多體運動學之動態模擬

曾信原

指導教授 ： 王志宏

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2010.00389

摘要

機械很少是由單一元件所組合而成，因此分析機械的動態行為便是在分析一多體運動學的動態行為，本文以商用軟體模擬曲柄滑塊系統及外環引導式滾珠軸承兩案例來探討其動態行為。
先由理論推導與分析曲柄滑塊系統及保持器的動態行為，首先在曲柄滑塊系統中，將模擬出的結果與理論及文獻做比較，確認軟體的設定步驟與正確性，進而探討曲柄滑塊較實際的動態行為。接著分析當軸承運轉至穩態時，軸承中各原件的運動與受力行為，並觀察保持器的動態行為，一方面利用程式撰寫透過數值模擬的方法，一方面透過LMS Motion軟體模擬，得到各種不同之參數對於保持器動態行為之影響。
結果顯示，在曲柄滑塊的系統中，間隙對於運動狀態會有突然的改變，所以計算桿件的受力也會有峰值的産生，但考慮撓性體的影響時，因撓性體扮演懸吊系統的角色，所以有降低峰值的效果。當接頭中存在摩擦力時，摩擦力也使接頭內軸頸的軌跡有較穩定的表現。考慮間隙中的接觸材質時，較軟的材質因有較大的阻尼，相較於較硬的材質，也使軸自由飛行的機率降低。
對於保持器，保持器若有偏心量，保持器之運動行為將呈現公轉頻率與自轉頻率相等，但模擬結果卻顯示當球孔間隙大於徑向間隙時，保持器的碰撞行為會較難達到穩定，軌跡會呈現混亂較無規律，但此時保持器與軌道間的接觸點分佈會較為均勻，為了使保持器有較好的動態行為，所有介面之摩擦係數越小越好，而球孔間隙略大於保持器與外環之間隙應是好的設計。

關鍵字

多體運動學 ； 保持器 ； 曲柄滑塊

參考文獻

【37】 陳宏鈞, “滾動軸承保持器之動態特性研究,” 碩士論文, 國立清華大學動力機械工程研究所, 民國九十九年.

【3】 Flores, P., “Dynamic Analysis for Planar Multibody Mechanical Systems with Lubricated Joints,” Multibody System Dynamics. Vol.12, No.1, pp.47-74, 2004.

【4】 Samba, Y. C. M., “Dynamic Analysis and Numerical Simulation of Flexible Multibody Systems,” Mechanics Based Design of Structures and Machines. Vol.29, No.3, pp.295-316, 2001.

【5】 Goudas, I., “Non-Linear Dynamics of Engine Mechanisms with a Flexible Connecting Rod,” Journal of Multi-Body Dynamics. Vol.218, No.2, pp.67-80, 2004.

【6】 Pennestri, E., “An Application of the Udwadia-Kalaba Dynamic Formulation to Flexible Multibody Systems,” Journal of the Franklin Institute. Vol.347, No.1, pp.173-194, 2010.