Zkoumání a analýzu vlivu flexibility mezery a komponenty na dynamickou performa1

Problém clearance mechanismu, způsobený chybami výroby a normálním opotřebením a roztržením během provozu, může vést k závažným kolizím a dopadům mezi podvody připojených komponent. To zvyšuje dynamické napětí, opotřebovává tyče, zvyšuje elastickou deformaci, vytváří šum a vibrace a snižuje celkovou účinnost mechanického systému. Mnoho vědců studovalo dynamiku paralelních mechanismů s mezerami závěsu a flexibilitou, ale stále je nutná další hloubková analýza.

Například Bauchau et al. navrhl typickou metodu clearance závěsu pro popis flexibilních systémů s více těly pomocí kinematiky. Zhao et al. Diskutovali o vlivu velikosti mezery závěsu na dynamický výkon robotů kosmické řady. Chen Jiangyi et al. Analyzoval dynamiku paralelních mechanismů s mezerami závěsu. Kakizaki et al. Studoval dynamiku kosmických mechanismů s mezerami závěsu, vzhledem k flexibilitě tyče. Baiyan et al. navrhl a zavedl dynamický model rigidního manipulátoru v případě mezer v závěsu. Tyto studie poskytují cenné poznatky o dynamice paralelních mechanismů s mezerami závěsu a flexibilitou.

Pro vyřešení problému mechanismu clearance je stanoven dynamický model mechanismu s mezerou závěsu. Vzhledem k tomu, že se během pohybu srážky s mezerami srazí a kovové části mají elastické a tlumicí vlastnosti, používá se nelineární model proudění kontaktních sil a modifikovaný model tření Coulomb. Model nelineárního pružinového tlumení kontaktní síly vypočítá kontaktní sílu mezi kolíkem závěsu a rukávem na základě modelu Hertzian Contact a zvažuje ztrátu energie způsobené tlumení. Modifikovaný model tření Coulomb přesně popisuje tření od statického tření po dynamické tření, s ohledem na tření Coulomb, statické tření a viskózní tření.

Při analýze dynamických charakteristik mechanismů s mezerami závěsu je nutné zvážit flexibilitu komponent. V softwaru ADAMS lze flexibilní komponenty konstruovat pomocí tří metod: diskretizace flexibilního těla do více tuhých těl, vytváření flexibilních těl přímo s Adams/Auto Flex modul nebo kombinování softwaru ANSYS s ADAMS pro vytváření flexibilních komponent. Třetí metoda je vybrána v této studii, protože může lépe odrážet skutečný pohyb flexibilních těl. ANSYS se používá k modelování flexibilní komponenty, provést modální analýzu a generovat režim neutrální soubor, který obsahuje různé parametry a informace o flexibilním členu.

K demonstraci analýzy se jako výzkumný objekt používá 3-RRRT paralelní mechanismus. Modální analýza se provádí na větvech řetězců mechanismu pomocí ANSYS a výsledky jsou přeměněny na flexibilní členy v Adams. Mechanismus se skládá z pevné platformy, tří větve řetězců a pohyblivé platformy. Každý větve řetězec je složen z tyčí, rotujících závěsů a pohyblivých párů. Zvažuje se flexibilita prutů, zatímco jiné komponenty jsou považovány za pevná těla. Řídící páry jsou nastaveny jako hnací část a mechanismus je simulován při nízkých a vysokých rychlostech.

Analýza ukazuje, že mezery v závěsu mají významný vliv na rychlost a kontaktní sílu tuhých mechanismů, zatímco flexibilita primárně ovlivňuje rychlost a zrychlení mechanismu. Čím větší je mezera závěsu, tím větší je amplituda rychlosti a zrychlení. Rychlost jízdy také ovlivňuje dynamický výkon mechanismu, s vyššími rychlostmi, což má za následek větší změny a menší stabilitu. Bez ohledu na ovlivňující faktory však kontaktní síla, rychlost a zrychlení postupně dosahují ustáleného stavu po podstupu amplitudové změny.

Závěrem lze říci, že dynamika paralelních mechanismů s mezerami závěsu a flexibilitou je zásadními úvahami při navrhování a výrobě. Je třeba vzít v úvahu flexibilitu velkých komponent pro vychylování a nelze ignorovat vůli závěsu, zejména pro mechanismy, které pracují při vysokých rychlostech. Pochopením a řešením těchto faktorů lze výrazně zlepšit výkon a účinnost mechanického systému.