含凸轮机构的机械系统的振动控制研究综述_姚燕安
机械系统的非线性振动与失稳特性研究
机械系统的非线性振动与失稳特性研究引言：机械系统是工业和工程领域中常见的构件，涉及到振动问题。
研究机械系统的非线性振动和失稳特性对于提高系统的稳定性和性能至关重要。
本文将介绍机械系统的非线性振动和失稳特性的研究进展，探讨其对工程应用的意义。
一、机械系统的非线性振动非线性振动是机械系统中普遍存在的现象。
传统的线性振动理论只能适用于一些简单的情况，而当系统受到非线性力的作用时，振动特性会发生明显的变化。
非线性振动包括周期性振动、亚谐波振动、超谐波振动等，这些振动形式都与非线性力的作用有关。
非线性力来源于机械系统的各种耦合效应和部件间的摩擦、接触、撞击等物理现象。
当系统受到非线性力的作用时，振动幅值和频率会发生变化，甚至出现失稳现象。
因此，研究机械系统的非线性振动特性对于评估系统的性能和安全性具有重要意义。
二、机械系统的失稳特性失稳是机械系统中一种重要的现象，它表现为系统振动幅值的增长和频率的变化，最终导致系统的破坏。
失稳常见于高速旋转机械、桥梁、飞机和车辆等系统中。
研究机械系统的失稳特性有助于提前预警系统的故障，从而采取相应的措施避免危险的发生。
失稳现象的原因主要包括系统结构的不稳定性和非线性力的影响。
结构的不稳定性是指系统平衡态的不稳定性，例如杆件的屈曲、轴承的摩擦力小于激励力等。
非线性力的影响主要体现在弹性变形、摩擦、干涉等方面。
这些因素共同作用导致了机械系统的失稳。
三、机械系统的非线性振动与失稳研究方法研究机械系统的非线性振动与失稳特性有多种方法，其中常用的方法包括数值模拟、实验测试和理论分析。
数值模拟是一种常用的研究方法，通过建立机械系统的数学模型，利用计算机软件对系统进行仿真。
数值模拟可以模拟机械系统的振动和失稳过程，对系统的性能进行评估和优化设计。
实验测试是研究机械系统振动特性的重要手段。
通过在实验室或实际工程中搭建实验台架，采集振动信号并进行分析，可以获取系统的振动特性和失稳情况。
实验测试不仅可以验证数值模拟结果的准确性，还可以为实际工程提供参考。
机械系统动力学中的振动控制与减振技术研究
机械系统动力学中的振动控制与减振技术研究引言：振动是机械系统中普遍存在的现象，不仅会引起噪音和动态特性损失，还可能导致系统的失效与破坏。
因此，研究机械系统中振动的控制与减振技术成为了工程界的重要课题。
本文将探讨机械系统动力学中的振动控制与减振技术。
1. 振动的起源及影响振动是机械系统中由不平衡力、激励力或固有特性引起的周期性机械运动。
在实际应用中，振动往往会带来一系列的问题。
首先，振动会引起噪音，并造成对人们身心健康的困扰。
此外，振动还会导致机械系统的疲劳、磨损和损坏，降低系统的寿命。
因此，控制和减振机械系统中的振动至关重要。
2. 振动控制方法为了控制机械系统中的振动，人们提出了各种各样的控制方法。
其中，最常见的方法包括：（1）主动控制：通过激励力或力矩来控制机械系统中的振动。
主动控制方法可以根据系统的动态响应实时调整激励力或力矩的大小和方向，以有效地减弱振动。
（2）被动控制：通过在机械系统中引入特定材料或装置，吸收、分散或反射振动能量，从而减弱振动。
被动控制方法主要基于材料的阻尼和刚度特性，对系统进行固有频率的调整。
（3）半主动控制：主动控制和被动控制的结合。
半主动控制方法利用控制系统来调节结构参数，实时调整结构的刚度和阻尼，以减弱振动。
3. 减振技术的研究为了更好地控制和减振机械系统中的振动，研究人员们不断推动减振技术的发展。
其中，以下几个方向值得关注：（1）材料研究：开发具有高效阻尼特性的材料，以吸收振动能量。
（2）结构优化：通过对机械系统的结构进行优化设计，提高系统的刚度和阻尼，从而减小振动。
（3）智能控制：引入智能算法和传感器技术，实现对机械系统动态响应的实时监测和调节，以更精确地控制振动。
