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基于单元化动平衡的曲柄群驱动机构动力学研究

王文将  
【摘要】:本课题是国家自然科学基金项目(51175313)“曲柄群驱动机构及其单元化动平衡研究”的子课题之一。曲柄群驱动机构在运动过程中由于构件自身质量引起的不平衡量导致了整个机器的振动,使得该机构上某些构件的精度和使用寿命降低了,而且还恶化了工作环境。为了提高或者说改善该机构的使用性能,就必须解决机构中存在的振动问题,即对该机构进行动平衡方面的分析研究。本文的主要研究工作为:(1)论述了曲柄群驱动机构中存在的动平衡问题,分析了此机构在运动过程中产生动不平衡的原因。结合该机构运动分布和结构形式的特殊性,提出了解决曲柄群驱动机构动平衡问题的“单元化动平衡”方法,解决了包括运动轴在内的曲柄群驱动机构惯性力平衡的问题。(2)论述了平面机构摆动力求解的条件以及摆动力平衡的基本理论,定义了曲柄群驱动机构中曲柄单元的概念,提出了一种利用曲柄单元快速实现该机构摆动力平衡的方法。接着以一般形式的曲柄群驱动机构为研究目标,采用线性无关向量方程组,求解得出了所加平衡块的具体参数,并且分析了这些参数对此机构动平衡的影响。最后举例说明了此方法求解摆动力的有效性。(3)设计了立卧两用的曲柄群驱动机构的虚拟样机。首先对主要构件以及辅助零部件进行了设计与建模。然后按照曲柄群驱动机构的实际运动进行了装配。三维样机模型建立完成之后,开始建立虚拟样机,定义零件单元为连杆,以及连杆之间的运动副,添加驱动,最后对曲柄群驱动机构的虚拟样机进行了运动仿真。(4)结合之前对曲柄单元动平衡的理论研究,在ADAMS软件中对曲柄单元进行了仿真分析。主要的研究目标是分析曲柄单元机构的水平方向摆动力、竖直方向摆动力以及摆动力矩在添加平衡质量块前后的变化。本课题的创新点在于以曲柄群驱动机构为研究对象,结合该机构结构形式和运动分布的特殊性,提出了“单元化动平衡”的思路来解决曲柄群驱动机构的动平衡问题,为以后类似平面机构的动平衡问题提供了一种较好的解决方法。本文还设计了一个满足传动轴在卧式和立式两种情况下运转的支撑架,为以后考虑重力因素对该机构动平衡的影响做了一定的研究基础。


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