集中式柔性机构动力学等效分析方法研究

基于伪刚体模型与功能守恒定律,建立了集中式柔性机构动力学等效分析方法。在忽略杆件弹性变形的基础上,借助Paros给出的圆弧形柔性铰链扭转刚度计算公式,形成集中式柔性机构的伪刚体模型;依据动能不变及功率不变的原则,将柔性机构的伪刚体模型进行等效处理,建立了集中式柔性机构动力学等效分析方法。采用该方法,分别对单自由度和双自由度柔性机构进行了动力学等效分析,并将获得的解析解与ANSYS软件获得的数值结果进行了对比,证实了本文提出的动力学等效分析方法是十分有效的,该方法为柔性机构的动态优化设计提供了有力工具。     

基于动力学的双稳态机构驱动特性分析

柔性双稳态机构是一种在无外部输入的情况下,可以保持两个稳定平衡位置的机构,在MEMS和机械传动领域中有广泛的应用。对柔性机构稳态的判别一般使用能量法,但能量法无法对柔性机构的驱动特性进行分析。为此提出一种基于动力学的柔性四杆机构稳态分析方法,对只含一个柔性关节的四杆机构的驱动特性进行分析,并根据驱动特性曲线对柔性机构的稳态特性进行判断。首先,建立柔性四杆机构的伪刚体模型,利用拉格朗日方程建立动力学模型,解算出主动杆件旋转360°时驱动力的变化曲线;然后,在ADAMS中建立对应的柔性四杆机构模型,将仿真结果与动力学解算结果进行对比,验证动力学模型的准确性;最后,通过一个算例将提出的动力学分析方法与传统能量法的分析结果进行对比,证明动力学分析方法的有效性,同时还可以得到机构在稳态位置与非稳态位置转换过程中驱动力的临界值,为柔性稳态机构的设计提供一种新的方法。提出的基于动力学的双稳态驱动特性,在双稳态开关、双稳态传感器中都可以被设计和应用。     

基于有限段方法的SMA扭转驱动器柔性机构动力分析

柔性机构的动力学分析是柔性机构学研究的重要课题,柔性部件的变形对系统的安全性和可靠性有直接的影响。针对SMA柔性扭转驱动器的梁式柔性构件的特点,应用有限段的方法建立了其离散分析模型。充分利用ADAMS软件在多体系统动力学分析上的优势,应用ADAMS宏命令建立了SMA柔性扭转驱动器的有限段离散模型,将柔性机构的动力学问题转化为多刚体动力学问题,从而实现对柔性机构动态特性的分析。     

考虑杆件柔性的间隙机构系统磨损分析

基于机械系统动力学分析软件ADAMS建立了含多间隙曲柄滑块机构的动力学模型,利用冲击函数理论模拟间隙处的接触碰撞作用,详细研究了构件柔性和铰链间隙对机构系统动力学特性的影响,并应用Archard磨损模型对间隙运动副的磨损进行了预测。当考虑杆件柔性时,应用ANSYS程序创建连杆的有限元模型,取连杆的前五阶模态导入ADAMS中建立含柔性连杆的多间隙机构动力学模型并进行动力学仿真计算,结果发现,考虑杆件柔性时的间隙机构系统动态行为在很大程度上趋于理想机构,在曲柄转动一个周期的过程中间隙运动副除在几个特定的位置处发生了较大的碰撞外,轴销与轴套均保持连续接触,且预测所得的磨损量也较小。     

飞机大部件调姿机构柔性多体动力学建模与仿真

为保证飞机大部件调姿的质量与可靠性,构建了调姿机构的动力学模型,模拟了整个调姿过程。根据调姿机构自身特点将三坐标定位器的支撑杆视为柔性体,综合运用拉格朗日方程、虚功原理与拉格朗日乘子法,建立了调姿机构的柔性多体动力学模型;经数值求解得到调姿过程中飞机部件和定位器的受力情况,通过仿真算例验证了所建立的动力学模型的正确性和有效性。该动力学模型可为实现调姿过程的自动控制提供有力的依据。     

