系统耦合动力学等问题尚未得到详细探讨。因此，以电动机—弹性机构为研究对象的动力学问题是亟待研究的。 迄今为止，虽有一些机构动力学方面的文献涉及到了驱动电机的影响，但是，以往所作的研究中都是以电机转子无任何偏心和振动为前提的，基于这种理想状态所建立的机电耦合关系过于简单，在此基础上建立的系统动态方程也难以解释许多机电系统运行中的异常现象。 本文以叁相交流电机和弹性四连杆机构作为研究对象，对系统进行了完全动力分析，考虑了电机转子的横向振动与扭转振动，从而克服了机构恒定输入假设的局限。从电磁场的实际状况入手分析机电耦合关系，基于Lagrange-Maxwell方程建立了含机构结构参数和电机电磁参数的时变非线性系统动力学模型。所建立的方程反映了系统的动态特性参数与连杆机构的结构参数以及电机的电磁参数之间的内在联系。 通过应用ANSYS软件，对在应力约束条件下的平面四连杆机构进行了最小重量的优化设计，从中得出了各杆件的应力变化曲线及机构的重量和横截面积的变化曲线，从而获得了优化结果。 本文建立的电动机—弹性连杆机构系统动力学模型及优化设计等为进一步研究弹性机构系统的临界速度、运动稳定性等动态性能及综合参数优化奠定了一定基础，对探讨高速轻载机电系统的异常工况，设计动态特性优良的新型机电产品具有一定的现实意义。
王湘[2]2005年在《弹性五杆机构机电耦合动力学分析与研究》文中研究指明混合驱动机构的基本思想是采用双电机作为其动力源,输入运动通过两自由度机构合成后产生所需要的多组输出运动规律,以满足不同的要求。然而目前此类系统完全动力分析研究大都是以电机的转子无任何偏心和振动为前提的,是把电机气隙看作稳定均匀的,引入的机电耦合关系过于简单,而电机转子的实际偏心将导致电机转子复杂的横振、扭振行为;因此,为研究电磁参数对机构的动态性能的影响,须建立反映电磁状态和机构运行状态的机电耦联动力学模型。本文以双伺服电机驱动五杆机构系统为对象进行了以下研究。 首先对弹性五杆机构进行有限元分析,通过机构梁单元节点位移间的关系,建立起弹性五杆机构单元质量矩阵与刚度矩阵以及弹性动力学模型。 其次,针对交流伺服电机转子偏心时不均匀气隙磁场,建立以电机横振、扭振为节点位移的有限电机单元;分析其实际运行状态的机电耦合关系,建立其磁场能量函数,从而得到电机单元在其单元坐标系下的质量矩阵与刚度矩阵。 然后应用Lagrange-Maxwell方程建立包括电机电磁参数和机构结构参数的系统时变非线性动态方程。所建立的系统模型反映了系统动态特性参数与铰链弹性五杆机构结构参数、电机电磁参数之间的关系。 最后利用Matlab软件对双伺服电机驱动五杆机构系统动力学模型进行了仿真计算,仿真所得结论对进一步研究两自由度五杆机构系统的运动稳定性、多重共振等动态性能及综合参数优化是一个有益的探索,对探讨高速轻载机电系统的异常工况,设计动态特性优良的新型机电产品具有一定的现实意义。
周晓蓉[3]2012年在《发动机—发电机系统轴系机电耦合动力学研究》文中指出发动机—发电机系统广泛应用于混合动力车辆、工程机械和柴油发电机组,其振动问题一直是影响动力装置的工作可靠稳定性和噪声控制的主要因素之一。在实际运行过程中,发动机—发电机系统轴系在电磁参数激励,气体爆发压力,活塞连杆往复惯性力和自激惯性激励等的联合作用,不仅产生复杂的非线性振动现象,还存在着复杂的机电耦合关系。为了全面研究发动机—发电机系统轴系的动态性能,分析轴系的耦合振动问题,有必要将发动机和发电机作为一个系统进行研究。本文的研究目的就是根据轴系的结构特点,从机电耦合的角度,研究发动机—发电机系统轴系在各种内部激励和外部激励作用下的动力特性和振动规律,为系统的设计、优化以及减噪等提供更符合实际的理论依据。主要内容包括：利用有限单元法建立发动机—发电机系统轴系非线性机电耦合动力学模型。