机电液系统建模与仿真 课件 -12-系统建模的工程应用扩展-4-行星变速箱及机械臂

系统建模的工程应用扩展行星变速箱传动系概念原动机工业直流电机液压多路阀行星轮系机器人液力变矩器系统建模的工程应用扩展行星变速箱：实例行星轮系模型与定轴齿轮相比较为复杂S-太阳轮P-行星轮C-行星架R-齿轮圈SPCRS-太阳轮P-行星轮C-行星架R-齿轮圈行星轮系模型行星行星轮系模型第二类运动学方程2个行星轮行星轮系子系统行星轮系模型3接口所有接口为流源（转速入扭矩出）全部为流源结合过程：记录两个轴的转角，当结合信号出现时即改变弹性值C根据信号由0-1的改变过程增加C至最高值设定最大有效力矩，超过该值后则出现打滑离合器模型惯性轮轴模型全部为势源行星轮系3接口，全部流入离合器2接口，全部流入惯性轮轴X个接口，全部势入行星变速箱：子系统组装子系统获得变速箱50装载机变速箱轮轴1轮轴2轮轴3轮轴4行星变速箱：实例RCSP1I3I2I1P2I4I3I112CRI2GC1I4GC2I1I3行星变速箱：实例行星变速箱：实例TY220推土机变速箱行星变速箱：实例RCSP1I2I3I1P2I4I3I1P3I5I3I6P4I7I5I612C1I2GC2I4GC3I5GC4I7GC5I6I5行星变速箱：实例系统建模的工程应用扩展机械臂传动系概念原动机工业直流电机液压多路阀行星轮系机器人液力变矩器系统建模的工程应用扩展用于机器人系统研究最常用的方法基本思路：刚体受外界三维力+力矩作用产生三维速度/位移（拉格朗日方程）刚体间链接为柔性铰链链接双方点的位移差产生反向力（弹性），速度差产生反向力（阻尼）多个刚体可相互作用多刚体动力学平面运动向量键合图X方向，Y方向，转动子系统刚体铰接点线性执行器机械臂建模X接口，全部势入2接口，全部流入3接口2平面运动,1平动机械平面运动：刚体重心点局部坐标铰全局坐标铰刚体间铰接带有X和Y接触力的铰接点其模型并不是求解拉格朗日乘子，而是认为两个刚体间能够产生相对位移，即“柔性连接”。只要产生相对位移，就会如同弹簧一样产生反作用力，同时，相对速度，相对角速度也可产生作用力或力矩，来模拟摩擦现象这一方法可以模拟出接触力的大小，故而主要采用了这一方法液压缸思路1：将坐标转换至与液压缸伸长方向相同的局部坐标，求解后再转化回全局坐标液压缸思路2通过油缸连接点的坐标位置和X，Y方向速度，可直接求得油缸活塞相对于缸体的速度，同时，可通过几何关系将油缸上的力转化为两个铰接点的X，Y方向力。优点：接口可直接与刚体连接，不需要进行弹性件转化。推荐采用该方法三维问题自由度：6（三个平动，三个转动）三维问题：重心位置处理三维问题：重心位置处理重心位置状态空间方程三维问题：坐标系转换处理小写字母x,y,z局部坐标大写字母X,Y,Z全局坐标三维问题：坐标系转换处理三维问题：坐标系转换处理三维问题：坐标系转换处理三维问题：坐标系转换处理多3个方程确定转角多刚体动力学自由刚体的键合图X个接口，全部为势入受力点的全局坐标力/力矩受力点的局部坐标力/力矩重心点的局部坐标力/力矩加和重心点六芒星公式：求解重心点的局部坐标速度/角速度受力点的局部坐标速度/角速度受力点的全局坐标速度/角速度计算流程刚体间铰接：与平面问题同样的思路弹簧-阻尼柔性连接“转角限位”：可实现真实系统的限位效果铰接点获取双方全局角度，超过时增加额外刚度三维问题：铰接和线性执行器两个刚体接口点的速度/位移/角速度/角度位移差计算接触反力，速度差计算阻尼力，角速度差计算阻尼力矩反作用力/力矩给予两个刚体用子系统组装整个机械臂机械臂X接口，全部势入2接口3接口2个向量,1个机械平