含間隙副多軸電液振動試驗系統(tǒng)的動力學(xué)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，振動試驗在產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計以及可靠性、耐久性試驗方面起到了越來越重要的作用，其中多軸電液振動試驗系統(tǒng)是目前振動領(lǐng)域廣泛采用的試驗系統(tǒng)。多軸電液振動試驗系統(tǒng)在摩托車可靠性試驗中具有重要的應(yīng)用價值，通過在試驗臺復(fù)現(xiàn)摩托車的在路面上實際的行駛環(huán)境，進(jìn)而考核摩托車的質(zhì)量和壽命。試驗過程中，摩托車需要通過一套專用的夾具固定在試驗系統(tǒng)的臺面上，振動系統(tǒng)通過摩托車的前、后軸將運動和能量傳遞給摩托車。考慮到專用夾具中軸和軸承之間

2、存在間隙，振動試驗中轉(zhuǎn)動副間隙會導(dǎo)致運動的失真，引起沖擊動載荷，影響系統(tǒng)載荷傳遞，增加構(gòu)件的動應(yīng)力，甚至造成振動系統(tǒng)的破壞。因此本文對含間隙副多軸電液振動試驗系統(tǒng)的動力學(xué)特性展開深入研究，對多軸振動試驗系統(tǒng)的夾具設(shè)計和振動控制系統(tǒng)的開發(fā)有良好的工程應(yīng)用價值。
　　含間隙副多軸電液振動試驗系統(tǒng)的動力學(xué)建模。首先，從夾具的角度，優(yōu)先考慮夾具的重量和剛度，在試驗振動頻率范圍內(nèi)不會發(fā)生結(jié)構(gòu)共振。論文多軸電液振動試驗系統(tǒng)的激振頻率在80HZ

3、以下，通過有限元的分析方法獲得夾具的一階固有頻率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實驗的有效頻率范圍，因此，系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)不會受到由于結(jié)構(gòu)耦合共振產(chǎn)生的影響。其次，基于虛功原理詳細(xì)推導(dǎo)了間隙轉(zhuǎn)動副的一般動力學(xué)方程。針對多體系統(tǒng)的動力學(xué)方程，歸納總結(jié)出標(biāo)準(zhǔn)直接積分方法(DIM)的流程圖。分析了動力學(xué)方程的求解，研究了對轉(zhuǎn)動副間隙模型建模的兩種方式:連續(xù)接觸模式和非連續(xù)接觸模式，并基于廣義沖量-動量定律詳細(xì)推導(dǎo)了含間隙系統(tǒng)動力學(xué)模型。
　　正弦定頻振動激勵

4、下系統(tǒng)動力學(xué)特性研究。針對間隙對多軸電液振動系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的影響，建立了間隙轉(zhuǎn)動副數(shù)學(xué)模型?？紤]到基于Lankarani和Nikravesh新的非線性彈簧阻尼碰撞力學(xué)模型能夠反映碰撞過程中的能量損失行為，建立了干摩擦球面接觸和圓柱面接觸的法線方向的碰撞力和穿透深度之間的模型。同時，對轉(zhuǎn)動副間的摩擦力模型進(jìn)行研究，并將整個系統(tǒng)嵌入到機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件ADAMS中，進(jìn)行動力學(xué)仿真，分析了正弦激勵下不同激振頻率、相位差以及間隙尺寸對系統(tǒng)加

5、速度響應(yīng)的影響。通過分析運動副間隙對多軸電液振動試驗系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的影響，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測試驗系統(tǒng)在正弦激勵下的動力學(xué)特性。
　　隨機振動激勵下系統(tǒng)動力學(xué)特性研究。文中對基于LuGre間隙轉(zhuǎn)動副摩擦力進(jìn)行了研究，建立了帶潤滑間隙轉(zhuǎn)動副的碰撞力學(xué)模型?？紤]到軸和軸承處于接觸狀態(tài)時，接觸區(qū)會發(fā)生變形（穿透深度）從而產(chǎn)生接觸力，詳細(xì)研究了不同恢復(fù)系數(shù)條件下以及不同初始碰撞速度條件下碰撞中能量耗散的變化規(guī)律。最后，以典型的隨機激勵信號E1-

6、Centro地震波和Taft地震波作為輸入，相關(guān)系數(shù)作為評價指標(biāo)，研究兩種典型的地震波激勵下，間隙對系統(tǒng)波形復(fù)現(xiàn)精度的影響。
　　含間隙多軸電液振動試驗系統(tǒng)動力學(xué)特性實驗研究。根據(jù)實驗的需求，歸納了含間隙副多軸電液振動試驗系統(tǒng)的構(gòu)成，明確了搭建多軸電液振動試驗系統(tǒng)時存在的一些關(guān)鍵技術(shù)，并搭建了兩套振動試驗系統(tǒng)的硬件平臺和軟件平臺。在對正弦定頻激勵下系統(tǒng)動態(tài)特性響應(yīng)規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，在兩套系統(tǒng)平臺上進(jìn)行了相關(guān)的實驗研究，主要針對激振