考虑结合部耦合的结构梁的边界元解析方法研究

机床结合部是影响机械系统性能的关键因素之一,对机床的静态、动态和热态性能有很大影响。以机械系统中最常见的基本结构形式-梁单元及其结合部为对象,研究了结合部理论与边界元法有机结合的静态特性解析方法。基于结合部理论分析了结合面接触压力、接触变形、接触刚度之间的非线性关系,建立了考虑结合部接触刚度的边界元梁与梁、梁与边界的系统耦合解析模型,将结合部接触刚度纳入边界元解析的子结构中,使其与机械系统的元件进行合成,将结合部接触刚度作为机械系统的解耦收敛条件进行迭代,解决了机械系统与结合面结合问题的耦合并利用边界元法开发了专业的结合问题解析软件,解析结果表明,采用边界元法对于柔性结合部的处理比较方便,在柔性结合部的部件或整机性能预测方面具有明显优势。     

机床滚珠导轨中圆柱面-球面结合面静特性分析及试验研究

机床特性主要依赖于零部件刚度及结合部刚度组成的系统刚度特性,滚珠导轨结合部刚度是系统刚度的主要组成部分。滚珠导轨副由若干个滑块和轨道组成的滚珠导轨单元结合部构成,一个滚珠导轨单元结合部包括多列、多个圆柱面-球面结合面。基于单位面积结合面基础特性参数,提出一种直线滚珠导轨圆柱面-球面结合面静特性解析方法,并通过实例计算与加载试验验证比较,证明本文方法的正确性,为圆柱面-球面结合面的设计分析提供支持。     

机床导轨结合部的动态特性解析方法及其应用

基于结合面动态基础特性参数,研究了机床导轨结合部动态特性的建模解析方法,并将其应用于机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,使机床图样设计阶段预测整机动态特性成为可能。     

机械结合部单元静态变形分析研究

整机是由许多通过结合部连接的构件组成的整体,而螺栓结合部是机床设计中的主要问题之一。螺栓结合部的结合状态比较复杂,研究过程和方法也相对复杂。结合面的研究首先从结合面的静态特性开始。该文首先简要介绍了影响结合部静态特性的主要因素及接触理论,并通过非线性接触表面层理论对螺栓结合部的接触变形进行了解析计算,为整机结合部的静态特性分析提供了边界条件。     

基于结合面基础特性参数的机床导轨结合部动态特性解析方法

导轨是机床的最重要功能部件之一,由于其具有滑动特性,因此也是机床整机动态特性中最有影响的结合部之一.本文以结合面的基础特性参数为基础,研究了机床导轨结合部的动态建模解析方法,并将其应用于机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,并为机床图样设计阶段预测整机动态特性开辟了道路.     

基于结合面基础特性参数的机床导轨结合部动态特性解析分析

导轨是机床的最重要功能部件之一,由于其具有滑动特性,因此也是机床整机动态特性中最有影响的结合部之一。本文以结合面的基础特性为基础,研究了机床导轨结合部的动态建模解析方法,并将其应用机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,并为机床图样设计阶段预测整机动态特性开辟了道路。     

螺栓结合部切向刚度计算模型建立及分析

对于栓接结合部来说,当前的研究主要集中在栓接结合部整体法向刚度的研究。由于栓接结合部的切向刚度对整机静态特性也起着至关重要的作用,因此,要实现对栓接结合部静态特性的全面解析,还需提出一种计算栓接结合部切向刚度的方法。以栓接结合部法向刚度求解模型为基础,提出一种计算栓接结合部切向刚度的解析模型。最后分别通过解析计算及有限单元法对具体实例进行计算,结果表明:计算模型获得的栓接结合部的整体位移值等于8.3917e-4m,而有限元计算的结果为3.19e-4m,两者存在一定的偏差,主要原因在于有限元分析中考虑了摩擦力的影响。而在考虑摩擦力影响的情况下,数学模型计算出的总位移数值为3.104e-4m,与有限元的计算结果误差较小,故可证明所提数学模型的可行性。内容为机械系统中螺栓结合部综合刚度的求解奠定了一定的理论基础。     

机床直线滚动导轨结合部静态特性解析方法

滚柱导轨是由多个柱面一平面结合的结合部,考虑采用载荷~变形的非线性关系分别进行单项载荷作用的解析。介绍了结合面的基本理论,研究了滚柱滚动导轨中心的柱与平面的单平面结合部静态特性及其建模解析方法;基于结合部理论,阐述了将外载荷线性等效为结合面分布载荷的方法并进行了验证,最后通过程序验证了这种线性叠加的方法在求解结合部特性问题上是可行的。     

直线滚动导轨结合部的静刚度解析

介绍了影响结合部静态特性的主要因素及接触理论,并通过非线性接触表面层理论对直线滚动导轨圆柱结合部的接触变形进行了解析计算,可为机械结构的静态特性提供结合部的边界条件。     