（4）数值模拟与仿真：利用计算机模拟与仿真技术，对机械系统的振动行为进行预测和优化设计。
4. 振动控制与减振技术的应用振动控制与减振技术广泛应用于各个领域。
例如，在飞机设计中，通过优化飞行器的结构和控制系统，减小机翼的振动，提高飞行的平稳性和安全性。
插床机构的分析与设计
构综合
蔡逆水 邹慧君 王石刚 亢金月 ( 上海交通大学) 摘要: 本文探索了把人工神经网络与优化方法相 结 合起来综合一个合适的连杆机构, 来实现用户要求的曲 线 运动轨迹。作为实例, 着重讨论了平面铰链四杆机构的 设
计方法。
关键词: 人工神 经网络, 优化技 术, 连杆机 构, 连 杆 曲线。
全平衡转化为球面开链摆动力的完全平 衡。文 中导出了二
副构件进行质量矩替代的前提条件与公 式, 球面开链摆 动 力的完全平衡条件。最后以一种单自由度两环 球面机构为
例, 导出了其摆动力完全平衡条件。 关键词: 球面机构, 摆动力平衡。
图 3 表 0 参 3
《机械设计》62 20
97- 8- 8 基于人工 神经网络和 优化技术 的连杆 机
式中: yc —— 滑块 5 在固定导路 y- y 上的位置;
4 ——连杆 B C 的转角。
求解后, 可得下式:
4=
arccos〔2( cos
3-
1+ sin 2
)〕
( 8)
4=
s in 3 2 3 s in 4
( 9)
式中: 3 ——连杆 B C 的角速度。
滑块 5 的位移方程为:
《机械 设计 》199 7№8 文摘 页 45
97- 8- 1 含凸轮机 构的机械系 统的振动 控制研 究 综述
姚燕安 张 策( 天津大学) 摘要: 对含凸轮机构的机械系统的振动及其控制 技
2
x =
l3 2
( 1+
sin
) = 93. 3m m
参考文献
1 孟宪源 . 现代机构手册 . 北京: 机械工业出版社, 1994 2 华大年 . 机械原理 . 北京: 高等教育出版社, 1994 3 黄锡恺, 郑文纬 . 机械原理 . 北京: 高等教育出版社, 1994
机械系统的振动控制与稳定性研究
机械系统的振动控制与稳定性研究摘要：机械系统的振动控制与稳定性是当今工程领域中的热门研究课题。
本文主要就振动控制与稳定性的概念、原因和方法进行阐述，并通过实例来说明其在实际工程中的应用。
一、引言机械系统的振动控制与稳定性是机械工程领域的重要课题。
振动是机械运动中不可避免的现象，但过大的振动会对机械系统的稳定性、使用寿命和工作效率产生不利影响。
因此，研究机械系统的振动控制与稳定性对提高机械制造的水平具有重要意义。
二、振动的概念和原因振动是物体在外力作用下产生的周期性运动。
机械系统的振动主要由以下几个因素引起：1. 不平衡质量：机械部件的不平衡质量会造成周期性的振动；2. 激励力：外界激励力对机械系统的振动也有重要作用；3. 参数失调：机械系统中的参数失调会导致系统振动的不稳定；4. 耦合效应：机械系统中的耦合效应也会对振动产生影响。
三、振动控制方法机械系统的振动控制主要通过以下几种方法进行：1. 减振器的应用：通过在机械系统中安装减振器，可以有效地吸收和消除振动能量，从而降低振动的幅值；2. 结构优化：通过改变机械系统的结构设计，减少振动源和传播路径，提高系统的刚度和稳定性；3. 主动振动控制技术：利用传感器和执行器对机械系统的振动进行实时监测和控制，采取主动干预的方式来减小振动；4. 被动振动控制技术：利用能量吸收材料和装置对机械系统的振动进行消耗和减弱。
四、振动控制与稳定性在实际工程中的应用振动控制与稳定性的研究在实际工程中有着广泛的应用。
以飞机为例，飞机在飞行时会受到来自发动机、空气动力学效应等多种振动源的影响，而这些振动会影响到乘客的舒适度和安全性。
因此，研究如何控制和稳定飞机的振动成为了航空工程中的重要研究方向。
类似地，在汽车制造和桥梁设计中也需要对振动进行控制和稳定性分析，以提高乘客的舒适度和结构的安全性。
五、振动控制与稳定性研究的挑战与前景目前，虽然在振动控制与稳定性的研究领域已经取得了一些重要的成果，但仍然面临着一些挑战。
