【正文】 動(dòng)副間隙、制造及安裝誤差等因素影響的系統(tǒng)高等動(dòng)力學(xué)分析問題。此情況極為特殊，不做一般性的討論。加德納著，周進(jìn)雄，張陵(譯). 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真——使用MATLAB和SIMULINK [M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2002 2 研究的主要內(nèi)容、研究目標(biāo)、擬解決的關(guān)鍵問題、研究內(nèi)容（1）、重載夾持裝置各運(yùn)動(dòng)副反力動(dòng)態(tài)響應(yīng)的順應(yīng)性及不確定性研究在國家973項(xiàng)目的子課題“大尺度重型構(gòu)件穩(wěn)定夾持原理與夾持系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)策略”研究成果的基礎(chǔ)之上，研究各運(yùn)動(dòng)副反力動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間、順序及順應(yīng)性，分析機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)反向微動(dòng)時(shí)主動(dòng)力和從動(dòng)阻力變換規(guī)律，找出重載裝置不同工況和工位下各運(yùn)動(dòng)副反力不確定的原因。綜上所述，本項(xiàng)目立足工程實(shí)際，具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，以近幾年所取得的研究成果為指導(dǎo)開展研究，課題依托教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，硬件資源能夠滿足本課題的要求，項(xiàng)目組成員具有豐富的理論和實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，因此本項(xiàng)目是可行的?？稍趯?shí)際鍛造工況下進(jìn)行夾持操作實(shí)驗(yàn)：如新舊機(jī)構(gòu)性能對比實(shí)驗(yàn)、鉗口與鍛件之間的摩擦特性實(shí)驗(yàn)、夾持裝置承載能力實(shí)驗(yàn)、夾持力封閉實(shí)驗(yàn)、夾持操作高精度定位控制實(shí)驗(yàn)、多元并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載均衡與同步控制實(shí)驗(yàn)。負(fù)責(zé)的內(nèi)容：夾持機(jī)構(gòu)承載能力和承載能力的研究。2 工作條件（包括已具備的實(shí)驗(yàn)條件，尚缺少的實(shí)驗(yàn)條件和擬解決的途徑，包括利用國家實(shí)驗(yàn)室、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和部門重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研究基地的計(jì)劃與落實(shí)情況）機(jī)電工程學(xué)院是一所進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)電工程及相關(guān)學(xué)科的科學(xué)技術(shù)研究和人才培養(yǎng)的綜合機(jī)構(gòu)，學(xué)院擁有機(jī)械設(shè)計(jì)及理論和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化兩個(gè)國家級重點(diǎn)學(xué)科。（3）重載裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究方法以重載夾持裝置為研究對象，分析反作用力響應(yīng)盲區(qū)對重載機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件及摩擦約束條件（即力封閉性能）的影響，通過拓?fù)鋱D同構(gòu)變元方法，降低重載裝置整體轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的自由度，改善力封閉性能。（3）、為發(fā)展和優(yōu)化我國巨型重載裝置的設(shè)計(jì)以及制造提供理論指導(dǎo)由于重載機(jī)械系統(tǒng)存在著復(fù)雜的摩擦關(guān)系，現(xiàn)有研究為避開模型計(jì)算等方面的困難，對真實(shí)力學(xué)系統(tǒng)中的摩擦轉(zhuǎn)化進(jìn)行了大量的簡化，簡化的結(jié)果往往造成了許多重要?jiǎng)恿W(xué)特性信息的丟失，使現(xiàn)有的研究結(jié)論與工程應(yīng)用存在較大差距。 ，（i=1,2,…K； l=1,2,…M ； j=1,2,…N), 和分別為第i個(gè)構(gòu)件上受到的力和力矩，為第l個(gè)移動(dòng)副摩擦力，為第j個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦力矩，各個(gè)力可由動(dòng)態(tài)靜力法求得。Liu等基于李群和李代數(shù)的基本理論[22]，利用NewtonEuler和Lagrange形式給出了一種通用的坐標(biāo)不變的剛體動(dòng)力學(xué)建模數(shù)學(xué)框架，表明機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模和控制可以采用統(tǒng)一的幾何框架。同時(shí)根據(jù)重載機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件及摩擦約束條件，得出重載裝置整體的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一動(dòng)力學(xué)方程，分析其力封閉性和承載能力 ，建立拓?fù)渫瑯?gòu)及變元優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。二、課題論證（一）立項(xiàng)依據(jù)與研究內(nèi)容（40008000字）1 立項(xiàng)依據(jù)(研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢來論述科學(xué)意義；或結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。