高压压气机操纵机构作为控制气流流量和气流角的关键部件,其制造装配过程中需要严格地控制尺寸精度以保证航空发动机维持良好的工作性能。由于回转铰链内不可避免地存在间隙,在运动过程中轴孔接触状态的变化和碰撞过程的非线性动力学行为,造成当操纵机构中存在间隙时其动态特性难以预测;含间隙机构的动力学响应具有复杂的冲击和波动特征,其输出端位置和加速度的变化过程无法进行解析表达,缺少准确的量化参数评价间隙对机构运动精度和稳定性的影响;由于加工误差、测量精度和摩擦磨损等因素,难以有效地控制轴孔尺寸精度使铰链间隙处于合理的范围内。因此,研究平面含间隙机构动力学特性的精确预测方法,分析铰链间隙与机构运动精度、稳定性之间的关联关系并进行铰链尺寸精度控制具有十分重要的意义。本文同时考虑轴孔在接触过程中的局部变形和能量损失特征,建立协调接触状态下圆柱铰的静态和动态接触模型;基于机构的空间构型描述轴孔之间的接触状态以实现法向和切向接触力的计算;建立考虑铰链间隙的平面多体系统的动力学模型,提出评价机构运动误差和波动程度的量化指标,研究铰链间隙和位置对运动精度和稳定性的影响规律;基于间隙参数的模糊表达建立不确定参数下机械系统的动力学模型,利用模糊变换方法分析铰链的静态接触特征和机构运动误差的变化范围,为实际应用中的铰链间隙优化控制提供一定的理论指导。主要研究内容如下:(1)协调接触状态下含间隙圆柱铰接触力建模以含间隙回转铰链作为研究对象,分析轴孔在协调接触状态下的静态和动态接触特性。根据接触点的几何约束条件建立轴孔轮廓线上具有相同弧长的两点间的距离函数,并利用接触面的变形协调条件得到局部的弹性变形,基于Winkler弹性基础理论提出圆柱铰静态接触力模型。有限元仿真结果验证该模型能够更好地解决圆柱铰协调接触问题。在圆柱铰静态接触力模型的基础上,通过动量守恒和能量守恒定律推导表征能量损失速度的阻尼系数,并建立包含弹性力和阻尼力两部分的动态接触力模型。将自由下落的销轴与铰链孔的接触过程作为数值仿真算例,研究不同间隙、初始速度和恢复系数下动态接触力随法向刚性位移的变化规律。(2)考虑回转铰链间隙的平面机构动态特性分析将操纵机构的主要组成部分简化为含有冗余约束的平行四边形机构,基于圆柱铰在运动过程中的动力学模型,对含有多个回转铰链间隙的多体系统的动态性能开展全面研究。建立无量纲偏差量化指标和无量纲波动量化指标,定量分析含间隙机构中运动学约束的消除与间隙铰链内的非线性接触碰撞行为对机构的动力学特性的影响。正交实验表明间隙减小会提高机构的运动精度,同时会降低系统的稳定性。机构的运动精度不同程度地受到所有铰链间隙的影响,从驱动端到输出端连结的支链数量越多影响程度越大。通过操纵机构动态特性的实验测试,验证了含间隙机构动力学建模方法的有效性。(3)模糊参数下含间隙机构动力学不确定性分析考虑回转铰链间隙的不确定性,利用三角模糊数表示圆柱铰间隙和材料杨氏模量,并通过分解定理将模糊数离散为相应的区间数;采用简化形式的模糊变换方法分析不同刚性位移下轴孔接触状态的变化,研究模糊参数对考虑多个铰链间隙的多体系统运动精度的影响。随着刚性位移的增大,轴孔接触刚度受铰链间隙的影响程度逐渐减弱。当刚性位移较小时,铰链间隙会明显影响轴孔的接触刚度,弹性接触力与间隙之间满足非线性关系;当刚性位移到达一定值时,不同间隙下轴孔的接触刚度趋于稳定,弹性接触力随着间隙的减小线性增加。位于驱动端铰链的模糊参数对机构运动精度的影响最显著,在控制轴孔尺寸精度时需要考虑运动精度的不确定性。