结构振动疲劳技术姚起杭老师公开课获奖课件
a p
N
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便可得到试件
期望寿命tR为
tR
Na f0
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a 2
2 y
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取Na=1，即与Crandall有关初次穿越成果相似。 某些设备、系统在振动作用下与否发生功能失灵，将重要取决于它持
续经受振动响应峰超过阈a次数（时间）与否抵达期望寿命值，由于这种破坏 可逆性，振动一旦停止或减少到阈值a如下设备又能正常工作。因此在一般振 动环境试验中检查设备、系统在其使用振动环境作用下与否失灵就取它们使用 中发生较大振动量值最长持续时间（对于飞机这一时间一般不会超过30分钟） 来进行检查性试验。
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一下面简介振动疲劳技术总结了笔者在 这方面研究和应用成果，将从定义到分析 措施、设计措施、试验技术等方面给出完 整使用措施以便工程人员直接掌握应用， 应当指出在老式疲劳问题中有很大一部分 本来就是振动疲劳向题，应当改按本文简 介措施进行处理，才能更好符合客观实际 并发明更好经济效益。
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1.2 构造振动疲劳问题提出 蒸汽机车发明后，十九世纪中叶，人们发现机
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2.2 构造振动疲劳寿命计算 计算构造振动疲劳寿命关键问题是： • 振动应力计算尤其是随机振动作用下 局部构造振动响应应力计算； • 合用振动疲劳曲线。
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2.2.1 随机振动应力计算 计算措施有：
1）多种商用程序； 2）经验措施：如波音企业疲劳手册中给出某些
加强蒙皮——壁板构造动态疲劳应力计算经验 公式；
1）振动疲劳属于常规疲劳问题一种分支，其另一部分 可以称之为静态疲劳问题。
2）声疲劳及冲击引起疲劳都是由于激起构造共振而产 生疲劳，可以统一为振动疲劳问题或称为动态疲劳。因此声 疲劳除载荷形式不一样样外其计算和试验技术也完全可以和 振动疲劳同样。
机械系统振动控制与优化设计
机械系统振动控制与优化设计机械系统振动是一个重要的研究领域，因为振动会导致许多问题，包括能量损耗、噪音、结构破坏甚至设备故障。
因此，振动控制和优化设计成为提高机械系统性能的关键技术。
首先，我们需要了解振动的基本概念和特性。
振动是机械系统在运动过程中产生的周期性摆动或波动。
它可以分为自由振动和受迫振动。
自由振动是系统不受外界作用而自行振动的情况，受迫振动则是系统受到周期性外力的驱动而振动。
振动的特性包括振幅、频率和相位等，这些特性对系统的性能和稳定性有着重要影响。
在机械系统的振动控制方面，最常见的方法是使用减振器。
减振器可以通过消除或减小振动幅度来降低系统振动。
其中，自动减振器是广泛应用的一种技术。
它采用感应器或控制器来实时监测系统的振动状态，并根据实际情况调整阻尼或刚度以减小振动。
这种方法具有实时性强、响应速度快的优点，可以有效地减少系统振动。
除了减振器，优化设计也是振动控制的重要方法。
在机械系统中，结构的刚度和质量分布是影响振动的关键因素。
通过调整结构的参数和布局，可以减小系统振动。
在优化设计中，最常用的方法是有限元分析。
有限元分析可以通过将结构划分为多个小元素，近似计算每个元素的应变和位移，从而得到整个系统的振动特性。
