间隙磨损致性能退化的低速连杆机构稳健设计研究

The low-speed link mechanism is widely used in all walks of life of machinery and equipment. Such as excavators, landing gear, Satellite antenna system. However, influenced by kinematic uncertainties (e.g.: dimension errors, assembly errors, velocities, etc.) and kinetic uncertainties (e.g.: clearance, frictions, loads, etc.), its design performance is uncertain within certain range. Meanwhile, during the long-term use, its performance degrades due to the clearance wear. The above two aspects affect the stability of the performance of the related machinery and equipment products. Seriously, it will cause significant property damage and personal injury. To ensure the stability of the performance of the linkage mechanism, this project considers the impact of the above various uncertain factors, and performance degradation caused by wearing clearance, and studies the robust design method of the performance-degradating link mechanism caused by wearing clearance. The specific contents include: (1) To study the probabilistic uncertain analysis method of the low-speed link mechanism affected by the kinematic and dynamic uncertainties. (2) To establish a precise prediction method of the performance-degradating low-speed linkage mechanism caused by wearing clearance, and verify the theory by experiments. (3) The establishment of robust and optimal design method considering the accuracy of performance degradation and dynamic performance degradation of the low-speed linkage mechanism. The results of the research have an important effect on gradually improving robust design theory and methodology, to guide the design of high-quality machinery and equipment products.

低速连杆机构在各行各业机械装备中应用非常广泛。如：挖掘机、起落架、卫星天线系统等。但是受到运动学和动力学不确定因素的影响，其设计性能存在不确定性。同时，在长期使用中由于间隙磨损，其性能发生退化。上述两方面影响相关机械装备产品的性能稳定性。严重时，将造成重大财产损失和人员伤害。为确保低速连杆机构性能的稳定性，本项目综合考虑上述各种不确定因素的影响和间隙磨损致机构性能退化的影响，研究间隙磨损致性能退化的低速连杆机构稳健设计方法。具体内容包括：（1）研究综合考虑运动学和动力学不确定因素影响的低速连杆机构概率不确定性分析方法。（2）建立间隙磨损下低速连杆机构性能退化的精确预测方法，并进行实验验证。（3）建立考虑精度性能退化和动力性能退化的低速连杆机构稳健优化设计方法。其研究成果对于逐步完善机构稳健设计理论与方法体系，指导高品质机械装备产品的设计具有重要意义。

低速连杆机构在各行各业机械装备中应用非常广泛。如：挖掘机、起落架、卫星天线系统等。但是，在运动学和动力学不确定因素以及间隙磨损的影响下，机构性能存在不稳定性。本项目综合考虑上述因素的影响，研究了间隙磨损致性能退化的低速连杆机构稳健设计方法。. 首先，建立了综合考虑运动学和动力学不确定因素影响的低速连杆机构概率不确定性分析方法。上述方法考虑因素更加全面，更符合工程实际。. 其次，建立了间隙磨损下低速连杆机构性能退化的精确预测方法，并进行实验验证。试验验证表明：（1）该方法在预测转动副磨损深度不大的前提下，具有足够的精度，同时具备较高的计算效率。（2）在转动副磨损深度不大的前提下，其磨损深度与磨损时间近似为线性关系。基于上述结论，对于运动精度要求较高的低速杆件机构设计，在考虑磨损影响时，可以实现低速杆件机构的精度寿命设计，而且计算量不大，特别适合实际工程应用。 . 最后，建立了考虑性能退化的低速连杆机构稳健优化设计的集成方法。该集成方法中涉及到确定低速杆件机构不同位置的转动副磨损对机构性能影响的评估与排序，方便指导设计人员从设计阶段发现导致机构性能退化影响的薄弱环节，进而提出相应的改进措施，提高机构寿命。另外，所提出的低速连杆机构稳健优化设计方法适合指导设计人员从设计阶段可以考虑机构使用过程中性能退化影响下的机构优化设计。. 常规机构设计方法只考虑机构设计制造后的安全状态，并未考虑机构制造后使用过程中由于性能退化导致的安全隐患。上述研究成果有助于改变常规机构设计方法难以将机构使用中性能退化影响融入设计过程中的缺点，有助于实现机构的性能寿命设计。这对于逐步完善机构稳健设计理论与方法体系，指导高品质机械装备产品的设计具有重要意义。