弹簧片式牵引器牵引锁止力学及结构优化研究

为满足水平井井下工具的输送要求,本文提出了一种新的具备大牵引力、防卡堵的液压伸缩式井下牵引器;牵引器支撑机构能否保持与管壁锁止,是伸缩式牵引器能够向前爬行的关键。因此,本文建立了牵引器在负载力作用下的牵引锁止力学模型,通过计算得到支撑机构不同布局方式下的牵引锁止条件,同时以较小支撑缸的压力为评价标准,得到伸缩式牵引器的最佳布局方式;最后通过仿真分析验证了牵引器牵引锁止条件的正确性,本文的研究成果对伸缩式牵引器的设计具有一定指导意义。     

齿轮轴承转子系统支撑刚度特性研究

建立考虑齿轮-轴承转子系统多刚体、多柔体及刚柔耦合的动力学模型,并采用不同轴承刚度计算方法获得支撑刚度。在此基础上,研究系统支撑刚度对齿轮动态啮合力及振动位移等响应的影响规律,并与理论值对比分析。研究结果表明:刚性体模型仿真结果与理论值相比数值普遍偏大,而柔性体仿真结果与理论值基本一致;齿轮-轴承转子系统支撑刚度对齿轮动态响应产生较大影响,支撑刚度取3倍齿轮啮合刚度时,齿轮振动角速度等值与理论值基本相符。因此,利用柔性体模型并选择合理的支撑刚度对齿轮-轴承转子系统的动力学仿真分析具有实际意义。     

某型号泵车臂架刚柔耦合模型仿真研究

运用多柔性体理论和方法,结合混凝土泵车臂架系统三维模型,在臂架系统刚性模型的基础上,建立了其刚柔耦合模型;应用ADAMS软件分别对混凝土泵车臂架系统的刚性模型和刚柔耦合模型进行动力学仿真研究。并通过结果对比发现,刚柔耦合模型的末端轨迹和油缸受力更接近于实际情况,从而为臂架系统的设计改良提供了新的思路。     

回转梁动力学方程求解的数值方法研究

考虑驱动力矩、重力、哥氏力、运动阻力和惯性耦合力，根据考虑横向弯曲变形的Euler-Bemoulli细梁模型，并考虑离心力作用下的拉伸变形，建立回转运动梁的动力学模型。将梁根部的回转角度分解为整体刚性运动回转角度和刚体运动和柔性运动激发刚柔耦合回转角。将梁的柔性振动位移也分解为由整体刚性回转角所激发的动力激励振动和刚柔耦合回转角运动及刚柔耦合项共同激发的刚柔耦合振动。整体刚性回转角和动力激励振动，通过数值方法(如龙格-库塔法)求解，而将刚柔耦合回转角和刚柔耦合振动，通过奇异摄动法求解。通过数值方法和奇异摄动法相结合的方法，能够正确计算刚柔耦合回转角及其对梁振动位移的影响，更精确、深入地分析回转梁的动力学特性。     

计及二阶效应的刚柔耦合连杆系统动力学分析

根据虚功原理和达郎伯原理推导了计及二阶效应的柔性单元运动方程,并利用刚化条件得到了刚性梁单元运动方程,给出了刚柔耦合连杆系统动力学建模与分析的方法.对构件刚度相差悬殊的多体系统进行动力学分析时,如若当作多刚体系统分析,会因忽略弹性变形导致结果不准确;当作多柔体系统建模分析求解,则因自由度太多导致方程庞大难求解.可行的方法是:将刚性单元与柔性单元耦合建模,在多柔体系统基础上,引入刚性单元和刚性约束条件,对刚性构件自身的动力学特性进行等效,然后按照一般弹性系统有限元方法集成得到虚拟柔性系统动力学方程,建立过渡坐标与广义坐标关系,消除非独立坐标,得到真实的系统运动方程,降低系统方程维数,提高分析效率.以曲柄滑块机构为例,介绍了计及二阶效应的刚柔耦合系统动力学的建模分析过程.     