首先,根据发动机曲轴系统的结构特点,将轴系简化为质量沿轴线连续分布的阶梯轴分布参数力学模型,在综合考虑曲轴扭振轴和横振的基础上,建立曲轴单元运动微分方程；其次,以发电机转子振动位移为节点位移,考虑发电机转子振动偏心时不均匀气隙磁场能量变化,建立发电机单元；最后,在这两个单元的基础上,基于有限元法建立发动机—发电机系统轴系的非线性动态模型。该非线性运动微分方程揭示了发动机—发电机系统轴系结构参数、电磁参数与其动态性能之间的关系,为进一步研究轴系的电磁参数、结构参数与其动态性能之间的内在联系奠定基础。利用多尺度法研究发动机—发电机发动机—发电机系统轴系发生参、强的共振条件及其耦合机理。研究结果表明：发动机—发电机系统轴系存在电磁参数激励和外激励；系统产生非线性参激振动的主要原因是发动机—发电机系统轴系受到非线性的电磁参数激励；在电磁参数激励、气体爆发压力、往复惯性力和自激惯性激励联合作用下系统将产生参激振动和强迫振动相耦合的现象。利用多尺度法对发动机—发电机系统轴系非线性动态方程进行求解,得到发动机—发电机系统轴系非线性动态方程的一次近似解。某具体在相同的工作状态和条件下,其仿真计算结果和试验测试结果基本一致,这说明轴系机电耦合动态模型及计算是正确、可靠的。研究了发动机—发电机系统轴系在电磁参数激励、气体爆发压力、往复惯性力和自激惯性力作用下的主共振、次谐共振、组合共振、超谐共振和多重共振的条件,和具体频率因子和条件下的共振分析以及系统运动稳定性等问题。采用多尺度法系统地研究发动机—发电机系统轴系在电磁参数激励、气体爆发压力、运动组件往复惯性力和自激惯性力作用下的主共振、次谐共振、组合共振、超谐共振和多重共振的条件；系统在电磁参数激励作用下的主共振和次谐共振；在自激惯性力、往复惯性力和气体爆发压力共同作用下的组合共振；在自激惯性力作用下的超谐共振；以及在电磁参数激励、往复惯性力和自激惯性力共同作用下的多重共振及其运动稳定性问题。利用能有效测试发动机—发电机系统轴系动态响应的动力装置,在广西玉柴进行相关的试验研究,验证本文理论研究的正确性。
李兆军[4]2006年在《电动机—弹性连杆机构系统耦合动力学研究》文中提出随着机构系统不断向着柔性化、高速化、轻量化和高精度化方向发展,其对机构系统弹性动力学性能的要求越来越高,具有良好的力学性能且刚重比和阻尼特性显着优于传统金属材料的先进复合材料,近年来也开始在机构系统中获得应用,并显示出良好的应用前景。然而这些高速轻质机构系统在运行中时常表现出一些难以解释的异常行为,究其原因是对该类机构系统非线性动态特性的研究还很不深入,对该类机构系统机电耦合等深层次问题也没有作详细探讨,这些理论问题已成为束缚新型复合材料在机电系统中推广应用的瓶颈。在这种情况下,对该类机构系统的非线性动态特性及耦合动力学等深层次问题的研究显得越来越重要。本文的研究目的就是要解决电动机—弹性连杆机构系统的非线性动态特性及耦合动力学的一些问题。主要内容包括:应用有限单元法建立叁相交流电机—弹性连杆机构系统的耦合动力学模型。首先,根据电机转子存在振动偏心这种实际状态的机电耦合关系,引入电机气隙磁场能量函数,建立以电机转子横振、扭振为节点位移的电机单元;然后,分别根据金属材料和叁维编织复合材料的特点,建立金属材料梁单元和叁维编织复合材料梁单元;最后,在电机单元、金属材料梁单元和叁维编织复合材料梁单元的基础上,应用有限单元法建立电动机—弹性连杆机构系统的耦合动力学方程。所建方程较好地体现了该系统动态性能与其电磁参数、结构参数和材料参数之间的实际关系,表达了以往方程未能反映的动态性能,为进一步深入研究电动机—弹性连杆机构系统的动力学特性与系统的电磁参数、结构参数及材料参数之间的内在联系奠定了基础。利用多尺度法对电动机—弹性连杆机构系统的参激振动和强迫振动的耦合机理及发生参、强联合共振条件进行深入研究,得到一些有益的结论。研究表明,叁相交流电机—弹性连杆机构系统存在非线性电磁参数激励和外激励;电磁参数激励是由电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场导致的,是系统产生参激振动的主要原因之一;外激励是由系统自激惯性力产生的;在电磁参数激励和外激励联合作用下系统将产生参激振动和强迫振动相耦合的现象。