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SimMechanics的變胞機構動力學分析范文

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SimMechanics的變胞機構動力學分析

《機械雜志》2014年第六期

1仿真結果及分析

執行仿真命令,應用Simulink機械仿真部件查看機構運動情況并收集數據,利用MATLAB中plot命令出圖,仿真結果如圖3~圖6所示。

由圖4可看出,滑塊的碰撞振動也會引起機構中其他桿件的微小振動,系統完成變胞后其他構件仍繼續運行,且變胞機構發生構態轉換后主動桿件變為驅動單自由度機構,其運行速度減緩。圖5清晰的表明了變胞機構運行過程中的兩個構態關系。圖中滑塊運動近乎停滯的部分即為構態2,此時刻由于滑塊與擋板的碰撞阻礙了滑塊的運動,因而達到了構態轉換的效果。

從速度仿真結果可看出,變胞機構在變胞過程實際為一個碰撞振動的過程,碰撞不僅引起滑塊在擋板附近發生振動,還會相應引起機構所有桿件的振動,很明顯,變胞機構的全構態運行中,運行越平穩,機構穩定性越好,因此,如何抑制變胞機構在構態轉換時發生的沖擊振動,是變胞機構研究的一個重要課題。

為研究機構自身初始條件的改變對變胞機構構態轉換過程的影響,將機構初始條件改變為l1=0.1m,l2=0.08m,l3=0.04m,其他條件不變,得到新的仿真圖像如圖7~圖9所示。由仿真圖可見,當改變變胞機構桿長時,變胞機構處于第二構態的時間明顯增長(碰撞振動時間),且振動幅度減弱,因此改變變胞機構的桿件長度,可有效抑制變胞機構的振動。

為研究系統驅動力的改變對變胞機構構態轉換過程的影響,現將變胞機構的驅動力矩增大M=-1N•m,F=1.5N,其他條件不變,得到仿真圖像如圖10~圖12所示。由仿真結果可知,當改變變胞機構的輸入(激勵),使得驅動力增大,在此條件下經仿真計算可知,此時變胞機構處于第二構態的時間將縮短,但通過放大變胞時刻速度圖像可知,此時振動也較強。因此,改變變胞機構的輸入條件,也可以有效抑制變胞機構的碰撞振動。

2結論

通過對五桿變胞機構進行動力學仿真,從結果可看出,變胞機構的碰撞振動會引起機構內全部桿件的振動,給機構帶來不穩定的因素,使得運動不平穩,因此,尋求方法來抑制變胞機構構態轉換時振動沖擊引起的影響尤為重要。經試驗研究證明,當改變變胞機構的初始桿長時,機構在運行過程中的沖擊會明顯減弱,同樣,改變機構的輸入時,變胞機構的沖擊振動也會發生變化。因此,改變初始條件和系統激勵可以有效抑制變胞機構的沖擊振動影響。

仿真實驗還證明,當變胞機構的桿長發生變化時,變胞機構處于第二構態(單自由度)時間明顯增長,當機構驅動力改變時,第二構態時間明顯減少,因此,改變機構的初始條件,也可以有效影響變胞機構兩構態的運動時間。

作者:房書繼王黎斌單位:杭州市特種設備檢測研究院

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