煤炭采样机械臂的刚柔耦合动力学建模与仿真分析

基于多体动力学理论和拉格朗日方程,将煤炭采样机械臂中的大臂、小臂、伸缩臂考虑为柔性臂,结合Pro/E,ANSYS和ADAMS分别建立刚性和刚柔耦合模型,在相同驱动函数下对两种运动模型进行分析,仿真得出两种模型变化曲线,对比仿真结果表明,在研究臂架系统时,考虑各个臂杆柔性变形是非常必要的,刚柔耦合建模更符合工程实际,所得到的研究结果为采样臂动力学分析和结构优化奠定了理论基础.     

基于刚柔耦合的导轨滑块移动副建模

以导轨滑块机构为例,讲述了其刚柔耦合仿真的具体实现方法.首先在SolidWorks中建立导轨滑块三维模型,然后在ANSYS中生成导轨柔性体的模态中性文件,通过软件接口导入到ADAMS中,从而得到所需的柔性体,将滑块设为刚体,生成柔性多体动力学模型,为精确进行动力学仿真和实际物理样机的制造提供了基础.     

基于ADAMS和ANSYS的2UPS-RPU并联机构的弹性动力学建模与仿真

以2UPS-RPU并联机构为研究对象,首先利用有限元理论建立柔性杆件的空间梁单元动力学方程,再结合各支链约束条件,运用弹性动力学理论和Lagrange方程,推导出2UPS-RPU并联机构的弹性动力学方程,结合动力学仿真软件ADAMS和有限元软件ANSYS各自的优点,通过模态中性文件和载荷谱数据的传递,首次建立了2UPS-RPU并联机构的刚柔耦合体模型,并对该模型进行了动力学仿真研究,分别对比刚性体模型和刚柔耦合体模型的仿真结果。结果表明,刚柔耦合体模型的仿真结果更加真实、准确地反映了机构的动态性能,提高了仿真精度,也验证了CAE软件仿真方法的快速简洁性和有效性。     

基于ADAMS的塔式起重机动力学仿真

主要介绍了ADAMS柔性体基本理论及在ADAMS中调用柔性体的几种方法。着重研究了如何在ADAMS中引入ANSYS模态中性文件,构建机械系统仿真的刚柔耦合动力学模型。以建筑机械产品塔式起重机为例,具体说明ADAMS软件在该实体模型的柔性体运动仿真分析中的实效,并得出了力、力矩等随时间变化的规律。     

含柔性吸附材料的攀爬机器人振动特性与稳定性分析研究

为了提升攀爬机器人壁面运动稳定性从而提高其工程应用能力。针对攀爬机器人壁面运动过程的振动与动力学耦合特性问题,本文设计制作了一种含柔性吸附材料的攀爬机器人。基于刚柔耦合原理,获得刚性体与柔性体运动学递推关系,利用拉格朗日原理建立攀爬机器人动力学方程。推导得到反应动力学耦合程度的数学模型。通过仿真分析得到运行相同位移情况下,通过调整加减速时间比例使得机器人振幅下降35%,分析得到一定范围内攀爬机器人刚性质量与吸附材料弹性模量增加通过降低动力学耦合程度降低攀爬机器人振动响应。通过样机实验测量了攀爬机器人负载能力与不同运动阶段真空度与流量的稳定性。研究为攀爬机器人的驱动控制策略与工程应用奠定基础。     

大型机器人冲压生产线多软件联合仿真

为快速设计研制大型机器人冲压生产线并满足运动学、动力学、刚度等方面的设计要求,提出基于接口技术的多软件联合仿真策略：利用Dynaform软件模拟板料冲压成形过程、捕获动态负载曲线,并加载到压机上用于逼近真实载荷;利用ANSYS软件对关键部件作柔性化处理并导入ADAMS中替换相应的刚体,建立刚柔耦合的冲压线虚拟样机。以加工汽车侧围板为例,建立冲压线中主压机的运动学和动力学数学模型,提出系统能耗指标和安全-效率平衡系数两个综合性能评价指标。将刚柔耦合虚拟样机的仿真结果与理论计算结果及多刚体虚拟样机的仿真结果进行对比分析。结果表明,刚柔耦合的虚拟样机能够提高仿真精度、更真实地反映加工过程,为冲压线的整体设计、关键参数选择及现场安装调试提供理论依据。     