通过对有限元模型进行优化，可以找到最优的结构参数，从而达到振动控制的目的。
此外，振动控制还需要考虑系统的耦合效应。
在机械系统中，不同部件的振动相互影响，形成多自由度的振动系统。
为了控制和优化这种复杂的振动系统，我们需要使用多变量控制和优化方法。
多变量控制方法可以同时调节系统的多个参数，从而实现更好的振动控制效果。
综上所述，机械系统振动控制与优化设计是一个综合性的研究领域，涉及到振动理论、控制技术和优化方法等多个方面。
通过合理选择减振器、优化设计结构参数和采用多变量控制方法，可以有效地降低机械系统的振动，提高系统的性能和稳定性。
在未来，随着科技的不断进步，振动控制与优化设计的技术也将不断发展，为机械系统的发展和应用带来更多的可能性。
机械振动控制技术及其应用研究
机械振动控制技术及其应用研究近年来，随着科技的不断发展，机械振动控制技术逐渐成为一个备受研究者关注的领域。
机械振动是指机械系统在运行过程中产生的震动和振动现象，它不仅会对机械设备正常运行造成干扰，还会影响到设备的寿命和安全性。
因此，研究和应用机械振动控制技术，能够提高机械设备的可靠性和使用寿命，对于促进工业生产和提高生活质量具有重要意义。
一、机械振动的成因及危害机械设备在运行过程中会产生震动和振动。
这些振动主要来源于不平衡、偏心、弯曲和轧制等因素。
不平衡是指机械设备转子上存在质量偏心引起的不平衡力，这种不平衡力会导致设备的振动加剧。
偏心是指轴心和质心之间存在一定的偏离，造成设备的振动。
弯曲和轧制则是因为机械设备的结构和材料问题引起的。
这些因素的存在会导致设备的振动加剧，进而影响到机械设备的正常运行。
机械振动给设备带来的危害不容忽视。
首先，振动会加速设备的磨损和疲劳，降低设备的使用寿命。
其次，振动会造成机械设备的结构破坏，使其损坏甚至发生故障。
此外，振动还会产生噪音，影响工作环境和人们的生活质量。
因此，研究和应用机械振动控制技术是非常必要的。
二、机械振动控制技术的发展随着科技的不断进步，机械振动控制技术也得到了快速发展。
目前，机械振动控制技术主要包括被动振动控制和主动振动控制两种形式。
被动振动控制是指通过结构设计和材料选择等方法，减小机械设备振动的控制方式。
例如，增加结构刚度、采用减振材料等，可以有效地减小机械设备的振动。
被动振动控制技术是目前应用较广泛的一种方法，可以有效地降低设备的振动强度。
主动振动控制是指在机械设备上安装振动传感器和执行器，通过传感器检测振动信号，再通过执行器产生与振动信号相反的力或力矩，来控制和减小机械设备的振动。
主动振动控制技术具有实时性强、控制效果好等优点，但是其应用相对较少，主要是因为其成本较高、技术难度较大。
三、机械振动控制技术的应用随着机械振动控制技术的不断发展，其在工业生产中的应用也逐渐扩大。
机械系统的振动控制
机械系统的振动控制机械系统的振动控制是指通过一系列技术手段来减小或消除机械系统在运行过程中产生的振动。
振动是机械系统常见的现象，不仅会降低机械系统的工作效率，还会导致设备磨损、噪音污染等问题。
因此，对机械系统的振动进行控制是非常重要的。
一、振动的成因机械系统的振动主要来源于以下几个方面：1. 静不平衡：机械系统中的零件质量分布不均匀，导致旋转或运动过程中的离心力不平衡，引起机械振动。
2. 动力激振：机械系统在工作过程中所受到的外力激励，例如激振源、不平整路面等，会使机械系统产生振动。
3. 结构强制振动：机械系统在工作过程中，由于其自身固有频率与外力激励频率接近或相等，出现共振现象，引起强制振动。
二、振动控制的方法为了降低或消除机械系统的振动，可以采取以下几种控制方法：1. 动平衡：通过在机械系统上添加平衡质量，使旋转或运动过程中的离心力平衡，从而减小或消除静不平衡带来的振动。
动平衡是一种常见且有效的振动控制方法，可应用于各种旋转机械设备，如发动机、风机等。
2. 主动振动控制：主动振动控制是指通过主动力或智能控制系统来实现对振动的控制。
