针对撞击安全性试验中橇车的高速短距离阻拦需求,提出一种基于非密封型阻尼缓冲水缸与高强度柔性阻拦索的新型高速阻拦装置。从该装置的构成与工作原理出发,考虑阻拦索的弹性变形与活塞的惯性效应,建立阻拦过程的动力学模型,获得橇车加速度、水缸压力、阻拦行程等关键动力学参数的变化特征,并与试验数据进行了对比验证,证明了所建立的动力学模型能够较为准确地反映阻拦装置的动力学特征。基于该动力学模型,分析阻拦索刚度、阻尼孔分布形式、阻尼孔面积、活塞质量等参数对阻拦性能的影响规律,结果表明宜选用轻质高强的柔性绳索作为阻拦绳;选用大斜率双曲线型的节流孔分布方式,水缸的阻尼效果较好;节流孔面积、活塞面积在设计时应进行综合评估;在保证活塞结构强度的前提下,应尽量降低活塞的质量。

定子是内曲线液压马达关键零件之一,其曲线形状对液压马达的性能和使用寿命具有重要影响。针对等加速型内曲线液压马达在运行过程中存在冲击较大的问题,提出一种基于五次多项式运动规律的定子曲线设计方法。通过对液压马达功能模块的受力分析,建立液压马达输出扭矩与零速区段幅角的量化关系,并在此基础上对零速区幅角进行了优化,结果表明,当零速区段幅角为0.5°时,定子曲线扭矩脉动率最小;进一步建立考虑定子磨损的液压马达动力学模型,并采用数值计算方法对该模型进行仿真求解;最后,通过实验方法研究不同转速下液压马达的振动响应,验证了理论模型的正确性。

针对解算动力学方程时存在的约束违约问题,给出了一种将投影法与Udwadia-Kalaba方程相结合的方法。该方法将系统零阶、1阶广义变量的数值解向由约束方程定义的约束流形投影,进而获得数值解的偏移量,再将其转化为系统的约束力,并将其融入Udwadia-Kalaba方程,以达到抑制约束违约的目的。与仅考虑1阶约束方程的改进Udwadia-Kalaba方程相比,基于运动受限的工业机械臂的动力学模型仿真结果表明,该修正方法能有效提高系统广义变量及零阶、1阶约束误差的计算精度。

由于结构的特殊性,迟滞刚度和动态摩擦属于谐波齿轮传动的固有属性。传统模型将刚度考虑为定刚度或分段刚度模型,摩擦考虑为静态摩擦模型,这样的简化会导致谐波齿轮传动的动态分析精度下降。为了提高谐波齿轮传动的动态分析精度和传动性能,考虑非线性迟滞刚度和动态摩擦现象,提出了一种基于记忆特性迟滞刚度和LuGre动态摩擦的谐波齿轮传动动力学模型,建立了相应仿真模型,讨论了谐波齿轮参数对系统输出的影响。结果表明,“刚度迟滞现象”导致系统输出值减小,传动效率降低;传动刚度系数越大,系统越稳定;阻尼转矩系数越大,传动效率越低。

针对某款扫地机齿轮箱噪声过大的问题,在多体动力学软件RecurDyn中建立齿轮箱动力学模型,得到稳态工况下齿轮副的动态啮合力,分析了啮合力对箱体振动的影响;利用Ansys对箱体进行模态和动态响应分析,显示振动响应峰值主要集中在齿轮啮合频率的基频、倍频、2倍频处,激起了与齿轮副的共振噪声。为避开共振带,在不增加箱体空间的情况下提出优化齿轮几何参数和改进电动机装配处结构的方案,并对优化方案进行了噪声试验。结果表明,优化齿轮几何参数和对电动机装配处加筋的组合方案为最佳方案,整机噪声降低了约8.9 dB。研究对该类产品的优化设计和减振降噪具有一定的研究意义和参考价值。

对Delta型3D打印机多能域机、电耦合系统展开了动力学建模研究。利用旋量键合图在并联机器人动力学建模上的优势,构建了该打印机机械本体子系统的动力学模型,并结合传统键合图建立驱动子系统的动力学模型,获得打印机系统机、电耦合的全局动力学模型。对于给定的动平台运动轨迹,对比Adams数值仿真、Matlab理论计算以及实验实测驱动力结果,证明了该机构多能域系统动力学全解模型的正确性。该成果为后续动力学参数辨识以及动力学控制研究奠定基础,也为其他机械系统动力学建模提供了新思路。

提出一种双闭环5-DOF机械臂,该机械臂在((2-UPS)+U)PU构型的基础上增加闭环结构,得到新的拓扑构型2-UPS+((2-UPS)+U)PU,闭环结构的引入使得机构获得更高的承载能力且为拓扑新的构型提供了新思路。应用矢量链法,建立了机构的位置模型;推导了支链驱动速度、支链摆动角速度与运动平台广义速度Vo的映射,建立了机构的独立变量q与运动平台广义速度Vo之间的解耦矩阵;建立了机构支链中的摆动杆、伸缩杆质心速度与运动平台广义速度Vo之间映射,并基于虚功原理建立了机构的动力学模型,将推导的动力学模型变换成具有Lagrange动力学形式的动力学模型;在Adams仿真软件中建立该机构的虚拟样机模型,通过仿真验证了推导的动力学模型的正确性。

Udwadia-Kalaba方程为多体系统的动力学建模提供了一种新的思路。以双机械臂协同搬运物体为研究对象,针对Udwadia-Kalaba方程建模过程中存在的获取解析形式的约束关系和数值解存在误差的问题,给出了一种具有广泛意义的约束关系,并对Udwadia-Kalaba方程进行了改进。仿真结果证明了提出方法的有效性。

为了减小六自由度运动模拟平台电动缸电动机的耗能,一般采用再增加3个气缸的气源辅助式六自由度运动模拟平台。文中考虑气缸中气体压力随气缸的运动发生变化的影响,利用凯恩方程对气源辅助式六自由度运动模拟平台建立了动力学反解模型。文中建立的动力学模型结构紧凑,可以用于气源辅助式六自由度运动模拟平台的优化设计和控制算法等的研究中。

Delta并联机器人被广泛用于小物品的高速拣选和包装等。为了得到优良的性能,控制系统设计和机械结构设计时需要考虑动力学模型的影响。文中利用凯恩方程对三自由度Delta并联机器人建立了动力学反解模型。文中建立的动力学模型结构紧凑。在整个建模过程中,只是用到了动平台的位置、速度、角速度参数和主动转动副转角、角速度及角加速度,不需要求出被动臂(即空间平行四边形机构)的位姿参数、(角)速度和(角)加速度。