3.1  柔性机构的动态可靠性与静态可靠性

柔性机构在工作中的状态分为静态和动态两种工况。静态是指柔性机构系统中构件之间没有相对运动的状态;动态是指柔性机构系统中构件之间存在相对运动的状态。机构处在静态工况时,可以分为初始静态、间歇静态和定位静态。通常情况下,在初始静态时,柔性机构的驱动力(矩)、阻抗力(矩)为0,各个构件无初始变形;在间歇静态时,柔性机构存在惯性变形和残余振动;在定位静态时,柔性机构处在锁定状态,有些机构在锁定后要承受负载。因此,柔性机构在静态工况下主要是静力学分析和结构振动分析,可以按照结构静强度、结构振动的可靠性分析和计算方法进行求解。

柔性机构在动态工况下,机构的慢变运动和快变运动同时出现,相互耦合,机构呈现强非线性运动性态。动力学参数、运动学参数均为时变随机变量,柔性机构的运动过程为随机过程,柔性机构可靠性分析与研究转化为求解随机过程的可靠性分析问题。由于构件几何、物理参数的随机性以及驱动力(矩)、载荷的随机性,导致柔性机构运动学参数和动力学参数的动态响应存在不确定性,而且这种不确定性既体现在确定性时刻的动态响应是随机的,也体现在确定性动态响应的对应时刻是随机的。

柔性机构动态可靠性研究考虑的随机影响因素主要有以下几类:

(1)驱动属性 柔性机构的动力源特性。

(2)载荷属性 柔性机构的负载特性。

(3)材料属性 构件的质量、转动惯量、固有频率等。

(4)几何属性 构件的几何尺寸和形状误差。

(5)约束属性 运动副间隙、摩擦和磨损。

(6)环境属性 温度、腐蚀等,例如外太空中工作的机构存在温度循环、原子氧腐蚀、运动副的真空冷焊等。