并聯機構由于具有剛度大、精度高、承載能力強、可靈活實現空間姿態(tài)等優(yōu)點在航天模擬器、并聯機器人操作器、加工機械、食品包裝以及醫(yī)學領域等得到了廣泛的應用。球面副是空間并聯機構中比較常見的運動副之一,由于制造與裝配等因素,球面副中普遍存在間隙,球面副間隙會導致間隙處球面副元素之間的接觸碰撞,造成機構的振動與噪聲,惡化機構的動力學性能,因此有必要對含球面副間隙的空間并聯機構動力學特性進行研究。本文以4-UPS-RPU空間并聯機構為研究對象,對含球面副間隙空間并聯機構的動力學建模及動力學行為分析進行了系統(tǒng)的研究。主要研究內容如下:首先,建立了含球面副間隙4-UPS-RPU空間并聯機構的運動學模型,基于球面副間隙的幾何關系建立了間隙球面副的運動學模型,分別采用Lankarani-Nikravesh接觸碰撞力模型和修正的Coulomb摩擦力模型,建立了法向與切向接觸力模型,將間隙球面副之間的接觸力嵌入到理想球面副并聯機構的動力學模型,得到了含球面副間隙空間并聯機構的動力學模型。然后,基于龍格庫塔法對含球面副間隙空間并聯機構動力學方程進行了求解,分析了不同軌跡和不同球面副間隙值對動平臺質心點的位移、速度、加速度以及接觸力的影響。研究了不同間隙值對中心軌跡以及嵌入深度的影響,并且利用相軌跡、Poincare映射和Lyapunov指數等對含球面副間隙并聯機構混沌特性進行定性與定量的分析。最后,闡述了磨損的基本理論,對比分析了 Archard磨損模型和Reye's hypothesis磨損模型,并且基于Archard磨損模型,分別從滑移距離和接觸速度的角度建立了含間隙球面副三維磨損深度的模型,對比分析了不同間隙值下含球面副間隙空間并聯機構的三維磨損特性,為含球面副間隙并聯機構磨損的研究奠定了基礎。
【學位單位】：山東科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH112
【部分圖文】：

緒論??１９７５年ＭＡＮＳＯＵＲ等ｐ（）］提出了“分離－接觸”的二狀態(tài)模型，該模型指兩??運動副元素間的相對位置要么接觸要么分離，如圖１－２所示。??間隙的四桿機構為對象，進行了相關的實驗研究，對多種運動副間隙進行了建??模。ＤＵＢＯＷＳＫＹ等［２２］深入地研宂了二狀態(tài)模型，形成了一套比較完整的研宄??體系。Ｚｈａｎｇ等［２３］對含間隙３－ＲＲＲ平面并聯機構的動力學進行了建模，分析了??其動態(tài)特性。衛(wèi)江等［２４］以五桿機構為研究對象，根據含間隙運動副元素之間的??幾何關系，建立了機構的間隙模型，并采用Ａｄａｍｓ仿真方法，研究了運動副間??隙對該機構動態(tài)特性的影響。二狀態(tài)模型以牛頓力學為基礎建立運動方程，其??考慮物理參數影響，接近實際，模型較精確。但是，在進行數值積分時，首先??要確定運動副元素間的接觸分離狀態(tài)

線性自治系統(tǒng)中可能會出現混亂解，指出了非周期性與不可預測性之間的聯系，??并在１９７２年發(fā)表的“蝴蝶效應”一文中提出了混沌運動的一個根本特性（對初??始條件的敏感性），發(fā)現了第一個混沌吸引子一Ｌｏｒｅｎｚ吸引子，如圖１－４所示。??１９７１年，法國數學物理學家Ｄ．?Ｒｕｅｌｌｅ和數學家Ｆ．?Ｔａｋｅｎｓ聯名發(fā)表了著名論文??《論湍流的本質》，這是人們第一次用混沌來解釋湍流的形成機理。１９７５年，??李天巖和Ｊ．Ｙｏｒｋ共同發(fā)表了?“周期３蘊含混沌”?［３３］的論文，給出了第一個混沌??判定定理和混沌現象的數學描述，解釋了從有序發(fā)展到混沌的過程，首次將混??沌引入到動力學中。１９７７年，一場以混沌理論誕生為標志的混沌科研會議在意??大利召開，有力地推動了混沌研宄的進程。??４??

教授也針對該運動模型進行了相關的理論分析和總結［３＇??碰／趣段??圖１－３三狀態(tài)運動模型??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｈｒｅｅ?ｓｔａｔｅ?ｍｏｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??１．３含間隙機構動力學特性的研究現狀??１．３．１混沌基礎理論的發(fā)展??１９世紀末，法國著名的數學家、物理學家龐加萊（Ｈ＿ＰＧｉｎｃａｆｅ），從數學理??論的角度為依據，在對太陽系中各個行星天體的運動現象穩(wěn)定性進行研宄時，??發(fā)現即使是對于三個星體狀態(tài)的天體模型，仍然會產生明顯的隨機性，這就是??對混沌現象的初始認識，但是當時沒有意識到這是一種保守系統(tǒng)的混沌現象［３１］。??１９６３年，Ｌｏｒｅｎｚ在他的著名論文《確定性的非周期流》［３２］中指出：三階非??線性自治系統(tǒng)中可能會出現混亂解，指出了非周期性與不可預測性之間的聯系，??并在１９７２年發(fā)表的“蝴蝶效應”一文中提出了混沌運動的一個根本特性（對初??始條件的敏感性），發(fā)現了第一個混沌吸引子一Ｌｏｒｅｎｚ吸引子，如圖１－４所示。??１９７１年
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本文編號：2888170