Preskúmanie a analýza vplyvu závesnej medzery a flexibility komponentov na dynamické predstavenie1

Problém klírensu mechanizmu spôsobený výrobnými chybami a normálnym opotrebením počas prevádzky môže viesť k závažným zrážkam a vplyvom medzi podpriadenými prvkami pripojených komponentov. To zvyšuje dynamické napätie, opotrebuje prúty, zvyšuje elastickú deformáciu, vytvára hluk a vibrácie a znižuje celkovú účinnosť mechanického systému. Mnoho vedcov študovalo dynamiku paralelných mechanizmov s medzerami a flexibilitou závesu, ale stále je potrebná ďalšia hĺbková analýza.

Napríklad Bauchau a kol. Navrhla typickú metódu závesného závesu na opis flexibilných systémov viacerých telies pomocou kinematiky. Zhao a kol. diskutovali o vplyve veľkosti závesu na dynamický výkon robotov vesmírnych sérií. Chen Jiangyi a kol. Analyzovala dynamiku paralelných mechanizmov s medzerami v závese. Kakizaki a kol. študoval dynamiku vesmírnych mechanizmov s medzerami v závese, berúc do úvahy flexibilitu tyče. Baiyan a kol. Navrhoval a vytvoril dynamický model manipulátora tuhého flexibilného v prípade medzier závesu. Tieto štúdie poskytujú cenné pohľady na dynamiku paralelných mechanizmov s medzerami a flexibilitou.

Na riešenie problému klírensu mechanizmu sa vytvorí dynamický model mechanizmu s priepasťou závesu. Pretože pánty s medzerami sa zrazia počas pohybu a kovové časti majú elastické a tlmiace charakteristiky, používa sa model kontaktnej sily tlmenia nelineárnej pružiny a modifikovaný model trenia Coulomb. Model nelineárnej pružinovej tlmenia kontaktných síl vypočíta kontaktnú silu medzi závesným kolíkom a rukávom na základe modelu Hertzian Contact Model a zvažuje stratu energie spôsobenej tlmením. Modifikovaný model trenia Coulombov presne popisuje trenie od statického trenia po dynamické trenie, berúc do úvahy trenie Coulomb, statické trenie a viskózne trenie.

Pri analýze dynamických charakteristík mechanizmov s medzerami v závese je potrebné zvážiť flexibilitu komponentov. V softvéri ADAMS je možné flexibilné komponenty konštruovať pomocou troch metód: diskretizovanie flexibilného tela do viacerých tuhých telies, vytvárajú flexibilné telá priamo pomocou modulu Adams/Auto Flex alebo kombináciou softvéru ANSYS s Adams na vytváranie flexibilných komponentov. Tretia metóda je vybraná v tejto štúdii, pretože môže lepšie odrážať skutočný pohyb flexibilných telies. ANSYS sa používa na modelovanie flexibilných komponentov, vykonávanie modálnej analýzy a vygenerovanie súboru neutrálnych režimov, ktorý obsahuje rôzne parametre a informácie o flexibilnom členovi.

Na preukázanie analýzy sa ako výskumný objekt používa paralelný mechanizmus 3-RRRT. Modálna analýza sa vykonáva na vetvových reťazcoch mechanizmu pomocou ANSYS a výsledky sa v Adams premieňajú na flexibilných členov. Mechanizmus pozostáva z pevnej platformy, troch vetvých reťazcov a pohyblivej platformy. Každý vetvový reťazec sa skladá z tyčí, otáčajúcich sa pántov a pohybujúcich sa párov. Zohľadňuje sa flexibilita tyčí, zatiaľ čo iné komponenty sa považujú za tuhé telá. Ako jazdecká časť je nastavená jazdecká páry a mechanizmus je simulovaný pri nízkych a vysokých rýchlostiach.

Analýza ukazuje, že medzery v závese majú významný vplyv na rýchlosť a kontaktnú silu tuhých mechanizmov, zatiaľ čo flexibilita ovplyvňuje predovšetkým rýchlosť a zrýchlenie mechanizmu. Čím väčšia je závesná medzera, tým väčšia sa zmení amplitúda rýchlosti a zrýchlenia. Rýchlosť jazdy tiež ovplyvňuje dynamický výkon mechanizmu, pričom vyššie rýchlosti vedú k väčším zmenám a menšej stabilite. Bez ohľadu na ovplyvňujúce faktory však kontaktná sila, rýchlosť a zrýchlenie postupne dosahujú ustálený stav po zmene amplitúdy.

Záverom možno povedať, že dynamika paralelných mechanizmov s medzerami závesu a flexibilitou sú rozhodujúcimi úvahami pri návrhu a výrobe. Je potrebné zohľadniť flexibilitu veľkých priehybov komponentov a vôľu závesu nemožno ignorovať, najmä pre mechanizmy, ktoré fungujú pri vysokých rýchlostiach. Pochopením a riešením týchto faktorov je možné výrazne zlepšiť výkon a efektívnosť mechanického systému.