考虑铰链运动副间隙的机构运动可靠性分析模型
ANALYTICAL MODEL OF MECHANISM MOVING RELIABILITY TAKING ACCOUNT OF KINEMATICS JOINT GAP
黄 玮 冯蕴雯 吕震宙 冯元生
(西北工业大学航空学院,西安710072)
HUANG Wei FENG YunWen LU ZhenZhou FENG YuanSheng
( School of Aeronautics , Northwestern Polytechnical University , P. O. Box 120 , Xi′an 710072 , China)
摘要 针对高速运动机构的特点,补充考虑铰链式运动副间隙的机构运动可靠性分析模型,并以曲柄滑块机构为例,应用非连续接触模型和连续接触模型,详尽分析运动副径向间隙和销轴位置的不确定性因素对机构运动可靠性的影响。
关键词 机构 可靠性 运动副间隙
中图分类号 TH112 TB114. 3
Abstract:The objective is to supplement the analytical model of mechanism moving reliability taking account of kinematics joint gap focusing on high velocity motion mechanism. Based on the theories of reliability engineering and mechanism probability design , the kinematical accuracy reliability for slider crank mechanism taking account of kinematics joint gap are analyzed by the continual contacting model and the non2continual contacting model. As an example , the study about slider2crank mechanism is provided to show the relationship between joint gap and kinematical reliability of mechanism.
Key words Mechanism; Reliability ; Joint gap
1 引言
机构运动可靠性是机构系统或部件在规定使用条件下,规定时间内完成规定运动功能的能力。实际机构的运动规律是由构成机构的各构件的几何形状和尺寸、质量、材料性能及作用在机构上的驱动力和工作阻力等因素决定的。对同一类机构,由于制造误差、装配误差、使用时工作阻力、动力源及维护保养等差异存在,它们的运动参数不尽相同;即使对同一机构,随着使用地点、环境及使用时间的变化也是一个变量。所以,在上述影响因素为随机变量的情况下,机构运动规律的输出参数也是一个多元随机变量。机构运动可靠性分析的主要任务是建立机构性能输出参数与影响机构性能输出参数变化的主要随机变量间函数或相关关系的数学模型。
关于机构运动较为系统的分析与研究,可追溯到1966 年勃鲁也维奇等人的工作;而从概率统计学的角度对机构运动的精度进行分析与综合,则起始于20 世纪80 年代中期,以色列学者Sandler B Z[1 ] 对齿轮机构和凸轮机构等的运动精度和动力精度作了深入的研究; Lee S J [2 ] 对机构运动链中的速度和加速度的概率特性进行了分析。近年来,国内在机构运动精度可靠性方面亦开展了许多工作[3～11 ] ,徐卫良等利用蒙特卡罗方法对空间机构中运动副间隙的概率特性进行数值模拟分析;史天录[3 ] 首次明确归纳出机构运动精度可靠性分析的基本原理。然而与机构的刚度可靠性问题研究相比,有关机构运动可靠性问题的研究还较为薄弱,其理论上也不尽完善,目前仍有许多问题尚未很好解决。
Lee S J 在1991 年提出“有效长度”理论,建立铰链式运动副非连续接触的可靠性分析模型;而本文认为非连续接触模型只适用于低速运动的机构。因此,本文针对高速运动机构的特点,补充建立与之相适应的运动副连续接触的可靠性分析模型,并以实际工程中典型的曲柄滑块机构为例,根据机构运动可靠性分析理论,应用非连续接触模型和连续接触模型详尽分析运动副径向间隙和销轴位置的不确定性因素对机构运动可靠性的影响。
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6 结论
本文根据机构运动可靠性分析理论, 将“有效长度”理论应用到曲柄滑块机构的运动可靠性研究中,建立铰链式运动副连续接触的可靠性分析模型。考虑铰链式运动副径向间隙的机构输出运动偏差的方差公式,即把构件基本尺寸误差的方差再叠加铰链运动副局域坐标的方差和径向间隙的方差。这样,在求解机构运动输出误差时,不仅考虑了构件基本尺寸的制造误差,而且又考虑了铰链运动副的径向间隙。
根据算例可以看到,虽然铰链运动副的径向间隙很小,但会使机构运动精度可靠性明显降低,严重影响机构输出运动,不可以忽略不计。而且对于高速运动机构,应用连续接触模型分析,铰链运动副的径向间隙对机构运动精度可靠性的影响更大。
