柔性机构运动可靠性分析理论、方法与仿真.pdfVIP

第2卷第2期 动力学与控制学报 voI．2，N。．2 2004年6月 Ju九．2O04 JOURNALOFDYNAMICSANDCONTROL ；i；；盆苗；；；盏警掌崔j篁誓；昌互=皇；；；；；；；；；昌；眚篁=；=宣；；；；；高；；篁崔=；：昌皇=；；；；； 篁；崔=昌笛警；=篁盏；：= 柔性机构运动可靠性分析理论、方法与仿真 于霖冲 白广忱 (北京航空航天大学能源与动力工程学院405教研室，北京lo0083) 摘要 由于柔性构件的变形不可忽略，含有柔性构件的机构可靠性研究需考虑柔性构件变形的影响．利用 多柔体假设的静力学、运动学和动力学分析，对含有柔性构件的机构进行随机因素的分析，确定随机变量， 建立可靠性分析模型，给出柔性机构动态可靠性(FMDR)的相关概念和理论，结合算例并与刚体假设的机构 可靠性计算进行了比较和验证． 关键词 多柔体，机构，运动可靠性，计算机仿真，柔性机构动态可靠性 究的必威体育精装版成果相结合，利用先进的计算机数值计算 方法，以求得在柔性机构可靠性研究方面的突破和 前 言 深入． 对于含有柔性构件的机构可靠性的研究，以往 1 FMDR的理论和方法 的处理方法是运动弹性动力学方法KED(Kineto— E1astioDynamicsAnalysis)．这种方法的基本原理柔性机构是指机构系统中至少含有一个弹性 是不考虑构件的弹性变形对其大范围运动的影响， 变形不能忽略的柔性构件的机械系统．柔性机构的 通过刚体动力学分析得到构件的运动性态，然后考 可靠性是指在规定的条件下和规定的时间内，机构 虑构件的惯量特性，再以惯性力的形式加到构件 承受载荷和完成规定运动功能的概率．柔性机构的 上，根据惯性力和系统的外力对构件进行弹性变形 失效模式可以分为两大类：强度失效和性能失效。 和强度分析．该方法的实质是将刚体动力学和结构 相应地，柔性机构的可靠性研究分为柔性机构静态 MechanismStaticReliabili． 动力学的结果简单的叠加，并没有考虑多柔体系统 可靠性FMSR(Flexible Mecha． 动力学的中变形产生的耦合[1，21．随着轻质、高速 ty)和柔性机构动态可靠性FMDR(Flexible nism 的现代机械系统的不断出现，构件在速度和柔度上 DynamicRel谊bility)．FMSR是指柔性机构在 不断加大，在惯性力的作用下，构件的变形也加大． 静态时承受载荷的强度、刚度和稳定性的可靠性； 在航空、航天和机器人等领域，大部分机构属于高 FMDR是指柔性机构在动态时承受载荷以及完成 速、轻质、高精密和大柔度的机械系统，由于其高精 规定运动功能的可靠性．其中，F泗R的研究是重 度和高可靠性要求，构件的变形已不能忽略，因此 点和难点，具有广泛的应用前景． 基于柔体假设的机构可靠性研究对提高机构的高 1．1 多柔体系统动力学的基本理论 可靠性和高效性具有重要意义．多柔体系统动力学 多柔体系统动力学的研究起步于上个世纪七 FMD(F1exible 十年代，观为美国Arizona大学校长的Peter．W． Mult