[发明专利]一种用于界定机构运动高速区域的判别方法

说明书

本发明公开了一种用于界定机构运动高速区域的判别方法，该方法包括以下步骤：选取对机构运动影响最大的振型频率作为机构固有频率；选取主频谱的频率代表运动频率；机构进行柔性多体动力学仿真，计算出不同运动频率特性运动曲线所对应的机构最大残余振动振幅；建立频率比和残余振动最大振幅之间的关系曲线；根据曲线，对机构系统作为柔性多体动力学系统进行设计分析和刚体动力学系统进行研究做出判定。本发明通过根据机构的驱动频率、机构的固有频率和机构的确定所研究机构的高速运动范围，避免了基于经验的设计方式存在的机构设计复杂、成本高和设计隐患。此外，本发明方法简单，提供了一种精确的用于界定机构运动高速区域的判别方法。

技术领域

本发明属于数字制造装备的机构设计技术领域，尤其涉及一种用于界定机构运动高速区域的判别方法。

背景技术

数字制造装备的机构设计领域存在两种设计分析方法：①将机构作为刚性多体动力学系统进行分析设计，即在设计分析过程中假定机构各部件不发生变形；②将机构作为柔性多体动力学系统进行分析设计，即在设计分析过程中考虑机构部件发生变形的影响，其中方法一较为简单，且有大量成熟的设计经验可以借用，设计成本相对较低，方法二较为复杂，需要考虑的设计因素较多，设计周期也相对较长，设计成本相对较高，实际的机构部件都是会发生变形的，方法一实质上是不考虑机构部件变形的动力学效应影响，考虑到成本等因素，大部分的数控装备采用假定机构为刚体动力学系统的方法一进行设计分析，基于高速动力学理论，当机构运动进入“高速”区域时，运动部件必须作柔性体假设，形成所谓的“柔性机构”(flexible mechanism)，此时，由于机构部件间间隙的存在及部件的刚体运动与其弹性变形耦合等问题，动力学模型将以变系数、非光滑、多非线性项甚至强非线性项组合的高维微分方程组形式出现，这给实际问题的解决带来很大的困难。

目前，在实际的产品设计过程中，设计人员往往基于经验来判定机构是否属于“高速”机构，即确定是否采用柔性多体动力学理论进行设计，这种基于经验的设计方式容易导致机构设计人员出现保守设计或激进设计的问题，要么增加了不必要的设计复杂性和设计成本，要么产品存在较大的设计隐患。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于界定机构运动高速区域的判别方法，旨在解决现有的设计人员基于经验判定机构是否属于高速机构，容易导致机构设计人员出现保守设计或激进设计的问题，增加不必要的设计复杂性和设计成本，使得存在较大的设计隐患的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种用于界定机构运动高速区域的判别方法，该用于界定机构运动高速区域的判别方法包括以下步骤：

选取对机构运动影响最大的振型频率作为机构固有频率；

选取主频谱的频率代表运动频率；

机构进行柔性多体动力学仿真，计算出不同运动频率特性运动曲线所对应的机构最大残余振动振幅；

建立频率比和残余振动最大振幅之间的关系曲线；

根据曲线，对机构系统作为柔性多体动力学系统进行设计分析和刚体动力学系统进行研究做出判定。

进一步，该用于界定机构运动高速区域的判别方法的具体步骤如下：

第一步，动态子结构模态振型的频率；选取对机构运动影响最大的振型频率作为机构固有频率，选取包含最高运动频率的1000倍以下的所有频率作为动态子结构模态振型的频率；

第二步，对机构的运动过程进行频率分析，选取主频谱的频率来代表运动频率；

第三步，对机构进行柔性多体动力学仿真，计算出不同运动频率特性运动曲线所对应的机构最大残余振动振幅；

第四步，以机构固有频率相对运动频率的比值为横轴，以运动频率特性所对应的机构最大残余振动振幅为纵轴，建立频率比和残余振动最大振幅之间的关系曲线；