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基于稳健设计的含间隙连杆机构精度概率分析

程强  
【摘要】:平面连杆机构是许多机械都广泛使用的运动机构。但是由于本身固有的结构原因,输出运动总是存在一定的结构误差。另外,构件的加工误差、运动副间隙、输入误差等因素也使机构的输出存在着机械误差。导致机械误差的因素往往具有随机性,因此,机构的输出误差也是随机量。 本文基于将机构输入误差和结构参数误差作为随机量来研究机构的稳健性分析与设计方法,考虑机构加工误差、运动副间隙、输入误差,从机构动力学角度出发,系统研究连杆机构运动学与动力学参数的稳健性分析问题。 考虑构件加工误差和输入误差的随机性,建立了矩阵形式的连杆机构精度概率分析模型,该模型避开了对机构输出表达式直接微分遇到的复杂数学运算,同时也解决了机构输出参数误差的相关性问题。 基于连续接触模型,将转动副中的间隙视作为一根无质量、长度等于径向间隙的刚性直杆,结合拉格朗日方程,推导出机构的动力学方程,通过数值积分,求得机构的间隙角参数。将连杆机构运动方程对时间连续微分,建立含间隙机构运动输出参数的一般矩阵表达式,避免了多次复杂的求导运算,进而求得动力学参数,并分析间隙数量、间隙大小、以及输入转速对机构动态特性的影响。 综合考虑导致机械误差因素的随机性,建立含间隙平面连杆机构精度概率分析模型。模型为分析间隙的影响,合理确定构件尺寸和间隙误差,客观地评价机构运动精度提供了一个定量的尺度,对于提高机械的工作可靠性和使用寿命具有重要意义。


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