3.3.9 柔性机构卡滞可靠性分析
卡滞可靠性又称为防卡可靠性[81,105]。在航空、航天等领域,曾经出现飞机起落架因卡滞不能按要求完成其收放功能的事故以及卫星通信设备的可收放天线因卡滞不能按要求完成其收放功能的事故,例如:美国C5A大型军用运输机曾经出现前缘襟翼的卡住事故。这种机构卡滞失效的现象逐渐引起国内外学者的广泛关注,使机构防卡可靠性的研究逐步发展起来。冯元生分析了机构卡住失效的五种典型类型,按卡滞类型提出了相应的机构防卡可靠性分析方法[81];史天录分析了运动副间隙和构件尺寸的随机特性,提出了曲柄滑块机构的卡滞可靠性分析方法[105];郑冬青考虑构件弹性变形的影响,建立了机构变形卡滞可靠性分析的功能函数,利用序列响应面方法求解了机构卡滞可靠度[106];冯蕴雯、薛小锋和宋笔锋教授等提出了粘着磨损卡滞、变形过大卡滞、不良环境因素影响、外来异物因素、零件松脱以及多支点转轴卡滞等六种类型的机构卡滞可靠性分析方法及错位、运动传输中断等四种类型的机构定位可靠性分析方法[107]。
机构卡滞失效表现为主动力(矩)不能克服阻尼力(矩)而顺利运动,或者运动过慢而不能满足设计要求[106,107,111]。对于含有细长柔性构件的机构,卡滞可靠性研究的重点是柔性构件变形引起的卡滞失效,其他几种卡滞失效模式可以参照刚性机构。由于柔性构件的变形使运动副轴线或者约束面产生偏移、倾斜,导致构件不能通过运动副顺利传递动力和运动,甚至产生自锁的现象。冯蕴雯、薛小锋和宋笔锋教授等提出了两种变形卡滞可靠性分析模型[107],通过约束构件变形的方法来防止机构出现卡滞失效。
设引起运动副轴线或者约束面产生偏移、倾斜的容许变形量为δ*,所考察构件在运动时域内的变形动态响应为δ(t),则柔性机构卡滞可靠性分析的极限状态方程为
gδ(t)=δ*-δ(t) (3-52)
柔性机构卡滞可靠度描述为:在运动时域内,变形动态响应δ(t)小于容许变形量δ*的概率,即
R(t)=P{gδ(t)＞0},t∈T (3-53)