基于刚柔耦合的数控机床动态特性分析

在所开发的五坐标龙门数控机床虚拟样机的基础上,对其关键部位--横梁进行柔性化,建立了整机的刚柔耦合多体动力学模型,分析讨论横梁的柔性效应对机床运行稳定性的影响.结果表明:基于刚柔耦合模型的仿真分析更为准确地反映了机床的动力学特征,为最终实现机床结构优化设计提供可靠的理论依据.     

下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人的组成连杆在辅助人类运动的时候会因为自身柔性发生弹性变形,会影响到整个行走轨迹的位置精度和控制的实时性与准确性。针对所设计的下肢外骨骼康复机器人,首先通过步态仿真验证模型的正确性,然后建立其刚柔耦合动力学模型。在刚柔耦合动力学模型的基础上,通过ADAMS和ANSYS完成摆动期阶段内的刚柔耦合动力学联合仿真,得到其动态变形误差数据。结果表明：在Y方向、Z方向位移误差和整体位移误差分别在-38～3.6 mm、-7.5～3 mm、-6～14.5 mm内波动,与其他两方面相比,Y方向上的位移误差最大,在误差允许的范围内。验证了下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合模型的正确性与合理性,为后续的结构优化和控制系统的设计提供了参考依据。     

基于刚柔耦合建模的挖掘机动态性能仿真研究

针对挖掘机工作装置刚柔耦合变形对液压控制系统动态特性的影响,结合虚拟样机建模和联合仿真技术进行动态特性研究。利用UG软件建立某型号挖掘机三维模型,通过有限元软件柔性化处理后导入ADAMS动力学分析软件中,构建挖掘机工作装置刚柔耦合虚拟样机。利用AMESim软件和负载敏感原理,建立挖掘机工作装置闭环液压控制系统。通过软件联合构造挖掘机机电液一体化的刚柔耦合仿真模型。针对挖掘机典型挖掘工况和重载举升工况下的运动轨迹进行仿真研究,结果表明：基于刚柔耦合建模的挖掘机液压控制系统动态稳定性较强,重载工况最大位置误差小于0.01 m,位置精度较高,实现了挖掘机刚柔耦合一体化建模仿真。     

刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型北大核心

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。     

卫星载荷连接刚柔耦合结构的动力学特性研究

为了满足空间载荷在发射段良好的刚度特性和在轨工作时的温度适应性要求,提出一种卫星载荷连接的刚柔耦合结构,基于柔性弹片实现卫星与载荷的柔性连接,基于柔性斜块的挤压锁紧形式实现了卫星与载荷的刚性连接,建立该刚柔耦合结构的接触有限元模型,采用显示动力学分析步求解在预紧力加载工况下的动力学特性。分析表明:锁紧状态下,3个方向的一阶模态分别为:X向110. 2 Hz,Y向109 Hz,Z向95. 8 Hz,满足大于80 Hz的发射段刚度要求,锁紧斜块的削弱槽根部存在较大的应力集中,但小于材料的屈服极限;柔性连接状态下,3个方向的一阶模态分别为:X向21Hz,Y向21 Hz,Z向28. 3 Hz,有效避开了卫星的共振频率区间;力学试验表明,该刚柔耦合结构的一阶模态与分析结果吻合性好,振动前后的一阶模态的漂移小于4%,能够满足发射段和在轨工作连接结构的要求。     

上料桁架机械手刚柔耦合运动特性研究

为保证桁架机械手在高速及大行程工作范围中满足高精度、稳定可靠及大承载性能要求,采用刚柔耦合动力学分析方法对其运动特性进行分析。在桁架机械手的基本结构及工作流程的基础上,通过SolidWorks-RecurDyn平台建立多刚体动力学模型,利用Hertz理论计算齿轮齿条啮合刚度以及滑块导轨接触刚度来保证模型建立的准确性。并利用RecurDyn-ANSYS完成横梁(RFlex)及滑台(FFlex)的柔性体建模工作,最终建立桁架机械手刚柔耦合动力学模型。通过对桁架机械手刚柔耦合运动特性分析,研究关键部件柔性化对桁架机械手末端执行器运动精度的影响,通过仿真发现运动过程中等效质量块质心的实际轨迹与理想轨迹在X、Y、Z方向的差值分别为±0.06、±0.72、±0.06 mm,以此评定其运动精度为±0.72 mm,不满足±0.2 mm的技术要求。因此,采用加固结构方法,通过对横梁横截面进行改进。结构改进后的运动精度为±0.17 mm,满足了技术要求。     

