两级复合放大箝位步进压电直线电机

针对尺蠖式电机运行过程中导轨与动子对加工与装配要求过高的问题,提出了一种尺蠖式原理的两级复合放大箝位步进压电直线电机,分析了电机的工作原理,设计了电机箝位机构和总体结构。利用有限元软件对箝位机构进行仿真分析,得到柔性结构的最佳尺寸。制作样机并设计实验,得到了电机的速度特性曲线并进行分析。样机的实验结果证明了该方案的可行性,并且在电压峰峰值为100V、频率为150Hz的方波信号激励下,电机的空载速度可达1.23mm/s,最大推力可达1.6N。该电机有效降低了驱动器的加工与装配要求,增强了电机运行的稳定性。     

一种双足驱动压电直线电机

为研制高精度、大行程、大推力的压电直线电机,设计了一种基于叠层压电陶瓷的步进式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足振幅与电压成线性关系,且最大振幅可达2.9μm,电机最大无负载速度为796μm/s,最大输出推力为4.8N,达到了预期的目的。     

基于Fluent与LS-DYNA风沙粒子冲击高压输电线路的数值模拟

为揭示西北地区架空高压输电线路在沙尘环境下导线表面状态恶化的原因,基于Fluent两相流模型分析风沙流绕流导线的速度大小以及沙粒与导线碰撞的方向,同时运用LS-DYNA分析了导线垂直撞击导线过程。模拟结果表明:在15m/s风速下,导线处最大风速可达20.9m/s;在最大风速作用下,0.75mm的沙粒冲击导线产生最大位移为10×10-3mm,最大冲击应力为16MPa。     

基于压电叠层振动的一种直线电机的设计

设计了一种利用压电叠层的微幅振动的新型压电直线电机。分析了非共振状态下电机的工作机理,设计了电机的定子结构和总体结构。利用有限元软件对驱动足进行仿真分析,得到了柔性结构的最佳尺寸。制作了样机并进行测试,试验表明电机的运行速度随激励频率和激励电压的增加而增加,且在一定阈值内近似成线性关系。当驱动电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,电机的空载速度可达2.8 mm/s,最大推力可达3.5 N。该电机工作频带宽、驱动电压低,对电机的结构精度和加工精度要求不高。     

基于PLC的高精度飞剪控制系统

针对国产高线飞剪系统剪切定位不精确、运行不稳定以及剪切速度不高等缺陷,设计了基于GE 90-30可编程逻辑控制器(PLC)的高线高精度飞剪控制系统,实现了轧线信号及处理、夹送辊操作、飞剪驱动模块、头部剪切操作、尾部剪切操作、单剪切、报警等功能。结果表明:剪切速度最大可达22 m/s,剪切精度达到误差小于10 mm,具有良好的剪切精确度和响应速度。     

智能车弯道行进算法的研究与实现

智能车在弯道处快速、平稳、准确的行进是循迹行进的关键问题。基于此提出了一种基于CCD摄像头进行路径识别的智能车分阶段全闭环控制方法,智能车在行进中依据导航线的曲率进行直道和弯道的辨识,并在直道和弯道部分采用不同的控制方法,实现弯道提前减速,直道加速通过,在直道与弯道的行进中均采用全闭环控制。视觉系统通过CCD摄像头提取路径中的导航线并计算导航线曲率以及智能车相对于导航线的平行偏移值和航向角偏差;主控系统依据导航线曲率选取控制策略,根据平行偏移值和航向角偏差计算转向角度与行进速度并通过控制执行机构完成转向与速度调节,控制结果通过视觉系统与测速装置反馈给主控系统,实现全闭环控制。以第十五届全国大学生机器人大赛为背景搭建实验系统,经过多次的调试与实验,智能车在赛道上最大运行速度可达3.5 m/s,全程平均速度约为2.8 m/s,实际测得最大偏离距离为35 mm,在允许误差范围之内。通过实际的实验系统,验证了智能车分阶段全闭环控制算法的可行性。     

受生物启发的扑翼飞行器弹跳机构概念设计

针对扑翼飞行器自主起降能力缺失、严重影响其适用场景的问题，开展了仿生弹跳机构设计研究。对鸟类跳跃起飞过程中典型的运动状态进行分析，结合其各阶段的后肢骨骼结构、重心、力、速度等运动变化规律，对扑翼飞行器弹跳起飞动态过程进行了设计。基于鸟腿的骨骼解剖学结构，设计了闭链齿轮-五杆仿鸟腿弹跳机构，并基于D-H法推导出弹跳机构运动学方程，利用拉格朗日方程建立了弹跳机构起跳阶段的动力学方程。对弹跳机构进行了详细结构设计，采用ADAMS对简化的弹跳模型进行了仿真分析。仿真结果显示，借助该仿生弹跳机构，扑翼飞行器系统质心速度达到8.4 m/s，大于“信鸽”飞行器起飞所需的速度7.9 m/s，具备弹跳起飞的可能性。     