一种螺栓结合部刚度四点等效方法

螺栓结合部是机床结构中应用最普遍的固定结合部之一,直接影响着机床整机性能。应用有限元软件分析机床整机结构性能时,为了保证计算精度,需要精细划分螺栓结合部网格,导致计算规模大、耗时,因此探索简单有效的机床螺栓结合部有限元模型的处理方法具有重要意义。基于实验获取结合面基础特性参数,通过解析方法得到螺栓结合部中每个单元螺栓结合部的六项刚度,然后基于刚度等效原则将每个单元螺栓结合部等效成对称分布的四个弹簧单元,给出了等效弹簧刚度及位置的计算方法,在机床整机结构有限元分析时,以等效弹簧单元代替单元螺栓结合部,直接将其等效刚度代入有限元模型求解,可大大简化有限元计算模型。实验验证该等效方法是可行的。     

切向载荷下螺栓结合部静特性分析及试验

为了准确理解螺栓结合部静态特性,基于结合面基础特性建立了螺栓单元结合面解析数学模型,提出了一种等效分步载荷解析算法,可以实现在结合部承受切向载荷时,无需考虑载荷间耦合关系就能对结合部力平衡非线性隐含积分方程组进行快速准确求解。采用自行设计的螺栓结合部切向加载装置进行了结合部扭转和剪切加载试验。试验与解析结果均表明,在切向载荷不超过最大静摩擦力的情况下,螺栓结合面切向变形与外载荷成线性关系。解析与试验结果的一致性验证了模型的正确性,为机械结合面静态特性分析提供了理论和试验支持,求解算法可方便地将结合面研究成果应用于工程实践。     

机械结合部动态特性的等效参数研究

为提高机械结构数值分析时结合部动态特性参数的应用简便性,提出一种基于等效参数的机械结合部动态特性分析方法。在通过实验获得具有通用性的结合部单位面积上的法向动态刚度和切向动态刚度的基础上,将单位面积上的结合部等效为各向同性连续介质,基于GW接触模型建立单位面积上的结合部微观形貌和结合部动态刚度变化关系式,根据离散单元应力波传播条件研究结合部单位面积上的法向动态刚度和切向动态刚度之间内在联系,推导出结合部动态特性的等效参数-单位面积上的弹性模量和泊松比,并以螺栓连接的两钢板为对象进行数值分析,将计算结果和试验测量结果进行比较,以验证结合部动态特性等效参数的可行性和准确性,为深入研究机械结合部问题奠定基础。     

水铰链综合试验装置研制

为研究机械密封式水铰链在带载运转情况下的密封性能,指导水铰链的研制和开发,文中在以往试验装置的基础上,研制了水铰链综合试验装置。介绍了该装置的原理、整体结构及运行情况。该装置由温度调节系统、压力流量调节系统、伺服驱动系统及数据采集处理系统组成。该装置温度可控,转速可调,测试界面友好,测试数据直观可视,能进行水铰链在不同压力及流量下的运转试验。该装置为水铰链产品的研制及性能评价提供了有效的试验手段。     

下肢外骨骼助力机器人关节驱动设计及试验分析

针对人体下肢关节特点与助行要求,设计了外骨骼机器人关节结构;通过ADAMS软件仿真,分析了外骨骼机器人水平助行过程中关节功率配置需求,根据关节需求设计了外骨骼电液伺服驱动系统;为满足外骨骼机器人对人体下肢关节助力及柔顺性要求,提出了基于关节误差估计的PID控制方法。详细介绍了外骨骼机器人下肢关节结构的运动形式与技术参数,优化配置了关节结构的运动范围与驱动行程,对该机器人进行了运动学分析并通过外骨骼的典型动作进行验证;划分了外骨骼助行过程中步态与关节驱动映射,给出误差估计与补偿PID控制的具体参数;分别从关节跟踪与助力功率的角度,量化分析、对比了基于关节误差估计与常规PID两种控制方法的助力指标参数。试验结果表明,所设计外骨骼关节与驱动系统可实现穿戴者助力行走;对比常规PID控制,抑制了关节驱动控制输出区间的不连续,改善了关节跟踪误差,提升了助力效果与柔顺性。     

一种新型棱镜型双通道光纤旋转连接器的设计

目的：光纤通信技术提高了信息传输的速率和容量,目前它已成为一种主要的信息传输技术。在某些信号旋转传输的特定场合中需要使用以光信号传输为基础的光纤旋转连接技术。光纤旋转连接器因其具有传输容量大、体积小、重量轻以及良好的电磁兼容特性等优点而被广泛研究和应用。方法：本文分析了棱镜型多通道光纤旋转连接器的结构及原理,对解旋转机制进行了分析,并由此设计了一种新型的方双柱面解旋转棱镜结构的双通道光纤旋转连接器。结果：通过对该结构的光纤旋转连接器的耦合特性分析,结果表明其损耗主要由机械误差和解旋转棱镜球差所产生,数值模拟结果表明该结构的光纤旋转连接器的插入损耗可低于2.0dB。结论：这一性能完全能满足雷达等相关军事装备对其应用的要求,具有广泛的应用前景。     

