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变胞机构构态切换时的冲击问题分析与仿真研究 被引量：10
1
作者 宋艳艳 畅博彦 +2 位作者 金国光 魏展 李博 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第17期48-58,共11页
研究变胞机构在构态切换过程中的冲击问题。根据变胞机构的变胞方式,将构态切换时产生的冲击运动分为静冲击运动和动冲击运动两类。采用Newton-Euler方程分别建立变胞机构的静/动冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导... 研究变胞机构在构态切换过程中的冲击问题。根据变胞机构的变胞方式,将构态切换时产生的冲击运动分为静冲击运动和动冲击运动两类。采用Newton-Euler方程分别建立变胞机构的静/动冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出构态切换时变胞构件的静/动冲量求解模型。对变胞机构的静/动冲击动力学模型进行等效分析,分别求得变胞运动副处的冲量与静/动冲量之间的函数表达式,并以此为基础,结合树系统内部冲击动力学理论,建立变胞机构非变胞运动副处的冲量求解模型。以平面3自由度变胞机构和平面纸板折叠变胞机构为例,研究机构在构态切换时的冲击问题并进行数值仿真计算,分析不同输入特性和恢复系数对机构冲击运动的影响。所提理论与方法也适用于多体系统内部构件之间冲击问题的研究。 展开更多
关键词 变胞机构 构态切换 冲击运动 冲量求解模型
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面向精梳任务的高速变胞机构冲击动力学研究
2
作者 畅博彦 韩芳孝 +1 位作者 周杨 金国光 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期54-65,共12页
精梳机是生产高品质纱线的关键装备,高速化是其发展趋势。精梳机的钳板机构是典型的力/位组合约束变胞机构,高速运行时产生的钳口冲击力对钳板开闭口定时和须丛梳理质量影响很大,是制约精梳机转速提升的关键因素,但目前对钳板机构的冲... 精梳机是生产高品质纱线的关键装备,高速化是其发展趋势。精梳机的钳板机构是典型的力/位组合约束变胞机构,高速运行时产生的钳口冲击力对钳板开闭口定时和须丛梳理质量影响很大,是制约精梳机转速提升的关键因素,但目前对钳板机构的冲击动力学研究还很不够,对通过优化机构参数来降低钳口冲击力还缺乏一套系统的理论和方法。以力/位组合约束精梳机钳板机构为研究对象,基于机构学和多体系统动力学理论,对钳板机构的结构组成和工作构态进行分析,建立各子构态机构的运动学和动力学模型。基于接触碰撞理论描述钳板机构构态切换时上、下钳板的接触碰撞过程,建立钳口冲击力计算模型和计及冲击力作用的钳板运动规律求解模型,并与冲量方法相结合连同虚拟样机仿真验证所建模型的有效性。为了保证充分的钳板闭合时间以提高须丛梳理质量,研究不同机构设计参数对钳口回弹量和回弹时间的影响规律,为高效能精梳机转速的进一步提升提供理论依据。 展开更多
关键词 变胞机构 钳板机构 构态切换 接触碰撞力 动力学
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面向变胞机构动力学建模的变拓扑构型数学描述方法 被引量：5
3
作者 周杨 畅博彦 +1 位作者 金国光 梁栋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期49-61,共13页
针对变胞机构的变拓扑特性,以拓扑学和多体系统动力学理论为基础,提出一种可由变胞源机构动力学模型自动生成任意子机构动力学模型的建模方法。首先,从变胞机构的拓扑组成和所受约束角度出发,重新定义了变胞源机构的内涵,将变胞源机构... 针对变胞机构的变拓扑特性,以拓扑学和多体系统动力学理论为基础,提出一种可由变胞源机构动力学模型自动生成任意子机构动力学模型的建模方法。首先,从变胞机构的拓扑组成和所受约束角度出发,重新定义了变胞源机构的内涵,将变胞源机构向子机构的切换方式简化为构件数减少和构件数不变两种情况。其次,运用关联矩阵描述变胞机构的构态切换过程,提出实现构态切换所需的单位消元矩阵Ei,j、关系消去矩阵Ij和关联关系变化矩阵G,将变胞机构的拓扑结构变化转化为一系列的矩阵运算,并给出了统一的数学模型。最后,建立关联矩阵、Huston低序体阵列和通路矩阵三者之间的转换关系,结合R-W方法分析变胞机构子构态动力学模型的自动生成机理,以具有3个构态的闭环五杆变胞机构为例,建立变胞源机构动力学模型,通过编程自动生成所有子构态动力学模型,并对机构的动力学特性进行分析,验证所提方法的有效性和实用性。 展开更多
关键词 变胞机构 关联矩阵 构态切换 动力学 变拓扑
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平面约束变胞机构构态切换能力的概率评估模型 被引量：2
