基于反作用力响应盲区的重载夹持装置刚体动力学建模研究

作     者：汪辉辉 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何竞飞

授予年度：2011年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：夹持装置 反作用力响应盲区 动力学模型 摩擦约束方程 

摘      要：近年来,随着国家大战略工程的全面推进,我们国家的锻造操作装备得到了迅猛的发展,但是与发达国家在设计与制造水平上的差距也是显而易见的。重载夹持装置运动副的摩擦特殊性对机械系统动力学的影响是巨大的,从已有的参考文献来看,对于这方面的研究较少,并且经典机械系统动力学在处理运动副摩擦的时候也往往简化处理,使现有的研究结论与工程应用存在一定的差距。因此,本文针对上述问题展开研究,运用理论分析、模拟仿真与实验对照等方法,就反作用力响应盲区内各运动副反力的不确定性和经典刚体动力学模型的不完备性展开研究,主要内容和结论如下： 简要介绍了反作用力响应盲区的概念,分析了反作用力响应盲区对重载夹持装置动力学的影响,利用关联约束法分别对钳口夹持输出力以及钳口与锻件的接触力进行力学建模;找到反作用响应盲区是造成运动副反力不确定的原因以及经典刚体动力学存在缺陷的原因。 列出夹持装置在垂直夹持和水平夹持的摩擦状态表,根据动载荷的影响,对钳口各铰链的摩擦状态进行判断,确定处于反作用力响应盲区内的铰链;并对重载夹持装置刚体动力学模型进行修正,增加相应个数的摩擦约束方程,从而与经典动力学方程组成考虑反作用力响应盲区影响的完整动力学模型。 利用Matlab对重载夹持装置的运动副反力进行量化计算,求解出各铰链真实的受力情况,特别是处在反作用力响应盲区的铰链的受力情况以及运动副反力与摩擦圆相割的距离;利用ADAMS多体动力学仿真软件,对重载夹持装置的运动副进行虚拟样机仿真,将仿真结果与Matlab量化结果进行对比。 自主开发研制运动副反力测定实验台,在铰链周围均布3个称重传感器,每个传感器可得到一个铰链销轴径向力,再用平面汇交力系合成法则可以得到铰链的法向支持力,从而求出铰链的运动副反力。 最后,利用实验室自行研制的锻造夹持操作实验平台,对夹持装置个别铰链的运动副反力进行现场实验测试。实验结果表明,实验数据和仿真数据基本吻合,从而验证了重载夹持装置的刚柔体动力学模型的合理性和可行性,为该动力学模型运用到实际夹持装置中奠定了良好的基础。