轮-阜机构的动力学模拟

摘要

受滚木运输的启发，设计了一种轮-阜复摆互动机构，通过在两个平面上分别构造摆轮和凸台阵列，可实现平面之间的平稳滑动。为了研究滑动中接触面间法向力和切向力的关系，建立了轮-阜机构的系统动力学微分方程，并基于Runge-Kutta方法提出一种迭代算法对之求解，计算摆轮和凸台相互碰撞所产生的滑动阻力。数值仿真结果表明，合理设置轮-阜机构的几何参数，可以减少接触面相互滑动中的能量损耗，从而大幅提高法向载荷和等效切向阻力之间的比值。在理论分析的基础上，制造了相应的实物模型进行实验验证，结果显示该机构可以实现平稳的滑动，且切向驱动力可低于法向载荷的百分之一，从而验证了该机构的可行性。

关键词

刚体碰撞 / 动力学仿真 / 轮-阜结构 / Runge-Kutta方法 / 摩擦副

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.12072300)