转动副间隙对精密机构非线性动力学影响分析

陈宇 奚圣贤 邱睿 肖宇婷

摘要：为了深入研究含间隙转动副机构的动态特性，基于多体动力学理论、Hertz接触理论和库伦摩擦理论，提出一种含间隙机构动力学建模方法。将多体系统动力学方程与非线性接触碰撞模型相结合，并考虑碰撞体之间的切向摩擦作用，建立了含间隙多体系统的非线性动力学模型。在重力场作用下对不同非线性接触碰撞过程进行仿真计算，并详细讨论了模型参数对接触碰撞过程的影响，在此基础上，对间隙与机构动态特性响应关系进行比较和分析。研究表明，含间隙非线性碰撞多体动力学模型能够有效地描述含间隙机构的动态特性，在工程实际应用中，有利于进行机构的性能评价、结构设计优化等。

关键词：转动副间隙;连续碰撞;能量损失;动态特性

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：2095-7394（2021）06-0067-12

现代工业发展的趋势是高精度、高可靠、高寿命，这对大力发展能够广泛用于复杂工况的精密机构提出了更高要求[1-2]。转动副是精密机构重要的组成部分，而转动副间隙会造成轴与轴承之间发生接触、碰撞以及磨损，这必定会引起机构产生振动现象，进而影响精密机构的运动精度[3-4];因此，建立转动副间隙特征，并分析其对精密机构的动态特性影响具有重要意义。

当前，国内外学者针对含间隙机构动力学建模与分析问题进行了大量研究，例如：白爭锋等人[5]考虑转动副连续接触碰撞特征，提出了一种非线性接触……