起-停式定宽压力机刚柔耦合模型的动态仿真分析

为研究起-停式定宽压力机柔性体部件对机械运动精度的影响,分别应用Solid Works和ANSYS软件建立定宽压力机的三维刚体系统模型和侧压连杆的柔性体模型,并在动力学仿真软件ADAMS中采用替换法建立刚柔耦合虚拟样机模型,通过仿真分析,得到了锤头的行程、速度和加速度等运动学参数,侧压连杆与滑架和曲柄之间的接触力分布,侧压连杆的应力及变形情况,并对多刚体和刚柔耦合模型的仿真结果进行了对比,结果可知,刚柔耦合模型更能反映机构的真实运动,为其动态性能的评价和优化提供参考。     

滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析

数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。     

风力机主轴承刚柔多体接触动力学动态特性分析

为揭示多动态参数激励下兆瓦级风力机主轴承的动态特性,考虑空间柔性机构大范围运动与弹性体自身小范围变形的影响,对主轴承进行参数化分析并联合动载荷作用下的动力学方程进行数值求解。以兆瓦级风力机主轴承为研究对象,建立刚柔多体接触模型,进行仿真并验证模型的正确性与可靠性。结果表明:通过分析主轴承刚柔多体接触动力学特性,可得到风力机运转过程中主轴承各部件之间的动态响应特性、不同工况下柔性体的接触力变化规律以及阵风阶段内圈的受力危险位置。研究结果为风力机主轴承的结构优化提供参考。     

基于刚柔耦合的混凝土泵车臂架浇筑特性分析

混凝土泵车臂架属于大型柔性机械臂。由于受到激振力和混凝土载荷的影响,泵车臂架在工作中产生振动,影响浇筑质量和臂架强度。针对泵车水平定点浇筑的工况,计算了泵车臂架所受载荷,基于ANSYS和ADAMS软件建立了混凝土泵车臂架的刚柔耦合模型,对臂架水平状态下高压和低压工况进行了仿真,并计算了臂架强度,验证了该臂架满足设计要求。仿真结果表明: 该方法适用于大型柔性机械臂的仿真,可以为该类结构的设计与校核提供理论指导。     

基于ADAMS和ANSYS的机械臂刚柔耦合运动学分析

针对机械臂的设计要求,设计了一种由两个铰链四杆机构组成的双自由度机械臂,利用ADAMS建立机械臂的刚性体模型,仿真得到不同时刻的运动参数曲线;利用ANSYS建立指定部件的柔性体模型,得到不同阶数的模态频率和模态振型值;利用ADAMS和ANSYS进行联合仿真后,得到机械臂的刚柔耦合模型,仿真结果表明:柔性体模型在z方向发生了微小位移变化,x、y方向位移波动范围增加了10 mm。利用Altium Designer软件绘制控制电路图并进行了实物制作,实验结果表明该机械臂具有广泛的适用性。     

捕捉缓冲机构刚柔耦合多体动力学仿真研究

大部分动力学仿真分析采用的都是刚性构件,在现实生活中把构件看成刚性系统来处理可以满足要求,但这忽略了构件变形的影响。为了得到更真实有效的数据,就必须把模型的部分构件看作柔性体来处理。为研究某捕捉缓冲机构的动力学性能,从理论层面介绍动力学的研究方法和刚柔耦合研究的整体思路,并利用ANSYS和ADAMS导出的MNF文件和LOD文件,从刚柔耦合多体动力学的角度对捕捉缓冲机构进行了综合实验分析和对比。通过刚柔耦合研究实现了动力学和结构学的联合仿真,得到了更精确的仿真数据,在获得动力学测量数据的基础上又获得了结构学数据,使仿真结果更为全面,同时也为对结果要求较高的多体动力学工程仿真问题提供了参考。     

考虑关节摩擦的刚柔耦合机械臂末端抖动模拟与分析

为了解关节摩擦对刚柔耦合机械臂末端抖动的影响,解决机械臂的优化设计问题,利用ANSYS、ADAMS软件建立机械臂刚柔耦合模型,并在ADAMS中进行动力学仿真。通过进一步创建考虑关节摩擦的机械臂虚拟样机模型,对机器人末端振动特性进行动态模拟与分析。仿真结果表明：在机器人实际工作过程中,关节2和关节3存在摩擦对机器人末端抖动的影响最显著;在考虑多关节摩擦时,关节2和关节3共同存在摩擦时可使得机器人末端非周期性抖动幅值减弱,且当关节2摩擦因数取0.1时机器人末端抖动表现最弱,但关节3摩擦因数的改变几乎不会引起机器人末端抖动情况的变化。     

