基于多目标优化策略的框架车转向杆系优化设计

为改善和提高框架车转向性能,基于多目标优化理论对框架车转向杆系结构进行了优化设计研究。建立面向转向杆受力和转角多目标优化的参数模型,并应用多目标决策方法中的分层序列法,在ADAMS中建立框架车转向杆系的仿真分析模型。分析结果表明,应用多目标优化方法可以减小各轴线轮胎实际转角与理论转角的误差,同时使杆系受力情况得到较大改善。     

含运动副间隙的空间转向机构运动精度分析及优化设计#br#

为评价运动副径向间隙和齿条倾斜对齿轮齿条转向机构转向误差的影响,将不同位置的运动副径向间隙用间隙杆和变长杆来代替,利用螺旋理论推导了转向机构的空间运动模型及主销转角与转向轮转角的理论模型。以最小转向误差为目标,以转向过程中压力角的最大值和车辆的最大转角最小值为约束条件,建立了含间隙转向机构优化模型。运动分析表明：含间隙转向机构的正转及回正过程具有不同的转向误差,且回正转向误差比正转转向误差更大;换向瞬间会产生比较大的转向误差;运动副间隙或齿条倾斜程度的增大会使车辆的最小转弯半径增大。考虑运动副间隙的转向机构优化设计,可以提高转向机构的转向精度。     

含运动副间隙的空间转向机构运动精度分析及优化设计

为评价运动副径向间隙和齿条倾斜对齿轮齿条转向机构转向误差的影响,将不同位置的运动副径向间隙用间隙杆和变长杆来代替,利用螺旋理论推导了转向机构的空间运动模型及主销转角与转向轮转角的理论模型。以最小转向误差为目标,以转向过程中压力角的最大值和车辆的最大转角最小值为约束条件,建立了含间隙转向机构优化模型。运动分析表明:含间隙转向机构的正转及回正过程具有不同的转向误差,且回正转向误差比正转转向误差更大;换向瞬间会产生比较大的转向误差;运动副间隙或齿条倾斜程度的增大会使车辆的最小转弯半径增大。考虑运动副间隙的转向机构优化设计,可以提高转向机构的转向精度。     

载重汽车双前桥转向机构优化设计

以多体系统动力学理论为基础,应用多体动力学软件ADAMS建立了载重汽车双前桥转向机构动力学仿真模型,以及转向梯形机构及中间摇臂机构的数学模型。基于各机构转角误差最小对设计参数进行了仿真优化分析。通过仿真分析,得到了双前桥转向机构的优化结果以及转向性能的评价结论。     

载重汽车双前桥转向机构优化设计

以多体系统动力学理论为基础,应用多体动力学软件ADAMS建立了载重汽车双前桥转向机构动力学仿真模型,以及转向梯形机构及中间摇臂机构的数学模型。基于各机构转角误差最小对设计参数进行了仿真优化分析。通过仿真分析,得到了双前桥转向机构的优化结果以及转向性能的评价结论。     

基于后轴主动转向的多轴转向杆系优化

多轴转向技术正在向具有主动转向系统和转向杆系的双转向系统发展,但是,由于不同转向系统之间的耦合干涉,双转向系统存在轮胎磨损问题。为此,提出一种新的转向杆系优化方法——双极限目标优化法。根据后轴主动转向的控制策略和车速与车轮转角的关系,确定不同转角范围内的各轴双极限理论转角。通过对转向杆系的优化分析,实现不同速度和转角条件下,转向杆系的转向中心与后轴动态转向中心的协调一致,最大程度降低双转向系统的耦合干涉。针对九轴转向车辆,利用双极限目标优化法对其转向杆系进行优化分析。通过与固定转向中心的优化结果对比发现:双极限目标优化法的最大转角偏差降低30.9%~59.9%,从而验证新优化法的正确性和优点。此方法对双转向系统转向杆系的优化具有重要的指导意义。     

基于遗传算法的客车前独立悬架及转向系统的运动学优化设计

针对某型号客车使用中前轮磨损严重、转向摇臂与转向器易干涉而导致转向器漏油、悬架与转向系统球铰磨损严重等问题,建立了该客车前独立悬架及转向系统的运动学分析模型,以前轮定位参数的变化最小、车轮实际转角与理论转角之差最小,以及轮胎的侧向滑移最小为优化目标,提出了采用遗传算法对客车前独立悬架及转向系统进行优化设计的方法,解决了原车悬架与转向系统的若干问题,为该型客车的改进提供了重要设计参考.     