目前利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的研究的人已經(jīng)比較多，但確少有學(xué)者利用物理方法研究機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。公式式（6）、（7）是夾持裝置夾鉗開合、抬升、旋轉(zhuǎn)等各種工況的通用方程，對于壓桿式重載夾持裝置系統(tǒng)可列出67個(gè)獨(dú)立平衡方程，如果將夾鉗裝置推廣到由K個(gè)構(gòu)件N個(gè)運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)械系統(tǒng)，可以得到6K個(gè)獨(dú)立的平衡方程，則第l個(gè)移動(dòng)副摩擦力，為移動(dòng)副約束反力，為移動(dòng)副力與法線所夾銳角；第j個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦力矩，為轉(zhuǎn)動(dòng)副約束反力到鉸鏈中心的距離，為轉(zhuǎn)動(dòng)副約束反力。因此，從考慮反作用力響應(yīng)盲區(qū)特性的角度分析重載裝置完備剛?cè)狍w動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，研究反作用力響應(yīng)盲區(qū)對重載夾持裝置夾持穩(wěn)定性的影響規(guī)律，探討反作用力響應(yīng)盲區(qū)特性對重載裝置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力的理論支持，從而進(jìn)一步提高我國巨型重載機(jī)械的設(shè)計(jì)制造水平。采用拓?fù)溧徑泳仃嚱⒅剌d裝置整體轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一力學(xué)方程，并分析其力封閉性和承載能力。學(xué)院的鍛壓裝備與成形實(shí)驗(yàn)室可以為本項(xiàng)目的研究提供鍛造夾持操作實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、夾持器與接觸力檢測實(shí)驗(yàn)臺(tái)、運(yùn)動(dòng)副反力測定實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及重載夾持操作系統(tǒng)性能評估數(shù)字仿真平臺(tái)。三、經(jīng)費(fèi)預(yù)算開支科目 預(yù)算金費(fèi)（元）主要用途備注預(yù)算經(jīng)費(fèi)總額20000測試分析費(fèi)4000建立重載裝置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，數(shù)學(xué)優(yōu)化模型的仿真和求解實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)8000實(shí)驗(yàn)臺(tái)改造及其購買輔助材料等儀器設(shè)備費(fèi)3500購買壓力傳感器等測試設(shè)備科研業(yè)務(wù)費(fèi)4500電腦耗材、資料檢索、打印、復(fù)印等四、指導(dǎo)教師意見 簽字： 日期：五、學(xué)院初審意見 負(fù)責(zé)人簽字： （蓋章） 日期：六、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目專家組意見 負(fù)責(zé)人簽名： （蓋章） 日期： 七、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見 負(fù)責(zé)人簽名： 日期： 20。該系統(tǒng)包括夾持系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。（2）本項(xiàng)目依托中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院鍛壓裝備與成形實(shí)驗(yàn)室開展研究，具有豐富的軟硬件資源，擁有Ansys，Labview，MATLAB,MS公司數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)等軟硬件設(shè)備，擁有鍛造夾持操作實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、夾持器與接觸力檢測實(shí)驗(yàn)臺(tái)、運(yùn)動(dòng)副反力測定實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及重載夾持操作系統(tǒng)性能評估數(shù)字仿真平臺(tái)，能夠滿足本課題所要求的綜合實(shí)驗(yàn)條件。F未知量只包括各運(yùn)動(dòng)副約束反力和未知主動(dòng)力，未知量數(shù)等于動(dòng)態(tài)靜力學(xué)方程維數(shù)，系統(tǒng)是靜定的。并且重載機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)因其自身的特殊性：構(gòu)件體積大，重量大，構(gòu)件之間傳遞力大，大量的研究有待開展。新概念，新理論，新方法，新工藝不斷出現(xiàn)。指導(dǎo)教師承擔(dān)本項(xiàng)目相關(guān)科研課題情況項(xiàng)目情況簡介在重載裝置動(dòng)力學(xué)建模方面，通常把系統(tǒng)簡化而忽略了很多因素的作用，使得建立的系統(tǒng)模型難以解耦，也影響了后續(xù)的控制研究精度。近年來，隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論的不斷發(fā)展，一些現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具，如李群、李代數(shù)、微分流形和黎曼流形等開始應(yīng)用于動(dòng)力學(xué)建模和控制以研究系統(tǒng)的動(dòng)力特性[1820]。、各運(yùn)動(dòng)副反力的不確定性和經(jīng)典剛體動(dòng)力學(xué)模型