撓性機械系統動力學之研究

Abstract

對於撓性連桿機構的動態分析，有關之文獻大都以浮動座標系（Floating frame）為 參考座標，計算系統的物理量，如動能、位能等，再以有限元素法分析機構之動態反 應。用這種方法推導之運動方程式為 g（dy／dt，y ，t ）＝０的隱含（lmplicit） 型式，在求解過程中需應用很多數值技巧與基本假設。在準確性和通用性的前題下， 均不符所求。因此，本研究以慣性座標系（lnertia frame ）為參考座標，並考慮大 變形樑（Finite strain ），且考慮因剪力（Shear force ）而產生之變形。 本研究將此方法推廣到含有彈簧與阻尼等力元素之撓性連桿機構動態分析，進一步考 慮軸承間隙對系統動態之影響。對於具有軸承間隙之撓性機構，一般均以彈簧與阻尼 來模擬軸頸與軸承之間的碰撞效應，並假設彈性係數與阻尼係數為常收，且不考慮軸 頸與軸承間之潤滑；或雖考慮潤滑而假設系統無撓性變形發生，但實際上之機械系統 為撓性體，接頭可能有潤滑存在，且由Hertzian Contact理論計算後所求得之彈性係 數與阻尼係數並非常數。為了使整個運動過程的分析更接近實際運動情形，本研究一 併考慮機械系統中桿件彈性變形。軸承間隙與液動潤滑的效應。在計算軸頸與軸承間 碰撞時使用非線性彈性係數與阻尼係數，在計算潤滑效應時考慮液動潤滑之壓力，使 整個運動過程的描述更趨於完善。由電腦模擬的結果比較各種迴轉接頭之特性對撓性 機構振動行為之影響，以提供機構設計之依據。