横置液压缸式转向机构优化设计与性能研究

为使叉车横置液压缸式转向机构转向时的功率最小,以液压缸推拉力最大值最小为优化目标,以最大转角误差为约束条件,采用ADAMS内置优化算法OPTDES-SQP进行优化设计,优化过程中设计变量设置三组初始参数且约束条件多次取值,最后对比优化结果;采用蒙特卡洛法研究了优化后转向机构的最大转角、最大转角误差和液压缸最大推拉力等参数的相关性。研究结果表明:ADAMS内置优化算法能够实现转向功率减小的目的,但存在局限性,优化过程中出现了部分优化结果不满足约束条件的情况;约束条件多次取值并对转向机构进行优化,优化后转向机构间的最大转角与最大转角误差呈正相关关系,最大转角与液压缸最大推拉力呈负相关关系,最大转角误差与液压缸最大推拉力呈负相关关系。     

汽车转向系与悬架系统匹配优化设计

针对汽车上的两个重要组成部分转向系和悬架系统之间在实际运动中所存在的干涉问题,以扬子皮卡车为研究对象,分析了非独立悬架与转向系的匹配关系.基于多刚体系统动力学和空间机构运动学理论,针对常见的独立悬架中的双横臂独立悬架与转向系的空间运动进行了分析,并且运用MATLAB软件编写了仿真程序.在对仿真结果进行分析的基础上,建立了目标函数,进行优化设计.通过比较优化前后仿真的结果可以看出优化后明显好于优化前.     

山地自行车后悬架机构优化设计方法

分析山地自行车后悬架主要类型,将其归纳为单铰结构、摇臂驱动四杆机构和连杆驱动四杆机构三类.在归纳现有山地自行车后悬架机构图谱的基础上,建立减振器所受轴向力与后轮轴所受垂直力之比与后轮轴角位移的映射关系,探讨这种关系对骑行振动舒适性及操控性的影响.以典型样车为例,比较不同形式后悬架机构力比映射特性的差异,得到四杆机构后悬架刚度小于单铰结构后悬架刚度的结论.在此基础上,通过分析找出影响后悬架系统性能的设计参数为:连架杆长度、连杆长度和减振器与车架连接的位置,并以这些参数为设计变量,以实际结构空间限制为约束条件,以设定的力比曲线为优化目标,通过典型实例优化后悬架系统的设计参数,给出一种后悬架机构尺度综合方法.     

一种新型主动隔振系统的建模研究

将压电元件粘贴于一定形状的弹性元件上，构造成主动弹性隔振系统。通过用带电自由度的梁元模型及空间转换矩阵对主动弹性隔振系统进行简化和采用Hamilton原理建立系统的运动方程对系统进行模态分析，采用振型叠加法计算系统的动态响应，并从运动方程中进一步求取系统频响函数矩阵，分析系统频域特性。通过频响测试进一步验证了该理论分析的正确性，为实施控制算法奠定了基础。     

采用柔性铰链的快速反射镜设计

根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求,提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件,采用直线音圈电机驱动,并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先,介绍了反射镜工作原理及驱动方式,选择了系统的驱动元件和测角元件,并对柔性铰链结构进行设计。在研究其刚度特性的基础上,采用序列二次规划法优化了铰链关键尺寸。然后,建立了驱动组件的简化模型,并利用理论公式和有限元分析软件分别计算驱动组件的转角精度。最后,使用测角元件及自准直平行光管测量了快速反射镜的转角精度。实验结果表明：所设计的快速反射镜装置工作稳定、结构可靠,对发射光束的控制精度能达到0.95",满足激光发射系统实时控制光束发射方向的精度要求。     

DCT离合器热负荷仿真研究

分析了双离合器式自动变速器中干式和湿式离合器的特点，着重对影响干式双离合器性能和寿命的因素进行了分析，其中滑摩导致的温升是影响的关键。建立了双离合器式自动变速汽车起步过程传动系统动力学模型，采用双离合器起步控制策略，进行了摩擦副压盘滑摩功仿真计算。利用ANSYS分析软件进行了摩擦副压盘瞬态温度场、重载坡道重复起步时压盘温度变化及压盘热容量对温升影响的仿真分析。     

4m口径SiC反射镜原位检测用静压支撑系统

研制了一套用于4m SiC反射镜原位检测的静压支撑系统,以降低超大口径SiC反射镜离线检测的风险,提高其制造效率。首先,推导了单元刚度的解析式,确定了其中关键因素;然后,对支撑单元进行抽样测试,结合解析式预测了支撑群组中单元的工作刚度。最后,通过密封性测试和反射镜原位检测,验证了支撑系统的稳定性;通过有限元模拟,计算了系统的重力卸载面形精度。结果表明:5个单元连组时,单元刚度约为1.9kN/mm,刚度值分布在±3%误差区间;独立单元刚度可高至15kN/mm;3种分组单元刚度预测值分别为1.7,1.1和0.8kN/mm。支撑系统空载时管路压强变化缓慢,表明密封性良好;用该系统支撑4m反射镜时,11天内高度绝对变化量小于50μm,相对变化量小于20μm。54个单元刚度随机分布时,镜面面形高阶残差(RMS)为20nm。提出的系统基本满足原位检测的稳定性和精度要求。     

Elastic dynamic research of high-speed multi-link precision press considering structural stiffness of rotation joints

An elastic dynamic model of high-speed multi-link precision press considering structural stiffness of rotation joints was established by the finite element method. In the finite element model, rotation joint was established by four bar elements with equivalent stiffness, and connected link was established by beam element. Then, the elastic dynamics equation of the system was established, and modal superposition method was used to solve the dynamic response. Compared with the traditional elastic dynamic model with perfect constraint of the rotation joints, the elastic dynamic response value of the improved model is larger. To validate the presented new method of elastic dynamics analysis with stiffness of rotation joints, a related test of slider Bottom dead center (BDC) position in different speed was designed. The test shows that the model with stiffness of rotation joints is more reasonable. So it provides a reasonable theory and method for dynamic characteristics research of sucha multi-link machine.

