滑動導(dǎo)向系統(tǒng)摩擦建模及動力學(xué)研究.pdf

1、在機械系統(tǒng)的運行過程中往往有摩擦環(huán)節(jié)存在，常常對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生很大的影響。尤其，由于摩擦在低速時表現(xiàn)出強烈的非線性，系統(tǒng)在啟動、停止以及速度轉(zhuǎn)向時受到的摩擦的影響最為嚴重，甚至由于摩擦的存在會使系統(tǒng)進入無序運動的混沌狀態(tài)，極大的降低系統(tǒng)的性能。因此隨著現(xiàn)代機械朝著高精度、高性能方向的發(fā)展，對摩擦環(huán)節(jié)的建模以及動力學(xué)特性的研究就變得越來越重要。 摩擦現(xiàn)象在微觀尺度上具有極其復(fù)雜的物理學(xué)本質(zhì)，在一般的機械系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)δΣ恋难芯恐?，都?/p>

2、力求從宏觀尺度上最好的解釋和模擬摩擦現(xiàn)象和行為。因此本課題基于摩擦實驗研究，對摩擦特性進行分析，提出新的宏觀經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)，并給出相應(yīng)的摩擦信號處理和參數(shù)識別過程，此外，運用數(shù)值方法對滑動導(dǎo)向系統(tǒng)的動力學(xué)特性進行了探討。 論文首先概述了有關(guān)摩擦特性的實驗和理論研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究進展，總結(jié)了各種摩擦現(xiàn)象的產(chǎn)生原因和表現(xiàn)形式，在此基礎(chǔ)上，介紹了各種不同的摩擦力模型，并分析了它們的優(yōu)缺點，簡述了摩擦信號處理以及摩擦系統(tǒng)動力學(xué)特性

3、研究等方面的研究方法。 針對滑動導(dǎo)靴和導(dǎo)軌之間的橫向和縱向摩擦的特點，設(shè)計了相應(yīng)的實驗裝置，擬定了實驗方案，并對實驗結(jié)果進行了初步的分析和處理。通過分析和比較大量的實驗結(jié)果，探討了導(dǎo)靴與導(dǎo)軌之間的摩擦特性，包括摩擦力隨相對運動的位移、速度、加速度，以及正壓力、潤滑狀況和導(dǎo)靴類型等參數(shù)的變化情況，為進一步的研究工作提供實驗基礎(chǔ)。 由于測量方法以及測量儀器的局限性，實驗所測的摩擦信號不可避免的包含噪聲信號和其他力信號成分，例

4、如彈性力信號等。隨著摩擦力模型的精細化和復(fù)雜化，參數(shù)辨識對實驗數(shù)據(jù)中的噪聲信號表現(xiàn)出高敏感性，對于被噪聲和其它力信號污染嚴重的數(shù)據(jù)，部分辨識方法甚至失效。因此如何將真正的摩擦力信號從測量信號中分離出來在摩擦參數(shù)識別中至關(guān)重要。而傳統(tǒng)的基于傅利葉變換的分析方法往往不適合處理此類非線性信號。本文提出了使用中值濾波和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EmpiricalModeDecomposition)相結(jié)合的方法來分析處理實驗中所測得的摩擦力信號。并將處理結(jié)果

5、與經(jīng)由基于傅利葉變換的方法(低通和帶阻濾波，以及小波分解方法)處理的結(jié)果在時域上、Fourier譜空間以及Hilbert譜空間分別進行了比較，結(jié)果顯示經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法在摩擦力信號分析和處理上具有優(yōu)越性。 在對摩擦特性實驗研究的基礎(chǔ)上，通過引入規(guī)范化的Bouc-Wen模型，提出了一個新的動摩擦力模型結(jié)構(gòu)。這個模型結(jié)構(gòu)能夠描述摩擦力在微滑動階段、宏觀滑動階段以及過渡階段的非線性特性。同時還提出了一個新的不可逆宏觀滑動摩擦模型。給出了

6、當(dāng)滑動摩擦模型分別為速度依賴性模型和此不可逆模型時的參數(shù)識別過程，針對實驗數(shù)據(jù)給出識別結(jié)果，并對實驗中的摩擦過程進行仿真，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果在時間歷程上以及摩擦力-相對運動位移和摩擦力.相對運動速度的坐標圖上的比較，顯示了此摩擦模型結(jié)構(gòu)的有效性和描述摩擦過程的精確性。 對于在一定牽引速度下受到橫向位移激勵的滑動導(dǎo)向系統(tǒng)建立了振動分析的二維模型，其中充分考慮了橫向和縱向由于摩擦引起的耦合問題。數(shù)值仿真結(jié)果顯示，在一定的參數(shù)狀況下滑

7、動導(dǎo)塊有可能出現(xiàn)爬行運動狀態(tài)。同時分析了牽引速度和橫向激勵的頻率對橫向位移響應(yīng)的影響。并將二維模型的仿真結(jié)果與不考慮縱向振動的一維模型的結(jié)果作了比較。發(fā)現(xiàn)，由一維模型得到的導(dǎo)塊的橫向位移響應(yīng)的幅值要大于二維模型的結(jié)果。但當(dāng)橫向位移激勵的頻率與導(dǎo)向系統(tǒng)橫向振動的固有頻率相差較遠時，兩種模型的數(shù)值仿真結(jié)果相差不大。 建立了轎廂-導(dǎo)靴-導(dǎo)軌動力學(xué)耦合模型來研究電梯滑動導(dǎo)向系統(tǒng)的橫向振動特性。并且由于導(dǎo)軌表面的不平順引起橫向位移激勵的頻

8、率遠小于導(dǎo)向系統(tǒng)橫向振動的固有頻率。因此不考慮由于摩擦耦合引起的導(dǎo)向系統(tǒng)縱向振動，認為在牽引方向始終以額定速度運動。在系統(tǒng)建模過程中，充分考慮了包括導(dǎo)靴與導(dǎo)軌的安裝間隙和摩擦等非線性因素，和電梯運行時的負載不平衡等狀況。并建立了該模型的Matlab/Simulink仿真程序。仿真結(jié)果與實測結(jié)果在頻域上的比較表明了該模型的有效性。 本文的研究工作對摩擦實驗研究、摩擦特性研究、摩擦信號處理、摩擦建模和參數(shù)識別，以及摩擦系統(tǒng)動力學(xué)特性