在充分考虑摄动法和数值分析法特点的基础上,推导一种既能深入研究电动机—弹性连杆机构系统的动力学特性,又能求得较高精确度的动力学响应的方法——迭代式模态迭加多尺度法。首先利用多尺度法求解系统动力学响应的一次近似解,然后将该一次近似解作为系统广义坐标初值,利用迭代式模态迭加法求得系统动态响应的精确解,其精确度可通过预先设定的一个小的正数来控制。采用多尺度法研究电动机—弹性连杆机构系统在电磁参数激励下的主共振和次谐共振、在系统自激惯性力作用下的超谐共振、在电磁参数激励和自激惯性力共同作用下的组合共振和多重共振及其运动稳定性等问题,给出各种共振响应的一次近似摄动解表达式,推导出一种能够判断共振稳定性的算法,分析电机参数对系统动力学特性的影响。研制能有效测试电动机—弹性连杆机构系统中构件动态响应的实验装置,开展有关电动机—弹性连杆机构系统动力学特性的实验研究,验证本文理论研究的正确性。
刘玉飞[5]2016年在《直角坐标柔性机器人操作臂机电耦合动力学及振动特性研究》文中研究表明直角坐标机器人是工业机器人领域的重要组成,在机械加工、精密装配、上下料、喷涂等工艺中具有重要的应用。机器人操作臂是执行操作任务的关键部件,其结构性能和动态特性对直角坐标机器人的操作精度具有重要影响。传统的机器人操作臂采用刚性结构,整体结构较为笨重,增加了系统的体积质量和能耗。柔性操作臂具有轻质、灵活、能耗低等特点,能够有效降低机器人操作臂的体积质量,符合机器人轻型、高速、集成化的发展要求。然而,由于结构刚度低、阻尼小,柔性操作臂在执行任务、尤其是高速操作的过程中极易产生弹性变形和残余振动,严重影响其末端执行器的操作精度和效率,甚至导致操作失败或经济损失。为此,深入研究柔性操作臂的动力学及振动特性,既是柔性操作臂振动控制的基础,也是有效解决机器人由刚性向柔性发展的关键。作为典型的复杂机电系统,机器人伺服驱动与执行机构之间存在复杂的机电耦合关系,通过传动系统的作用而产生系统激励;对于高速轻型结构而言,机电耦合因素产生的系统激励将更为凸显。由于柔性操作臂模态较低,系统激励对其动态特性的影响将更显着,而机械结合部和柔性因素的存在进一步增强了系统耦合因素的影响。因此,研究柔性操作臂的振动特性,应充分考虑系统耦合因素的影响。本文在国家自然科学基金项目、教育部博士点基金项目、江苏省科技支撑计划项目和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目的资助下,结合直角坐标机器人的结构和运动特征,基于理论建模、数值仿真分析、虚拟样机实验和实验系统测试手段,对柔性操作臂机电耦合动力学及振动特性开展研究。研究工作主要包括:(1)建立了直角坐标柔性机器人的动力学模型,完成了实验系统构建。基于Hamilton变分原理推导了柔性操作臂平移、伸缩和斜向运动特征下的动力学方程,分析了不同运动特征下柔性操作臂的振动特性;探讨了柔性操作臂匀速运动振动响应的初始条件,通过分析加速阶段柔性操作臂的振动响应,确定了匀速运行阶段振动响应的初始条件,基于此对柔性操作臂匀速运行的振动特性进行分析,并与虚拟样机实验结果进行对比验证;采用直角坐标机器人本体结构、环氧树脂材料柔性操作臂和螺栓连接结合部,搭建了直角坐标柔性机器人实验系统,介绍了实验系统的结构组成及其模拟柔性机器人系统耦合因素的可行性,对各运动特征下柔性操作臂的振动响应特性进行了实验测试分析。(2)研究了柔性操作臂结合部弹性约束模型及动态特性,探讨了结合部弹性约束的作用机理。考虑线约束和扭转约束作用,建立了螺栓结合部的弹性约束模型,根据虚功原理确定了柔性操作臂的边界约束条件,推导了其频率方程和振型函数,分析了柔性操作臂的频率和振型特性,揭示了结合部弹性约束对柔性操作臂模态特性的影响;采用灵敏度方法分析了线约束和扭转约束对频率的影响程度,给出了结合部的弹性约束区域,基于此对频率曲线进行拟合,表征了结合部约束刚度与频率之间的关系,分析了结合部弹性约束对柔性操作臂振动特性的影响;通过模态测试实验验证了弹性约束模型的有效性,为研究结合部弹性约束下柔性操作臂的机电耦合动态特性提供了理论模型。