针对装载机驱动桥轮边减速器齿轮系统的疲劳问题,开展了其动力学仿真与疲劳寿命评估。首先,基于刚体动力学与刚柔耦合动力学,分析了太阳轮与行星轮接触力的变化情况,并与接触力理论计算值对比,验证了模型的可信性;而后,将太阳轮考虑为柔性体,提取了齿根疲劳危险点的应力时间历程,对应力时间历程进行了峰谷抽取与小波去除,结合Goodman公式修正了平均应力的影响,编制了一维应力谱;最后,依据线性疲劳损伤累积准则对太阳轮齿根的裂纹萌生寿命进行了计算评估,并与实验结果进行了对比。结果表明,基于刚柔耦合动力学模型的太阳轮的裂纹萌生寿命为42709 h,与两次实验结果的相对误差分别为1.5%与3.7%,验证了评估方法的合理性,为齿轮系统的优化与抗疲劳设计提供了参考。

为了研究间隙铰链对舵面传动机构动态特性的影响规律,基于一种改进的变刚度法向碰撞力模型,计入杆件弹性因素,分别进行了不同间隙值(c=0、c=δ及c=1.6δ)、不同摩擦因数(0.06、0.08及0.1)工况下舵机角速度、角加速度的数值模拟分析。结果表明,因间隙影响,舵机动态输出角速度、角加速度均呈现明显的振荡现象,且角加速度较角速度振荡幅值更大;同时,在驱动载荷发生变化时,角速度、角加速度均存在较大的波动,但无间隙情况下的波动程度较有间隙情况下更大;此外,间隙铰链处摩擦因数越大,角速度和角加速度振荡幅值越大,并伴随高频振荡和延迟现象。

高分子材料领域的快速发展,促进了中低载荷齿轮传动中金属齿轮塑料化的趋势。塑料斜齿轮常被用于代替金属蜗轮与金属蜗杆进行啮合传动,但金属与塑料材料的各方面性能差异较大,塑料斜齿轮损伤形式复杂,其疲劳寿命难以预测。针对这一问题,基于Hertz接触理论和航天领域形成的相对坐标法,运用多体动力学软件RecurDyn建立金属蜗杆与塑料斜齿轮的刚柔耦合动力学模型,获得了塑料斜齿轮在对应加载工况下的瞬态应力值,作为Durability模块中塑料斜齿轮的载荷输入值;引用德国塑料齿轮标准VDI 2736中POM齿轮疲劳寿命与接触应力幅值关系,得到塑料斜齿轮材料的S-N曲线,并基于应力时间历程寿命计算准则,对塑料斜齿轮的疲劳寿命进行了分析。通过疲劳台架实验验证了该分析模型的准确性,为后续塑料齿轮疲劳寿命的研究提供了理论依据。

为了完善谐波齿轮刚柔轮系统装配与啮合过程中的力学响应及柔轮疲劳寿命研究,提出了一种基于刚柔耦合与瞬态动力学分析理论的刚柔轮系统装配与啮合分析方法,得到了更加准确与合理的谐波柔轮装配及啮合过程中柔轮的应力分布和疲劳失效位置;柔轮结构和材料参数变化对其疲劳寿命的灵敏度研究,指出了柔轮疲劳设计的关键参数,并进一步指出了柔轮的疲劳寿命尺寸效应具有敏感区间,据此建立了柔轮的疲劳寿命模型.结果表明,谐波齿轮刚柔轮系统的力学与疲劳寿命分析不能忽略装配与啮合过程的影响;柔轮的设计应该规避疲劳寿命尺寸效应的敏感区间,以提高谐波齿轮的使用寿命.

目前大多数塔式起重机的动力学建模研究的方法是将整机等效为多刚体系统,在综合考虑塔式起重机臂架的柔性变形和系统非线性运动的影响下,将臂架等效为Euler-Bernoulli梁并考虑自重和结构阻尼,基于拉格朗日方程建立了能够完整描述塔式起重机变幅、回转和起升运动的刚柔耦合动力学模型,并应用假设模态法得到了矩阵形式的离散方程。针对塔式起重机三种典型的运动形式,应用Maple数学软件对模型进行了数值求解,最后,为验证模型准确性,建立了ADAMS动力学仿真模型,将数值求解和仿真得到的重物的运动响应进行了对比。结果表明,建立的动力学模型可以较准确地反映塔式起重机的运动过程,而且还能近似地描述重物运动的响应,对跟踪重物的轨迹、研究重物的摆动规律也有重的指导意义。研究结果对研究大长细比臂架类工作机构的动力学响应也具有重的参考

目前针对轮式自行火炮的动力学仿真研究一般未考虑悬架系统的柔性影响,而轮式自行火炮由于行驶道路复杂、射击载荷巨大,较之民用汽车悬架横臂更易发生弹性变形和疲劳强度破坏。为了提高模型精确度,探究应力应变规律,基于多体动力学、有限元法、火炮发射动力学等理论建立了某型轮式自行火炮刚柔耦合整车模型。通过分析在不同工况下行驶和射击模型,最终获得悬架系统易发生损伤的位置、易发生损伤的工况以及最大应力应变等结果。研究表明轮式自行火炮动力学模型建立柔性悬架是有必要的,分析结果对自行火炮悬架系统的损伤机理分析、疲劳强度分析等有一定参考价值。

为了提高刚柔耦合机械臂的运动精度,抑制由柔性关节引起的振动。根据＂线性扭簧模型＂和有限元法,推导出机械臂柔性关节和杆件的动力学模型,找寻刚柔耦合机械臂关节阻尼参数与末端振动位移的关系。确定关节阻尼取值范围并将其作为设计变量,设计目标为机械臂的末端振幅,进行优化。使用ADAMS对已建立关节阻尼优化设计模型的刚柔耦合机械臂进行优化设计,得到最小振幅时最优阻尼。对比并分析机械臂高速和低速两种工况下的结果,并对机械臂进行附加强迫振动分析。验证了柔性关节对高速和低速机械臂末端运动精度均有不可忽略的影响,为带有柔性关节机械臂抑制振动,提高精度提供理论依据。

为了准确预测TY-2工程专用自卸车车架的疲劳寿命，提出了一种基于整车道路试验结合模态应力恢复的车架疲劳预测方法。基于有限元和试验模态分析，建立整车刚柔耦合动力学模型，并通过模型驾驶室地板加速度曲线与实车路试时采集的驾驶室地板振动加速度曲线进行对比验证了动力学模型的准确性。根据实际道路试验获得真实的激励输入，通过多体动力学仿真结合模态应力恢复理论，复现了柔性体车架所受的载荷信息。运用疲劳寿命分析方法预测了车架的疲劳寿命。结果表明该分析方法预测的疲劳寿命与工程自卸车实际情况吻合，对于车架结构的优化改进具有一定的参考价值。