其核心思想是根据传感器采集到的振动数据，通过计算机控制系统发送指令，调整系统的力或刚度，从而实现对振动的调节，达到振动控制的目的。
主动振动控制具有实时性好，响应速度快的特点。
3. 被动振动控制：被动振动控制是指通过被动元件来减小或消除机械系统的振动。
常用的被动振动控制方法包括使用减振器、隔振器等装置。
减振器可通过选择合适的材料和结构设计来吸收和消散振动能量，从而减小振动幅值。
隔振器则是通过隔离机械系统与外界的物理接触，减少振动的传递。
三、振动控制的应用机械系统的振动控制广泛应用于各个领域。
在航空航天领域，振动控制技术被应用于飞机和火箭的设计中，通过减小振动幅值，提高飞行安全性和舒适度。
在建筑工程中，振动控制技术可用于降低高层建筑或桥梁等结构的振动，保证结构的稳定与安全。
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设计领域综述SUMMARIES OF DESIGNING DOMAINS 含凸轮机构的机械系统的振动控制研究综述姚燕安 张 策(天津大学机械系 300072)1 引言 工业界对于生产率的追求是无止境的,自动化、高速化日益成为现代机械的发展趋势。
大量的自动化机械要求实现复杂及精确的位置控制,凸轮机构由于其优良的工作性能而被广泛地用作定位机构。
在高速下保持高精度、低噪音是衡量自动化机械产品质量的重要指标,成为制约机械运转速度提高的关键问题。
在这方面我们与国际先进水平相比,还有相当差距。
工业发达国家弧面分度凸轮机构的转速已达1600r/min,而我国只达到600r/min左右。
因而,对于含凸轮机构的机械系统的振动、尤其与定位精度直接相关的残余振动,必须采取有效的方法予以抑制或消除。
抑制凸轮机构振动的方法,按照减振原理可以分为动态设计与振动控制两大类。
首先,对前者予以简要评述;然后,重点评述后者的分类、原理以及研究现状;最后,综述并展望凸轮动力学的发展趋势。
2 动态设计 抑制机构振动响应的一个基本方法是进行动态分析与设计。
从本世纪五十年代开始,在凸轮机构动力学方面作了许多卓有成效的工作。
到八十年代中期,凸轮机构线性系统动力学的建模、分析与综合的理论已经趋于成熟,并成功地应用于指导工程设计。
文献C4、H2、K3、N1、S4、T2代表了这一期间的研究成果。
八十年代以后,凸轮机构动力学模型继续趋向精细化,计及阻尼、间隙等各种复杂因素的非线性系统动力学建模理论逐渐发展起来[C1,C2,H1,P1,P2]。
值得注意的是,各种相关学科的新理论相继被借用到凸轮机构动力学的研究中来,如柔性多体系统动力学理论、弹性接触理论、概率分析理论等[X1],极大地丰富了凸轮动力学的研究手段。
然而,迄今为止凸轮机构的非线性系统动力学研究并未取得突破性的进展,其原因主要在于如下几个方面的因难: (1)各种非线性因素的作用机理尚不十分清楚研究已经证明,阻尼对于凸轮机构的振动,尤其是残余振动有显著的影响[C4]。
但是,阻尼特性的精确估计还有赖于摩擦学、弹性接触力学、流体力学等学科理论的进展。
目前,在相当程度上还依赖于研究者的经验,很难得出一般性结论。
考虑运动副间隙的机构动力学问题,在连杆机构领域的研究进展已经较为深入[L2]。
研究结果表明,运动副间隙将明显地加大机构的振动、噪音和磨损。
但是,仍有大量的基础理论问题需要研究和解决。
凸轮机构含间隙动力学的分析是由Win-f rey[W2]开始的,以后的研究工作则非常有限[K4,O1,Z1],表明了这一问题的复杂性。
(2)非线性动力学理论的引入有待深入近年来,在非线性动力学理论研究方面(如分叉与混沌)取得了突破性的成果[C7]。
精确地讲,多数机械系统都是复杂的非线性系统。
其动力特性的精确分析迫切需要引入非线性动力学理论作为指导。
然而,由于数学理论的高深、可操作性差,以及机构学者的非线性动力学知识相对欠缺等原因,机械系统非线性动力学理论的进展十分缓慢。