平面2-DOF冗余驱动并联机构弹性动力学分析

建立了平面2-DOF冗余驱动并联机构弹性动力学模型。首先,将机构系统的6个连杆视为6个柔性杆件单元,考虑柔性杆件纵向位移、横向位移和扭转变形,基于有限元法和拉格朗日方程建立了机构6个柔性杆件单元的弹性动力学模型;其次,根据转动副的约束特点及各分支与输出轴的约束关系,得到系统的弹性动力学模型。然后,将理论计算与脉冲激振法试验得到的机构在不同位置时的固有频率进行对比,验证了系统弹性动力学模型的正确性。最后,基于系统的弹性动力学模型,得到了机构1阶固有频率随机构杆件截面尺寸参数变化的规律,在此基础上,给定末端运动轨迹,分析了机构在不同杆件截面尺寸及加载情况下的动态响应,为机构杆件结构参数优化设计奠定基础。     

柔性牵引器刚柔耦合动力学特征及结构优化

传统牵引器支撑机构多为刚性结构,在井下极易产生卡堵等问题,基于该工程背景,提出了一种新的基于斜块柔性支撑机构的伸缩式牵引器结构方案;牵引器在负载力作用下与管壁保持锁止,是牵引器向前爬行的关键,建立了柔性支撑机构在负载力作用下的刚柔耦合动力学模型,揭示了跨度、宽度、厚度和倒角等参数对柔性支撑机构锁止的影响规律,得到了柔性支撑机构结构优化设计方法;通过刚柔耦合动力学仿真分析了刚柔耦合模型相比于刚性模型的优越性,得到了在最优跨度、宽度、厚度和倒角下柔性支撑机构的最大负载力。实验结果表明,实测值与理论分析值和仿真值基本一致,验证了柔性支撑机构牵引锁止影响规律和刚柔耦合模型仿真的正确性。     

3-RRR平面柔性并联机构动力学分析

针对柔性并联机构动力学模型时变、刚-柔耦合、非线性的特点,以3-RRR平面柔性并联机构为研究对象,建立了一种基于有限元法、浮点坐标系和KED法的机构弹性动力学方程。首先,运用有限元法的理论,将机构的柔性杆件划分为一系列离散的梁单元模型,建立梁单元的动力学方程。然后,运用KED法,得到机构的约束关系式和装配关系式,从而得到机构在浮点坐标系下的弹性动力学方程。最后,分别对采用简化KED法和这里方法建立的机构动力学模型进行仿真分析,对比机构动平台的弹性位移/转角曲线和最大应力曲线,验证了这里建模方法的有效性。     

平行导向柔顺机构动力学建模及其频率特性分析

基于柔性体模型,结合伪刚体模型所得边界条件,建立了平行导向柔顺机构的动力学模型.以此动力学模型,讨论柔性杆截面参数、几何结构参数以及材料性能参数对系统频率的影响.所得结论对柔顺机构的结构设计及其工程应用提供理论指导.     

用冗余驱动方法进行柔性机构动力平衡的理论与试验研究

采用冗余驱动方法对柔性机构的动力平衡进行了研究。建立了具有冗余驱动的柔性连杆机构动力学模型,从理论上阐述了冗余驱动的平衡原理;给出了柔性机构最优平衡方法及其数值仿真结果;用附加冗余驱动电机的方法对一平面4R柔性连杆机构的动力平衡进行了试验研究,试验结果与理论分析吻合,充分表明了该方法的有效性和优越性。     

滑阀式高频液压打桩锤的研制

阐述一种新型液压打桩锤的结构和工作原理，在重点分析其数学模型的基础上介绍了这种液压打桩锤的设计和试制情况。     

超高压水压试验机高压缸体的有限元分析

根据某超高压水压试验机结构主要部件高压缸体的结构特点，利用大型通用有限元分析软件I-DEAS建立其实体装配模型和有限元模型，并对高压缸体进行了静力学的有限元分析，研究了在各种载荷的共同作用下高压缸体结构应力（应变）以及位移（变形）情况。结果表明，应用I-DEAS软件分析计算具有较高的精度，所建立模型和采用的计算方法合理，可进一步用于高压水压试验机结构的优化设计。     

高速滚子轴承的拟动态分析计算

本文建立了高速滚子轴承的拟动态分析计算模型和方法，研究了浪子凸度、滚子倾斜及滚子歪斜等因素对高速滚子轴承工作性能的影响。采用分片计算法确定滚子上载荷分布规律，用数值稳定性好的ＢＦＧＳ变尺度法求解非线性方程组。通过对某航空发动机转子的圆柱滚子轴承进行分析计算，证实了本文方法的实用性。     

