[发明专利]一种机构转动副间隙磨损程度及转动副薄弱环节确定方法

摘要

本发明提供一种机构转动副间隙磨损程度及转动副薄弱环节确定方法，机构包括至少一个转动部，每个转动部包括第一刚体i、第二刚体j和转动副，第一刚体i和第二刚体j通过转动副连接在一起，第一刚体i和/或第二刚体j还与其他运动副连接，转动副包括轴销和轴套，方法包括：对每一个转动部均进行如下处理：基于多体动力学理论建立机构的所有刚体在与刚体所连接的转动副以及其他运动副的约束下的多体动力学模型，建立转动副间隙多体动力学模型；通过对转动副间隙多体动力学模型进行数值求解，获得该转动副在一个运动周期内的间隙磨损深度。帮助设计者在设计阶段从结构安全的角度掌握机构不同转动副磨损程度的大小，确定机构薄弱环节。

主权项

1.一种机构转动副间隙磨损程度确定方法，其特征在于，所述机构包括至少一个转动部，所述转动部包括第一刚体、第二刚体和转动副，所述第一刚体和所述第二刚体通过所述转动副连接在一起，所述第一刚体和/或第二刚体还与其他运动副连接，所述转动副包括轴销和轴套，所述方法包括：对每一个转动部均进行如下处理：基于多体动力学理论建立所述机构的所有刚体在与所述刚体所连接的转动副以及其他运动副的约束下的多体动力学模型；建立该转动部的轴销和轴套的转动副间隙模型，在该转动副间隙模型的基础上表述该转动部的轴销和轴套在接触过程中的转动副作用力Fc；在所述多体动力学模型的基础上，加入该轴销和轴套在接触过程中的转动副作用力Fc的影响，建立转动副间隙多体动力学模型，所述转动副间隙多体动力学模型为包含机构转动副间隙影响的多体动力学机构模型；通过对所述转动副间隙多体动力学模型进行数值求解，获得该转动副在一个运动周期内的所述转动副的间隙磨损深度，将获得的所述转动副的间隙磨损深度用以表征该转动部转动副间隙磨损程度；建立所述机构的所有刚体在与所述刚体所连接的转动副以及其他运动副的约束下的多体动力学模型，包括：在笛卡尔参考坐标系下，所述机构的任一刚体i的qi广义坐标定义如下：qi＝[riT piT]Tri＝[x,y,z]Tpi＝[e0,e1,e2,e3]T其中，r_i、p_i分别表示欧拉参数下的刚体i的位移坐标和旋转坐标，刚体i的速度和加速度表示如下：其中，和分别为刚体i的位移坐标r_i对时间t的一阶导和二阶导，和分别为刚体i的旋转坐标p_i对时间t的一阶导和二阶导；所述机构的所有刚体在无约束下的多体系统运动方程为：其中，q＝[q₁^T,q₂^T,…,q_i^T,…,q_n^T]^T为所有刚体的广义坐标组成的广义坐标矩阵；M＝diag(M₁,M₂,…,M_i…,M_n)为所有刚体的质量组成的质量矩阵；M_i为刚体i的质量；g＝(g₁^T,g₂^T,…,g_i^T…,g_n^T)^T为所有刚体受到的广义力组成的广义力向量，包括作用在所述机构所有刚体上的外力和科氏力，g_i为作用在刚体i的广义力；为所有刚体的广义坐标对时间的二阶导数；将转动副的约束方程叠加到所述机构的所有刚体在无约束下的多体系统运动方程中：对于受约束的多刚体系统，其他运动副的约束方程为如下定义的一系列完整的代数约束方程：Φ(q,t)＝0；通过利用拉格朗日乘子将其他运动副的约束方程叠加到所述无约束的多体系统运动方程中，并写为矩阵形式，得到如下的所述机构的所有刚体在其他运动副的约束下的多体动力学模型：其中，λ为拉格朗日乘子向量，Φ_q为Φ对q的偏导，为对q的偏导，Φ_tt为Φ对时间t的二次偏导，Φ_qt为Φ先对q的偏导、然后再对时间t的偏导，γ为只和速度相关的加速项，为所有刚体的广义坐标对时间的一阶导数。