大型立加机床进给系统刚柔耦合分析

进给系统作为立式加工中心的重要部件之一,其振动特性对产品的加工质量具有重要影响。以某大型立式加工中心为研究对象,建立了滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合模型,分析进给系统的丝杠动态特性,研究了丝杠在不同转速范围内的振幅变化规律,分析了滚珠丝杠的静态和动态力学响应。模拟仿真的结论验证该大型立加机床进给系统能达到设计要求,并为大型立加机床进给系统的设计优化提供了理论依据。     

基于刚柔耦合技术的平整机窜辊阻力仿真分析

某钢企冷轧厂一台四辊平整机正常工作时,工作辊与带钢边缘接触部位磨损严重,工作辊在线窜辊是解决此现象的可行技改方案之一。本文针对技改方案中工作辊窜辊阻力计算的难点,在两平行滚动接触圆柱体产生轴向相对移动时轴向窜动阻力公式的推导的基础上,探索基于刚柔耦合技术分析的动力学仿真模拟计算新方法,仿真结果与理论计算基本吻合,验证了仿真结果的正确性,为轧机窜辊改造和设计提供了新思路。     

基于刚柔耦合的提升机钢丝绳横向振动因素分析

落地式摩擦提升机在运行过程中极易产生振动现象,影响提升设备的安全。为此,以多体动力学仿真软件为载体,考虑钢丝绳的柔性特性,建立刚柔耦合的摩擦式提升机仿真模型,研究加速度与制动曲线对提升钢丝绳横向振动的影响。实验与仿真结果表明：制动阶段时不同加速度运行工况下,摩擦提升系统极易产生横向振动,矩形加速度曲线产生的横向振动更小,上行工况比下行工况钢丝绳振动剧烈。     

破拆机器人臂系动态特性及能耗分析

随着经济和社会的发展,对破拆机器人工程作业的位置精度和能耗提出了更为严苛的需求。为了提高作业定位精度、降低系统能耗,通过反馈油缸杆位移建立基于PID的闭环控制系统提升位置精度,通过大臂驱动缸和平衡缸的双液压缸设计,建立大臂运动过程的重力势能回收系统。通过平衡缸连接蓄能器储存大臂下降过程势能并在下一个抬升工况再利用,降低负载敏感泵跟踪最大负载的输出压力,实现节能控制。通过ADAMS-AMESim软件联合,对基于PID的闭环系统动态特性和双液压缸大臂势能回收系统的动态特性和节能效果进行仿真。结果表明,闭环系统可精确控制油缸位移,误差小于1 mm,有效补偿了泄漏等造成的误差;双液压缸大臂能量回收系统针对大臂升降工况泵输出功率降低60%以上,实现了能量回收再利用。     

机器人化柔性三坐标测量机的设计与研究

针对三坐标测量机无法实现大型零件测量和现场测量的问题,开展机器人化柔性测量机的研究工作,分析了其基本工作原理与坐标计算算法,从硬件和软件方面进行了柔性三坐标测量机的设计,并运用MATLAB仿真对理论算法进行了验证.     

柔性铰链机构与驱动器的耦合特性及精度分析

介绍了一种二维微位移工作台系统的工作原理，结合该工作台建立了柔性铰链机构与驱动器的机电耦合模型，利用卷积积分求出了其耦合响应，并分析了影响工作台定位精度的主要因素，为在柔性铰链机构及其控制系统设计中提高系统响应速度和精度提供了理论依据。     

后装压缩式垃圾车下刮板刚柔耦合分析及优化

下刮板是后装压缩式垃圾车的主要工作部件,它的性能对垃圾车有着重要的影响.本文在建立下刮板的CAE模型,并分析分析其模态基础上,进一步建立了后尾填料器的刚柔耦合动力学模型,分析其动力学性能,找出其在工作时,载荷最大的位置,将这些载荷加载到原CAE模型上,分析其静力学性能.根据分析的结果,改进了模型并找出了关键部位参数对其性能的影响,为进一步优化提供了依据.