4
作者 孙本奇 杨强 +3 位作者 孙志礼 李树军 马宏坤 王若男 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期261-273,共13页
构态切换过程的力学调控机理和构态切换能力的定义及评价是变胞机构实现构态平稳切换的理论基础。考虑工程实际中的误差随机性问题,建立构态切换能力的概率评估模型是降低变胞机构运动功能失效概率的关键。基于多构态欠驱动约束变胞源... 构态切换过程的力学调控机理和构态切换能力的定义及评价是变胞机构实现构态平稳切换的理论基础。考虑工程实际中的误差随机性问题,建立构态切换能力的概率评估模型是降低变胞机构运动功能失效概率的关键。基于多构态欠驱动约束变胞源机构的结构组成原理建立了含变胞副的扩展Assur杆组模块化受力分析模型。根据变胞副的等效阻力梯度模型,完成了确定性条件下约束变胞机构构态切换的力学机理建模。进而,考虑系统内外部误差的随机性,建立了约束变胞机构构态切换时刻的可靠性评估模型。考虑构态切换相邻时刻运动功能失效的影响,利用系统可靠性理论提出了约束变胞机构构态切换的区间可靠度计算模型。最后,以折纸变胞机构为例,验证了提出的构态切换能力概率评估方法的可行性和有效性。为开展以获得高概率的构态切换重复执行能力为目标的约束变胞机构可靠性优化设计奠定了基础,同时对推进变胞机构的工程应用具有理论和实际意义。 展开更多
关键词 平面约束变胞机构 构态切换 概率 可靠性 等效阻力 变胞副结构
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面向构态切换稳定性的约束变胞机构可靠性优化设计方法
5
作者 杨强 孙本奇 +1 位作者 李树军 戴建生 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期22-37,共16页
为获得稳定、可靠的构态切换能力而开展可靠性优化设计是降低约束变胞机构运动功能失效概率的关键。基于多构态欠驱动约束变胞源机构的组成原理建立了含变胞运动副的扩展Assur杆组的模块化受力分析模型。根据变胞运动副的等效阻力梯度模... 为获得稳定、可靠的构态切换能力而开展可靠性优化设计是降低约束变胞机构运动功能失效概率的关键。基于多构态欠驱动约束变胞源机构的组成原理建立了含变胞运动副的扩展Assur杆组的模块化受力分析模型。根据变胞运动副的等效阻力梯度模型,考虑系统内外部误差的随机性,利用可靠性理论建立了约束变胞机构构态切换能力的概率评估模型。基于可靠性评估及可靠性灵敏度分析,提出了面向约束变胞机构构态切换稳定性的可靠性优化设计方法,进而针对可靠性灵敏度较高的结构参数随机变量的公差进行优化设计,使优化后的设计方案同时满足可靠性和经济性要求。最后,以折纸变胞机构为例,验证了提出的可靠性优化设计方法的可行性和有效性。研究工作为开展面向高概率的构态切换重复执行能力的变胞机构可靠性优化设计奠定了基础,同时对推进变胞机构的工程应用具有理论和实际意义。 展开更多
关键词 约束变胞机构 构态切换 可靠性 优化设计 可靠性灵敏度 变胞运动副
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基于综合性能指标的串联变胞机器人冲击性能优化 被引量：3
6
作者 宋艳艳 金国光 +2 位作者 畅博彦 魏展 李博 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第23期66-76,共11页
研究串联变胞机器人的构态切换平稳性问题具有重要理论意义和实用价值。基于Newton-Euler方程建立串联变胞机器人的冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出机器人构态切换时的冲量求解模型。在此基础上,针对机器人的... 研究串联变胞机器人的构态切换平稳性问题具有重要理论意义和实用价值。基于Newton-Euler方程建立串联变胞机器人的冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出机器人构态切换时的冲量求解模型。在此基础上,针对机器人的构态切换平稳性问题,从构态切换前的速度性能、构态切换时的冲击性能和构态切换时的动力学性能3个方面对机器人的冲击运动性能进行分析,并建立了相应的性能指标。通过分析影响性能指标的机器人参数,对上述冲击运动性能指标进行分类,并基于权重系数法,构建面向综合评价指标的参数优化设计模型。以平面3自由度变胞机器人为例,仿真分析机器人参数对冲击运动性能的影响,并对其进行优化设计。研究结果表明:通过改变杆件长度和初始构型可有效减小机器人构态切换时所产生的冲量,改善了机器人的冲击运动性能,有利于提升系统运行的稳定性和安全性。 展开更多
关键词 串联变胞机器人 构态切换 冲击运动 性能指标 参数优化
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