某高热密度密闭机箱设计

文中结合设备需求,进行了一种高热密度密闭机箱的结构设计研究。通过理论分析与计算确定了机箱的结构模型,设计了机箱侧板风道,选择了合适的风机。此外,文中还利用FLOTHERM软件对其进行了热仿真验证,详细介绍了机箱模型简化与关键区域的网格划分。与传统设计方法相比,采用理论计算与软件仿真相结合的设计方式可明显提高产品的设计效率。     

高速磨床机械结构参数化建模与模态分析

基于动态子结构法建立了高速磨床零部件和整机的实体参数化模型,利用MSC. Patran/Nastran建立了高速磨床机械结构的有限元模型,并对主轴、床身和床身-工作台组合结构进行了模态分析。应用LMS振动及动态信号采集分析系统对主轴、床身和床身-工作台组合结构进行了实验模态测试与分析。实验表明,采用基于假想材料的高速磨床结合部模拟技术可使磨床组合结构的动态实验结果与有限元模态分析结果相吻合,实验测试得到的高速磨床机械结构动态特性和利用有限元软件仿真分析得到的结果是一致的,说明利用子结构法建立高速磨床机械结构实体参数化模型是正确可行的。     

高性能主轴偏心状态传递矩阵法的研究

分析电主轴的结构组成并进行简化建模,针对电主轴的偏心状态,采用电磁学对其进行力学分析;基于传递矩阵法对分段电主轴的简化模型进行机械动力学分析,对轴系的典型单元的状态进行了数学描述,递推出整个轴系的传递矩阵;综合电磁学与机械动力学的分析结果,修改部分典型单元的状态矩阵,根据电主轴整体的边界条件,得到偏心电主轴的传递矩阵方程即轴系的频率方程。     

高精度无心车床主轴系统动力学建模研究

针对无心车床加工时主轴系统的振动导致加工精度不足的问题,该文以无心车床主轴系统为研究对象,考虑了实际加工中存在的棒料s弯问题,建立了主轴系统动力学模型,并在simulink中进行了动力学分析,得到了主轴在径向1(x向),径向2(y向),轴向(z向)振动信号。通过对主轴参数轴承游隙的改变来观察主轴x方向,y方向,z方向振动的变化趋势,以及改变轴套磨损量来观察主轴z方向的振动变化趋势。分析结果表明,主轴在三个方向上的振动z向最大。最后将试验信号与模型信号进行对比分析,振动实验值与理论值的误差均在5%以内,所得实验结果与模型结果基本一致,z向振动最大,可通过调整主轴参数来提高加工精度,验证了所建立模型的准确性。     

高速铣削下PCBN刀具的有限元分析

通过对PCBN铣刀高速铣削淬硬45钢试验所得的数据进行分析,得出在不同的主轴转速下的切削力。再通过Solid Edge建立铣刀模型,导入ANSYS,将不同主轴转速下的切削力施加于所建模型PCBN刀片的切削刃上并进行应力分析。选取不同应力分布图中的最大应力值进行分析、比较,可知其应力变化是随着主轴转速的增大而逐渐减小,与实际情况相符。因此,通过建立有限元模型并进行分析,对铣削加工时选择合理的主轴转速提供依据。     

高速铁路轴承试验台的主轴结构优化

建立了高速铁路轴承试验台主轴的参数化有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS对主轴进行了模态分析,初步判定主轴会发生共振。对主轴结构进行了优化计算,结果表明,该方法确立了支承轴承的位置,主轴在自重减轻的情况下提高了其一阶固有频率,改善了主轴的动态性能,并且有效地避开了共振区。     

高 g值冲击下 MEMS器件可靠性研究

以基于SOI的MEMS开关器件为研究对象,建立了以SOI器件为基本结构的有限元分析模型,此次实验采取的是在SOI层上镀上一层Au,以便进行电路连接,并加载500～5000 g的惯性力进行有限元分析。经ANSYS有限元的分析,在500 g高惯性力的作用下,最容易产生金属层的脱落现象,造成MEMS器件的失效。通过这种方式对不同结构的MEMS开关器件进行有限元分析,限制其阀值加速度,减少由于惯性跌落试验而造成的实物破坏。