螺栓结合部切向动力学行为辨识方法

首先,以螺栓结合部切向动力学特性为研究对象,基于频响函数的子结构综合法为理论主线,建立结合部切向动力学行为辨识基本方程,推导其切向动刚度Za的理论表达式;其次,联合奇异值分解与最小二乘法,优化辨识结合部切向等效刚度ka与阻尼ca,由此建立螺栓结合部切向动力学数值模型;最后,利用该模型计算结构测点频响函数,进而将其与实测值进行对比。结果表明,二者吻合程度较高,且特征峰对应频率误差分别为1.38%,1.51%和0.84%,验证了所提方法能有效辨识螺栓结合部切向动力学行为,所得等效动力学参数精度较高,可为机械系统整机精准建模提供理论参考与数据支撑。     

Design of mechanical coxa joints based on three-degree-of-freedom spherical parallel manipulators

We addressed the issue of the design of mechanical coxa joints based on three-degree-of-freedom spherical parallel manipulators using the parameter statistics optimum method based on index atlases. The coxa joints have the advantages of high payload, high accuracy, and good technological efficiency. The first step of the design and prototyping used in this paper develops the direct and inverse displacement equations from the layout feature of the mechanical coxa joints. Then, the shapes of a constant-orientation workspace of the mechanical coxa joints are described, and the effects of the design parameters on the workspace volume are studied quantitatively. The next step deals with the graphical representation of the atlases that illustrates the relationship between performance evaluation index and design parameters based on the kinematics and torque analysis of the mechanical coxa joints. Finally, the geometric parameters of the coxa joints are obtained by the parameter statistics optimum method based on the index atlases. Considering assembly conditions, the design scheme of the mechanical coxa joints is developed, which provides a theoretical basis for the application of the mechanical coxa joints.     

面向混联机床的机械系统容错重构规划方法研究

提出了一种机械系统可重构的混联机床,研究了混联机床机械系统的容错重构策略,提出了基于机构类型演化的机械系统重构容错新方法,给出了球铰演化为虎克铰的实施方案.导出了故障和非故障状态下混联机床的位置反解算法,在ADAMS平台中进行了仿真分析和研究,得到了容错重构前后自旋角的变化曲线以及各驱动腿的长度和工作台位移的变化曲线.仿真结果表明,利用混联机床的机械系统可重构性能可以提高混联机床的可靠性和安全性.     

Mechanical Properties Prediction of the Mechanical Clinching Joints Based on Genetic Algorithm and BP Neural Network

For optimal design of mechanical clinching steel-aluminum joints, the back propagation (BP) neural network is used to research the mapping relationship between joining technique parameters including sheet thickness, sheet hardness, joint bottom diameter etc., and mechanical properties of shearing and peeling in order to investigate joining technology between various material plates in the steel-aluminum hybrid structure car body. Genetic algorithm (GA) is adopted to optimize the back-propagation neural network connection weights. The training and validating samples are made by the BTM(R) Tog-L-Loc system with different technologic parameters. The training samples' parameters and the corresponding joints' mechanical properties are supplied to the artificial neural network (ANN) for training. The validating samples' experimental data is used for checking up the prediction outputs. The calculation results show that GA can improve the model's prediction precision and generalization ability of BP neural network. The comparative analysis between the experimental data and the prediction outputs shows that ANN prediction models after training can effectively predict the mechanical properties of mechanical clinching joints and prove the feasibility and reliability of the intelligent neural networks system when used in the mechanical properties prediction of mechanical clinching joints. The prediction results can be used for a reference in the design of mechanical clinching steel-aluminum joints.     

Effect of welding seam spacing and relative bar wall thickness of bus framework on joint’s local mechanical property

Now the researches concerning integral bus mainly focused on design and analysis of overall mechanical property of bus body,and paid little attention to characteristic of local structures,such as joint,plug welding hole,and bolt connection point,etc.So there is much blindness on the design of local connecting structure.Since integral bus body structure cancels large section longitudinal beam,and uses framework made by welding small section bars together as principal part to bear the whole load when the vehicle works,there are many joints receiving high load in the body structure,and local stress concentration can not be avoided.Under such circumstances,by adopting beam-shell mixed model based on super element technique,and selecting a joint commonly used by bus sidewall,the rule of the effect of bar joint’s welding seam spacing on joint’s local mechanical property is investigated in this paper,and the investigating results show that joints have minimum stress concentration with welding seam spacing of 8 mm.To learn whether the above rule is affected by relative bar wall thickness,many groups of bars with different relative bar wall thicknesses are studied experimentally,and the experimental results show that the joints local stress levels vary with different relative bar wall thicknesses,but the rule of the effect of bar joint’s welding seam spacing on joint’s local stress level remains the same.The research is significant for local structure design of bus joint in the future.