另一方面,非线性动力学理论本身也尚不完备,还有众多的难点问题没有克服,限制了它在机械工程领域的应用[H3]。
1《机械设计》1997№8 设计领域综述 1997-04-07收到稿件。
(3)机械系统动力学分析需要加强在进行机构动力学分析时,通常假设输入轴作等速运动。
实际上,由于驱动电机与机构系统的机电耦合特性,该假设并不成立,考虑电机特性的机械系统动力学分析,在连杆机构方面已经取得了一定进展[D1,L1,M2,S1,S2]。
工程实践表明,电动机的机械特性、凸轮机构的输入及输出环节的特性(如间隙、柔性等)对于含凸轮机构机械系统的动态性能有很大影响。
因此,有必要将凸轮机构视为机械系统的一个组成部分,研究全系统的动力学。
但是,有关的研究文献却很少见到,主要原因不在于重要性不够,而是问题的复杂性相对更大。
(4)加工技术的限制七十年代以来,机械加工技术取得了巨大的成就。
凸轮的加工精度也达到了微米级。
这为动力学理论指导作用的发挥提供了保证,极大地推动了凸轮机构的应用。
然而,研究表明:凸轮机构的动力学特性对于凸轮的加工精度甚为敏感[N3,N4]。
追求动力学模型的精确性受到了加工精度的限制;加工精度当然也制约了动力学模型的通用性。
另一方面,由于制造成本昂贵,大量实际应用的凸轮尚不能采用高精度的加工方法。
这也是凸轮机构动力学研究者所必须面对的现实。
即使上述问题都能成功地予以解决,动态设计方法还有一个本身所固有的、无法克服的缺陷:对于参数变化的适应性差。
众所周知,凸轮机构的工况通常会因各种原因发生改变:输入速度的波动,工艺阻力的变化,磨损造成的机构内部参数的漂移以及其它各种随机的因素,工程实践与理论研究均已表明,工况变化对于凸轮机构振动的影响不容忽视。
动态灵敏度分析与设计虽然能够在一定程度对此加以考虑[M3,R1,Y4],但是局限性很大,不是根本的解决办法。
3 用电子控制系统取代凸轮机构数字控制技术的出现为机械工程提供了一种强大的技术手段。
在自动化机械中,用电子控制系统取代凸轮机构的尝试一直没有中断。
尽管有些取代并不合适,但是也有一些尝试取得了良好的效果。
近年来,日本学者对于微机控制的直流伺服电机的动态性能进行了系统的研究,试图取代凸轮用作步进机构[K1,K2,M1,Y1]。
与凸轮机构相比,电子控制系统具有的突出优势是可以在一个大的工作范围要求内进行调整,因此在需要柔性生产的场合有着十分诱人的应用前景,但是,电子控制系统的应用还存在着一些很难突破的限制:(1)高速平稳性及动态精度较差凸轮机构由刚性元件构成,是确动机构,动作稳定。
而电子控制系统,则由于其反馈回路总是伴随着一个时间因素,因此在高速下,尤其在那些系统惯性起主要作用的自动机械中控制系统的稳定性受到限制,其动态精度尚难以与凸轮机构相比。
(2)承载能力较小伺服电机的功率一般比较小。
提高功率在成本和技术两方面都还存在着较大的困难,因此在高速重载的场合目前并不适用。
因此,在一定时期之内,电子控制系统不会取代凸轮机构在自动机械领域中的主导地位。
4 振动控制含凸轮机构的机械系统的振动控制,是指给凸轮机构附加某种装置,构成一个新的系统,以期达到抑制凸轮机构振动响应的目的。
其中,如果将该装置(一般是电子元件)与控制线路连接使之按照某种控制规律对原系统施加作用,则称为主动控制;否则,称为被动控制。
被动控制的特征是,其附加装置(一般是机械或液压装置)的参数一经设定,则在机械运转过程中不再改变。
主动控制的特征则在于某些特定的系统参数是实时可调的。
如下,对这两种方案分别加以评述。
4.1 被动控制在凸轮机构动力分析的基础上,根据不同的减振原理设计了机械、气压、液压、电磁等各种形式的附加机构。
为获得高的动态精度,安装液压(气压)阻尼装置以降低机械系统的振动,是工程界广泛采用的一个有效手段。
Chen[C4]对附加液压阻尼器的凸轮机构的动态性能进行了分析。
在Chen的研究基础上,Rayhavacharyuhu等[R2]、Wang等[W1]作了进一步的工作。