基于ADAMS的装载机工作装置动力学仿真方法研究

文中针对装载机工作装置进行动应力测试需要较高的时间与人力成本,以国产额定载重9t装载机为研究对象。提出一种应用虚拟样机技术快速获得装载机工作装置应力特性的方法。在ADAMS中建立了工作装置虚拟样机模型,对工作装置在不同工况下利用Step函数进行多刚体动力学仿真分析,得到的铰点载荷与实测载荷进行对比,验证仿真方法的合理性。利用Ansys生成动臂、摇臂以及连杆的柔性体文件,采用模态叠加法建立工作装置刚柔耦合动力学模型,导入不同工况下实测液压缸位移与铰点载荷,进行了工作装置动力学仿真分析,与Step函数仿真结果对比,结果表明：对于刚体动力学仿真分析,利用Step函数模拟铲装作业可以较好地反映铰点处的峰值载荷。对于刚柔耦合动力学仿真分析,基于实测载荷的最大应力与基于Step函数模拟的最大应力相对误差不超过26%,研究为装载机工作装置的强度分析与结构优化提供参考依据。     

考虑变形耦合的受冲击柔性机械臂动力学建模

将刚-柔耦合体动力学的新建模理论应用于受冲击柔性机械臂的研究。将柔性机械臂简化为弹性梁,在梁的纵向变形中考虑了变形耦合量,计及了这种耦合对大范围运动的影响。利用Lagrange方程建立了机械臂的动力学方程。将受碰撞冲击后柔性机械臂的瞬态响应,作为求解动力学方程组的初始条件。针对刚体模型和柔性耦合模型进行了数值仿真计算,表明柔性耦合模型更加符合实际情况,为柔性机械臂的动力学分析与控制提供了依据。     

基于刚—柔耦合模型的液压挖掘机动力学仿真研究

用机械系统动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS相结合的方法,建立液压挖掘机刚柔耦合虚拟样机,并对液压挖掘机刚柔耦合模型进行了运动仿真,通过动力学仿真分析研究了液压缸在复合挖掘过程中的受力情况及各铰接点处的受力变化。     

机器人手臂的刚柔耦合建模及摆动模态对比

以机器人柔性手臂为对象,基于Jourdain变分建立了刚柔耦合动力学模型;通过假设模态法将物理坐标变换成模态坐标,对动力学方程进行解耦。参考人体参数,利用ADAMS建立了虚拟样机模型,设计了形函数矩阵。在MATLAB中编写了方程求解算法。对比了ADAMS和MATLAB对柔性手臂转角的仿真。针对碳纤维、铝合金、聚乙烯和聚丙烯4种材质手臂仿真重力作用下的摆动运动,绘出了末端横向变形位移和频谱图;量化分析了变形量和模态。结果表明随着弹性模量与密度的比值增大,手臂固有频率增大,横向变形位移减小;碳纤维材质可近似建模为刚体;碳纤维和铝合金适合做手臂机构;聚丙烯材质刚度和柔顺性较好。     

刚柔耦合数控机床主轴箱动态特性分析

以 CAK3665ni 数控车床主轴箱为研究对象,通过理论分析和计算利用三维造型软件 Pro/ E 构建主轴箱参数化模型。针对大型数控机床工作的复杂性,提出了基于多种软件（Pro/ E、ANSYS 和 ADAMS）柔耦合建模技术,建立CAK3665ni 主轴箱刚柔耦合模型,分析刚柔耦合系统动态特性。     

基于柔性多体动力学的混凝土泵车臂架仿真分析

通过UG建立某混凝土泵车臂架系统实体模型,结合有限元分析软件ANSYS对各节臂架进行模态分析,并将模态分析结果保存为模态中性文件,导入运动学动力学分析软件ADAMS,建立泵车臂架系统刚柔混合模型,对其运动模型进行分析;将刚柔混合模型仿真结果与刚体模型仿真结果进行对比,表明刚性臂架系统与刚柔混合模型臂架系统的仿真有明显不同,臂架系统柔性化的的仿真结果更加接近实际。