     

基于有限元分析的长条状主镜支撑结构设计

从满足空间望远镜主镜在复杂工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了大尺寸长条状主镜组件材料和主镜结构的选择确定原则;采用理论分析与有限元计算工具相结合的手段,对主镜支撑结构进行了分析与设计.分析计算表明,若主镜组件采用刚性支撑设计,主镜综合面形误差将远远超出设计要求;而采用柔性支撑设计,当柔性支撑筋板高度取46 mm、厚度取1.7 mm时,主镜组件的动态刚度可达97.4 Hz;镜面综合面形误差分别达到63.1 nm、39.3 nm和59.6 nm;主镜组件最大变形分别达到24.6 μm、21.4 μm、7.4 μm,各项指标满足设计要求.平衡稳定性校核表明,当空间相机发射时,柔性支撑筋板不会发生失稳.     

Bipod反射镜支撑结构的柔度计算及分析

为了改善反射镜在环境温度波动情况下的面形精度下降问题,设计了一种联杆型双轴Bipod柔性支撑结构,并基于柔度理论对它进行了参量优化。首先,对支撑结构的柔度进行了分析和计算,推导出柔性支腿以及反射镜组件的柔度理论公式。然后,以保证反射镜轴向支撑刚度和卸载能力为目的,计算得到一组针对口径为200mm反射镜的柔性支撑结构尺寸参数。最后,通过有限元分析和振动试验,对支撑结构的柔度公式、动态特性、温度适应性进行了分析验证。分析结果显示,在一定作用力下,柔性支腿的理论值与有限元分析值的误差在10%以内;振动试验得到组件的一阶频率为358.5Hz,与理论计算值的相对误差为8.8%;在20℃温差下,反射镜面形精度为7.7nm(rms)。试验结果验证了理论模型的有效性,同时说明Bipod柔性支撑结构能够降低温度波动对反射镜面形的影响。     

游梁式抽油机井皮带滑动效率的仿真研究

针对游梁式抽油机皮带传动装置负载扭矩波动大的特点,研究了游梁式抽油机皮带的纵向振动特性、皮带与带轮之间的相对滑动速度以及皮带传动的瞬时滑动效率。将皮带简化为纵向振动的弹性体,建立了皮带在交变摩擦力激励下的纵向振动力学模型与波动方程形式的数学模型;应用振型叠加法建立了皮带纵向振动的数值仿真模型;建立了皮带相对于带轮的瞬时滑动速度、瞬时滑动效率的仿真模型;仿真分析了抽油机曲柄扭矩波动幅值、皮带预紧力对皮带滑动效率的影响。仿真结果表明：抽油机曲柄扭矩波动会降低滑动效率;当抽油机曲柄扭矩存在负扭矩时,皮带滑动效率明显降低;在预紧力能保证皮带传动正常工作的情况下,再增加皮带预紧力会增大皮带的传动效率。

     

CO_2探测仪反射镜组件设计

为了降低重力、力学试验、发射条件以及因材料线胀系数差异导致的热变形对CO_2探测仪反射镜面形产生的影响,从反射镜组件材料选择、结构设计和配合方式几个方面进行了分析。采用SiC材料制作反射镜,结合反射镜的环形支撑方式,通过有限元分析对镜体进行轻量化设计。选取线胀系数较小的殷钢材料,利用三角形结构的稳定性和双脚架柔性结构的灵活性设计出简易可靠的反射镜支撑结构。反射镜与支撑结构接触面为1∶50的锥度面,通过环氧树脂进行胶接。在严格的工艺条件控制下,对反射镜组件进行精密加工和装配。对反射镜组件进行力学试验测试,结果表明在X向、Y向、Z向的一阶频率分别为445,423和444 Hz,与有限元分析结果接近。试验后镜面面形变化量PV值小于1/10λ,RMS值小于1/30(λ=632.8nm)。证明了CO_2探测仪反射镜组件结构设计与装调的合理性,满足空间高光谱成像要求。     

微注塑保压时间对平面透镜相对折射率的影响

针对透明器件对光学性能要求很高的现实，提出通过调控相对折射率来实现光学性能调控的方法。以微注塑薄壁透镜为例，对平行激光光源通过光学透镜后的波阵面进行检测与重建;接着推导出了波阵面检测结果与相对折射率的理论关系，并计算了透镜内部相对折射率的分布;最后考查了微注塑过程中保压时间对透镜相对折射率分布的影响。实验结果表明：当微注塑保压时间从1s延长至3s时,相对折射率分布均匀度明显提高，折射率的极差从6.1×10-3减小到2.9×10-3。该相对折射率表征方法能有效调控光学制品性能。