研究表明,利用这种液压(气压)机构能够有效地改善机械整体的动态性能。
但是由于液压(气压)机构作用的强非线性,对其进行动力分析需要建立复杂的非线性微分方程,所以研究工作很不充分,制约了其抑振潜力的发挥。
在考察了分度凸轮机构的振动原因后, Takano等[T1]认为单纯依靠调整系统参数来消除2 设计领域综述 《机械设计》1997№8残余振动的方法不是很有效。
因此,设计了电磁闸安装在凸轮输出轴上,用电路控制电磁闸的起停时间,依靠电磁力矩来抑制残余振动。
实验结果表明,该措施能够有效地降低残余振动,从而提高了凸轮转速。
不足之处在于凸轮机构的静态定位误差与电磁力矩成正比,因此在应用时需要精心地加以调整。
该方法的实质相当于安装了一个作用时间可调的摩擦减振器,必然存在磨损问题,而且电磁力矩难以精确确定,只能依赖反复的实验来寻找合适的工作电压。
Nishtoka等[N2]认为,对分度凸轮机构来说,输入轴的扭矩波动是振动的主要原因。
根据扭矩补偿原理,他们系统地研究并设计了不同形式的力矩补偿凸轮(Torque C ompensation Cam, TCC),以消除输入轴或输出轴的扭矩波动。
实验结果表明,TCC机构对于凸轮机构的残余振动以及主振动均有良好的抑制效果。
目前,该方案已经成功地应用于高速集成电路贴片机。
不足之处在于,各种形式的TC C机构在成本、通用性、安装空间等方面各有其局限性,还需进一步加以研究与改进。
凸轮机构的振动被动控制技术研究是与工程实际密切结合而展开的。
目前,该方法存在的问题是:(1)需要设计复杂的附加装置,而且需要一定的安装空间。
(2)需要针对具体机械设计不同的方案,通用性较差。
(3)系统参数不能或难以根据工况变化进行调整,因而自适应性较差。
(4)理论研究相对不足,抑振潜力未能充分发挥。
4.2 主动控制在振动学界,振动的主动控制(active control),即通过构造一个控制系统来抑制振动的方法已有多年的研究。
近年来,在精仪工程、航空工程、宇航工程、土木工程、交通运输等领域,主动控制减振的研究方兴未艾,应用前景已经相当明朗[D2,D3]。
在机械工程领域,从七十年代中期开始研究转子主动控制技术,并取得了一定成果。
机械加工领域中,对镗杆、锯片的主动控制减振均有报道[D2]。
在机构学领域,机器人由于将作动机构、传感器和计算机集成在一起,为实施主动控制技术提供了方便的条件,因此首先采用主动控制技术抑制弹性手臂的振动响应,在闭链机构方面,近年来也借鉴了主动控制的思想来抑制弹性连杆机构的动态响应。
文献T3概括介绍了弹性连杆机构动态响应主动控制的研究成果。
此外,也有文献报道用主动控制方法减轻高速传动带的横向振动和隔离锻锤的冲击振动[D3]。
在凸轮机构方面,振动主动控制技术的研究起步不久,可以见到的文献不是很多。
Sandler[S3]根据自适应控制原理,设计了带有自调整结构的凸轮机构。
其原理,实质上是在凸轮从动件上安装了一个弹簧刚度可以实时调整的减振器。
实验结果表明,该方案具有良好的减振能力,能够有效地降低从动件的动态误差。
该方案适用于系统参数变化较大的场合,如凸轮转速范围的大幅度改变。
其存在的问题是:控制系统的作动装置采用液压装置,存在着反应速度迟滞问题;减振器需要占用较大的空间。
颜鸿森等[Y2,Y3]提出通过改变凸轮转速(采用直流伺服电机,输出预先计算好的运动规律)来降低从动件理论运动规律的特性值(如最大速度、最大加速度、最大跃度)。
他们对若干种凸轮曲线作了实验验证,取得了一定的效果。
但是他们所建立的数学模型还是以运动学为基础的。
Chew等[C5,C6]应用学习控制理论,通过调整直流伺服电机电压,改变电机转速来抑制残余振动,并作了实验验证,该方案能补偿凸轮加工误差,以及由于长期使用造成的参数漂移问题,而且计算量不大,具有相当大的潜力,存在的问题是,一方面需要高精度的传感器;另外,其控制系统的鲁棒性还未经实验的检验。