(3)开展了柔性操作臂机电耦合动力学建模及联合仿真虚拟实验。考虑系统存在的耦合关系,将驱动系统、传动系统和负载执行机构作为整体,建立了包含电磁系统与机械系统的系统全局耦合关系和物理模型,采用机电分析动力学方法,推导了系统的机电耦合动力学方程;采用Matlab/Simulink建立了系统的动力学仿真模型,对电机的输出转速和移动基座的运动特性进行分析,揭示了机电耦合作用下系统的运动波动规律;基于系统动力学仿真模型与虚拟样机模型,采用Matlab/Simulink和Adams/controls建立联合仿真模型,对机电耦合作用下柔性操作臂的振动特性进行联合仿真虚拟实验,为研究柔性操作臂的参数振动特性奠定了基础。(4)分析了机电耦合作用下柔性操作臂的参数振动特性和稳定性。表征了移动基座的运动特性方程,基于此推导了运动波动下柔性操作臂的参数振动方程,分析了柔性操作臂的参数振动特性,验证了运动波动的影响;根据柔性操作臂参数振动的稳态功率流特性,直观展现了柔性操作臂的振动能量分布,分析了结合部弹性约束对参数振动及稳态功率流的影响;采用直接多尺度方法推导确定了柔性操作臂参数振动的稳定性边界,讨论了结合部弹性约束和末端执行器负载对系统失稳区域的影响,通过实验测试分析了柔性操作臂的参数振动特性,验证了理论模型及分析结果的正确性。本文所取得的研究成果对深入开展多耦合状态下柔性操作臂的动力学和振动特性具有重要的指导意义,为柔性操作臂的机电耦合振动控制奠定了理论基础,对柔性机器人的集成设计具有重要的实际应用价值。
张晓斌[6]2005年在《电动机——弹性连杆机构系统动态响应研究》文中提出随着科学技术的发展以及市场日益激烈的竞争,现代机构不断向高速、高精度等方面发展。但是这些高速轻质机构在运行中时常表现出一些未曾料及的现象,如:驱动电机的电磁谐波有时会引起这类机构的强烈振动;系统临界转速会随电机的运动参数变化而变化。究其原因是系统耦合动力学等问题尚未得到详细讨论。因此,以电动机——机构系统为研究对象的动力学问题是亟待研究的。 已有一些机构动力学方面的文献涉及到驱动电机的影响。但是以往所作的研究中都是以电机转子无任何偏心和振动为前提的,基于这种理想状态所建立的机电耦合关系相对简单,在此基础上建立的系统动态方程也难以解释许多机电系统运行中的异常行为。 本文以叁相交流电动机——弹性连杆机构系统作为研究对象,考虑了电机转子的横向振动与扭转振动,根据电机运行中一般状态的气隙磁场建立了其磁场能量函数,应用Lagrange—Maxwell方程建立了含机构结构参数和电机电磁参数的时变非线性系统动力学模型。所建立的方程反映了叁相交流电机的电磁参数、转子振动与机构运动输出等之间的关系。 根据所建的系统模型,利用模态迭加法,用MATLAB语言编程对其固有频率和动态响应进行了计算和仿真。仿真结果表明:系统的非线性机电耦合关系对机构动态响应有较大影响,所建的系统模型能更好地反映机构的真实运动规律。 为验证仿真结果,本文对电动机——弹性连杆机构系统进行了试验研
王湘[7]2008年在《递纸机构的机电耦合动态分析与研究》文中提出印刷机递纸机构的性能对整机的套准精度有着重要的影响。为了改善高速递纸机构的动态特性,建立了递纸机构的叁维模型以及机构简化模型,分析了交流电机驱动系统的转矩波动以及电机所产生的横振和扭振,建立了递纸机构的机电耦合方程,分析得出了交流电机驱动系统的转矩波动等因素对机构的动态性能产生影响,以及系统动态性能与其驱动系统参数和结构参数之间的关系。从而有利于改善、提高印刷机递纸机构的动态性能。
梁洁萍[8]2010年在《平面四杆机构截面参数优化设计》文中研究指明采用最佳准则法通过运用ANSYS有限元分析软件,介绍了在应力约束条件下,对曲柄摇杆机构进行最小重量的优化设计方法.实例所得结论,为进一步研究弹性连杆机构机电耦合的动态性能分析提供基本依据及参考.