电液驱动可变气机构缓冲过程研究

电液驱动可变气门机构缓冲过程影响气门机构的冲击性能及气门运动的响应性能。基于AMESim仿真软件,设计了电液驱动可变气门系统,研究了节流阀节流面积和节流行程对气门运动缓冲过程的影响规律,并采用遗传算法对节流阀控制参数进行寻优,改善气门运动缓冲性能。结果表明,减小节流行程和增大节流面积可以提高气门运动的响应性能。通过遗传算法对控制参数进行寻优,在优化的控制参数下气门行程终了速度明显改善,气门开启至最大行程时速度降至0.11m/s,气门关闭落座速度降至0.07m/s,同时保证气门运动的响应性能。     

纯电动汽车锂电池组液冷散热系统的设计与仿真

基于对某纯电动汽车锂电池组参数选型而确定1P105S电池单元布局形式,设计了宽式和窄式两种液冷散热流道,并于1.5C充放电倍率时分别在25℃、45℃环境温度下对该电池组进行了温度场仿真以及在0.5m/s和1m/s入口流速下对流道流体进行了速度场仿真,结果表明：仿真与试验数据吻合良好;在相同温度、入口流速下,窄式流道液冷散热系统有更好的散热效果;窄式流道内部流体温度均匀性更好,可更好地降低电池组内部温差;窄式流道内部流体最高流速更高,冷却液流动性更剧烈,可带来更高的换热效率;当环境温度达45℃时,电池组温差超过5℃,可能会降低锂电池组性能、缩短循环使用寿命,需进一步改进液冷散热系统。     

基于STM32的动力锂离子电池极片轧机控制系统设计

动力锂离子电池作为新能源汽车的核心动力部件,而电池极片厚度的均匀性决定了电池的性能,目前锂离子电池极片轧机轧制速度慢、轧制精度低。针对以上问题,开发了一套基于STM32的动力锂离子电池极片轧机控制系统,系统采用模块化设计,对系统开关量输入输出电路、模拟量输入输出电路、通讯电路等硬件电路进行设计;软件采用Free RTOS操作系统,提高系统实时性以及轧制效率。测试结果表明,系统可有效地提高锂电池极片的轧制精度和轧制效率,轧制速度可达30 m/min,轧制精度误差达±0.003 mm。     

二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机

为实现精密机械装置的快速定位,增加压电直线电机中位移放大结构对压电叠堆输出位移的放大能力,提出了一种基于二级杠杆和柔性铰链复合结构的新型双足压电直线电机。首先,对电机的作动原理进行分析,推导了驱动足轨迹方程。为提高其输出性能,对直圆型柔性铰链的参数进行了优化,得到最佳铰链参数为厚度th=0.2mm、切割半径Rh=1mm和宽度bh=10mm。最后,制作了该电机样机并进行了振幅、速度和负载性能测试,基于正交试验方法对电机速度进行了分析,得出电压对电机速度的影响更灵敏。实验结果表明,驱动足Ⅰ、Ⅱ的位移振幅分别在75μm和63μm附近波动,差值约为12μm;在120V、110Hz的信号激励下速度达16.163mm/s,最大负载能力为1.7N。与现有的压电直线电机相比较,该电机结构简单,易于安装调试,具有响应快、大振幅、速度大且运行稳定的特点。     

机器人柔性负载残余振动抑制及测量方式研究

针对六自由度工业机器人挂载柔性负载时由于运动状态的突变及其内部零件的柔性引起的负载振动问题,设计了一种立足于输入整形的振动抑制方法。为了有效地抑制柔性负载的残余振动,对机器人柔性负载进行数学建模,设计了一种零振动一阶微分输入整形器（ZVD）,并针对现有的实验平台设计了一种立足于激光跟踪仪的振幅检测装置。实验结果表明：在机器人末端移动速度分别为45mm/s、55mm/s、75mm/s、85mm/s（随机取值）的情况下柔性负载残余振动抑制幅度均可达到90%以上,移动速度在85mm/s时,抑振程度最大,达到97.9%,说明该方法对柔性负载残余振动抑制效果十分明显。     

浅谈重载工业齿轮技术的发展

齿轮是复杂、高精度、用途广的机械零部件,齿轮传动技术经历了数百年发展已较成熟。重载齿轮传递功率已超过6000k W,扭矩2000k N m,最高圆周速度可达50m/s;高速齿轮,最大传递功率达44000kW,最高圆周速度达156m/s;行星齿轮装置最大传递功率达30000kW,圆周速度可达200m/s。齿轮制     

