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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明公开了一种基于多体动力学的铰链非均匀磨损预测方法，包括如下步骤：S1、建立曲柄滑块机构的多体动力学模型；S2、建立铰链位置与机构运动输出之间的运动学映射关系；S3、采用B样条曲线作为轴套的初始接触轮廓；S4、形成加厚曲面；S5、加厚曲面的横截面外径始终保持为直径是轴套外径的圆形；S6、定义接触力；S7、计算铰链模型上的磨损；S8、设置外推系数L；S9、几何更新；S10、判断；本发明考虑了铰链的非均匀磨损效应，使铰链的磨损过程更加符合实际；利用B样条曲线封闭N个控制点来拟合轴套与销轴接触的几何轮廓，让轴套磨损后的外形保持光滑连续。本发明可以实现铰链非均匀磨损仿真流程的自动化，节省了时间成本。

主权项：1.一种基于多体动力学的铰链非均匀磨损预测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、建立曲柄滑块机构的多体动力学模型；S2、建立铰链位置与机构运动输出之间的运动学映射关系；S3、在轴套内径的圆周上均匀选取N个控制点Pii＝1,2,…N，然后采用B样条曲线将各个控制点Pi连接起来作为轴套的初始接触轮廓，控制点Pi在极坐标系下的坐标为： 其中，Ri,j-1为第i个控制点在第j-1个磨损周期时到轴套中心的距离j＝1,2,…m；S4、创建N个草图，将B样条曲线投影到N个草图中，并在每个草图中截取以控制点Pi为中心，圆心角为的圆弧，并以该圆弧为基准沿轴套的轴向方向拉伸，成为轴套的宽度，然后沿轴套径向方向增厚，形成加厚曲面；S5、创建N个草图，在每个草图中创建圆，圆的直径等于轴套的外径，然后定义N个凹槽，使用凹槽来切掉加厚曲面向外扩展的部分，使得加厚曲面的横截面外径始终保持为直径是轴套外径的圆形；S6、定义接触力：根据多体动力学中非线性Lankarani-Nikravesh接触力模型，销轴与轴套之间的法向接触力FN可以被写成如下的形式： 式中，K为广义刚度系数，δ为相对穿透深度，cr为恢复系数，为相对法向穿透速度，为初始法向碰撞速度；得到铰链的法向接触力FN后，根据Hertz接触模型可以得到法向接触应力P： 式中，r为销轴的半径，b为轴套的宽度，μ1、E1分别为销轴的泊松比和杨氏模量，μ2、E2分别为轴套的泊松比和杨氏模量；S7、Archard磨损模型：采用Archard磨损模型计算铰链模型上的磨损，该模型如下所示：式中，kH表示磨损率，kH＝kH，H表示材料的硬度，v表示销轴与轴套的相对滑移速度；在dt的时间微元里，轴套的磨损深度dh＝kHPvdt，在机构的一个运动周期中，铰链轴套的磨损深度Δhi为对时间进行积分：S8、设置外推系数L：假定L个循环内磨损量相同，那么将一次计算得到的磨损量乘以L来等效L次周期运动造成的磨损，以外推系数L为单位对轴套轮廓进行更新；外推系数过大则可能会影响磨损仿真的精度，外推系数过小则无法有效减少磨损仿真的时间，外推系数L的选取需要遵循下式： 式中，α为无量纲常数，在0和1之间取值； 为铰链在第一个运动周期内N个接触区域中的最大接触变形量； 为铰链在第一个运动周期内N个接触区域中的最大仿真磨损深度；引入外推系数L后，铰链轴套在L个磨损周期内的磨损深度Δhi变为如下公式： S9、几何更新：得到轴套各控制点的磨损深度后，将各控制点对轴套中心的距离进行更新，如下式所示：Ri,j＝Ri,j-1+Δhi,j各个控制点的极坐标位置更新为： 更新控制点位置后，B样条曲线形状自动更新，N个草图中由B样条曲线投影的部分自动更新，由草图生成的轴套各区域加厚曲面几何外形自动更新；S10、判断：判断是否到达设定好的循环数，如果没到达，则将更新后的轴套几何外形代入到多体动力学模型中作为下一循环的输入；如果已到达，则进行结果分析，根据机构运动学映射关系，讨论铰链的非均匀磨损对机构运动输出的影响。

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