陈岳云[9]2008年在《多连杆伺服压力机动态性能分析与设计研究》文中研究表明锻造冲压机械是制造业的重要装备之一,它是信息产品、电器机械、汽车、仪器等行业中的最主要装备。基于伺服电机的数字化重载机械驱动技术,是高新技术与传统机械技术的结合。伺服压力机作为可控的锻压设备,兼有传统压力机的快速、高效、低成本和现代并联机构的输出运动精度高、可控的优点。本文在结合国家重大产业对高质量锻压件的迫切需求,在国家重点研究发展计划(863计划)的支持下,对多连杆伺服压力机进行比较全面的研究。内容包括冲压作业任务特征建模、构型设计、运动学建模、性能图谱尺度优化、弹性动力学模型、考虑丝杆和伺服电机的性能参数分析,并进行相应的仿真校核。论文取得以下研究成果:分析了大型重载多连杆压力机不同冲压作业任务特征,运用NURBS曲线实现冲压作业任务的特征建模时引入时间变量,边界约束等因素带来一系列新的问题讨论和解决方法,实现冲压作业的特征建模及冲压工艺特性曲线轨迹规划;在分析原有压力机构型的基础上,运用拓扑理论演化满足不同任务特征的多连杆构型,比较和分析传统压力机与伺服驱动压力机区别,确定压力机构型方案。建立机构进行运动学和动态静力学分析模型,研究压力机滑块运动的高阶微分特性,运动与力性能的度量方法;提取反映伺服压力机性能要求的技术指标,利用空间模型原理,绘出不同技术指标的性能图谱,并据此确定伺服压力机连杆尺度。基于虚拟样机技术,设计压力机结构,并对压力机运动和动态特性指标进行仿真分析,建立考虑丝杆和伺服电机最大承受载荷,转速的性能曲线。利用ADAMS软件Flex模块进行刚柔耦合动力学分析,以校验机构的强度和刚度要求。利用机构弹性动力学分析方法构造压力机机构的弹性动力学模型。结合本文研究对象的特点,分别建立弹性连杆和刚体的动力学方程,然后通过二者之间的运动学协调关系得到整个系统的弹性动力学方程;借助ANSYS有限元软件,分析压力机典型位置的刚度和强度,并于ADAMS刚柔耦合所得参数进行比较,验证模型和仿真的正确性。
蔡敢为, 李兆军, 常平平[10]2005年在《电动机-弹性连杆机构系统的动态方程及其响应》文中研究说明针对叁相交流电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系,建立以电机横振、扭振为节点位移的电机单元,应用有限单元法建立含电机电磁参数和弹性连杆机构结构参数的系统动态方程,并根据该方程对系统的动态响应进行仿真计算和分析,且通过实验进行验证,表明所建方程较好地反映了系统动态性能与其电磁参数、结构参数之间的关系.
参考文献：
[1]. 弹性连杆机构机电耦合的动态性能分析研究[D]. 梁洁萍. 武汉理工大学. 2003
[2]. 弹性五杆机构机电耦合动力学分析与研究[D]. 王湘. 广西大学. 2005
[3]. 发动机—发电机系统轴系机电耦合动力学研究[D]. 周晓蓉. 广西大学. 2012
[4]. 电动机—弹性连杆机构系统耦合动力学研究[D]. 李兆军. 华中科技大学. 2006
[5]. 直角坐标柔性机器人操作臂机电耦合动力学及振动特性研究[D]. 刘玉飞. 中国矿业大学. 2016
[6]. 电动机——弹性连杆机构系统动态响应研究[D]. 张晓斌. 广西大学. 2005
[7]. 递纸机构的机电耦合动态分析与研究[J]. 王湘. 轻工机械. 2008
[8]. 平面四杆机构截面参数优化设计[J]. 梁洁萍. 湖北工业大学学报. 2010
[9]. 多连杆伺服压力机动态性能分析与设计研究[D]. 陈岳云. 上海交通大学. 2008
[10]. 电动机-弹性连杆机构系统的动态方程及其响应[J]. 蔡敢为, 李兆军, 常平平. 固体力学学报. 2005
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