航空燃油齿轮泵流动机理的数值模拟研究

通过理论分析和实验研究难以获取航空燃油齿轮泵的流动特性,针对这一问题,对航空燃油齿轮泵流动机理进行了数值模拟研究。首先,采用雷诺平均方程和k-ε湍流模型作为数学模型;然后,应用基于弹簧变形法和局部网格重构技术的动网格技术实现了网格变形;最后,在Fluent中的不同转速下针对内流场进行了数值求解,得到了其压力和速度分布,并分析了转速变化对其流场的影响。研究结果表明:齿轮进入和退出啮合的区域分别形成了局部高压区和低压区,最高压强可达4.3 MPa～20 MPa,最低压强可达-10 MPa～-40 MPa,且两者压差随转速提高而增大;在齿轮啮合处流速达到了局部最大值,最大速度可达105 m/s～269 m/s,且该值与齿轮转速正相关;该研究成果为航空燃油齿轮泵的运行维护和优化设计提供了理论依据。     

锂电池柔性总成装配线的系统设计

设计开发了一种操作简单、改动智能方便的锂电池柔性总成装配线。根据新能源企业生产实际需求，给出了总体设计方案，完成了锂电池总成装配线装置的结构设计，搭建了电气控制线路，设计了总成装配线的控制程序系统，同时设计了触摸屏组态界面。集成了新能源锂电池生产装配工序可选、运行参数可控、手自动切换、每日生产结果图表化等控制功能。该设计可根据生产产品的特点，灵活选择需要的工位配置，具有柔性生产的特点，可有效改善传统人工在锂电池箱体搬运、转换、装配等步骤中出现的箱体磨损和效率低下等问题，改进了锂电池装配的工艺。系统已完成调试，应用于实际生产，大大提高了新能源产业的生产效率。     

多孔复合结合剂立方氮化硼砂轮制备与磨削性能

针对高温合金高效磨削用砂轮气孔率不高、砂轮耐磨性差等问题,基于空心球造孔与高温钎焊技术,提出多孔复合结合剂立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,简称CBN)砂轮制备方法。从砂轮结构设计、砂轮节块制备工艺、砂轮粘接与修整等方面加以阐述,最后对该砂轮高效磨削高温合金磨削性能进行评价。在磨削速度为80m/s、磨削深度为0.2 mm的工艺条件下,多孔CBN砂轮最大材料去除率可达50 mm3/mm·s,这表明该新型多孔CBN砂轮在镍基高温合金高效深切磨削中具有应用潜力。     

康复机器人柔性关节舒适性分析与研究

康复机器人柔性关节的舒适性对保障人机接触的安全稳定运行至关重要,针对康复机器人柔性关节舒适性设计进行了分析与研究。从拟人化的角度分析了柔性关节的机械结构设计原理与要求,从生理学角度选择人机压力接触承受点,从仿生学角度建立了外骨骼柔性关节活动范围,同时重点对比分析了外骨骼柔性关节驱动系统,形成了一套完善的柔性关节仿生设计原则,为设计结构轻巧、穿戴方便、操作柔顺的柔性关节奠定了基础。     

基于机器视觉的FPC缺陷检测系统

针对当前FPC(柔性电路板)缺陷检测中人工目检效率低的问题,基于机器视觉技术设计了一套实时检测系统。首先搭建了硬件系统,然后对FPC的4种表面缺陷特征进行了研究,基于Halcon设计了相应的缺陷检测算法,提出了通过模板匹配提取ROI的方法,以及运用图像自乘与高斯线检测来提取折痕,最后基于MFC开发了缺陷实时检测系统。实验结果显示,设计的系统检测准确率可达90%以上,且每片FPC检测时间只需0.2 s。     

小型水下巡航机器人表面减阻仿生设计

为提高小型水下巡航机器人作业过程中的行进效率，基于仿生设计方法进行表面减阻设计。利用边缘提取算法和GetData软件对灰鲭鲨鱼鳞片形态与结构进行特征分析和数据提取；运用Shapr 3D和Rhino软件构建了鳞片三维模型和仿生非光滑结构表面，通过Fluent软件进行流体仿真分析，对比不同流速下的剪切应力。结果表明：当来流速度大于6 m/s时，非光滑表面剪切应力小于光滑表面剪切应力，流速为8 m/s时减阻率最高可达2.9%。仿生灰鲭鲨鱼鳞片非光滑表面模型在一定范围的来流速度下具有较好的减阻效果，但减阻率会随来流速度的增加先增后减，在特定流速下，减阻效果最佳。     

新型2-DOF高加速定位平台的动态性能研究

微电子封装业的迅速发展对封装设备中的运动定位平台的运行速度以及加速度的要求越来越高,研制新型高加速精密定位机构成为十分迫切的任务。针对这种需求,提出一种新型2-DOF平面并联定位机构,它由直线电机直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构来实现末端平台平面内的平动。采用Largrange方程建立了动力学模型,然后基于奇异值理论得到了机构的速度与加速度极值表达式,分析了平台在关节速度限制下的速度特性,以及在关节力矩限制下平台的加速能力。分析结果表明此定位平台运动最大速度最差可达0.8m/s;最大加速度最差可达12g,最好情况下可达14g。实验验证此定位平台具有高加速度的运动特性,可达上述速度与加速度指标。