机械构件的弯曲变形与弯曲刚度

分析了影响构件弯曲变形的主要因素及弯曲刚度与弯曲变形的联系和区别。对其在概念上的不同进行论述,并分析影响机械构件弯曲的主要因素,找出提高构件刚度的有效措施是零件结构设计的主要内容。     

考虑硬度变化的结合面法向接触刚度分形模型*

基于分形几何理论,考虑微凸体因应变硬化而造成弹塑性变形阶段硬度随变形量变化而变化,建立结合面第一、第二弹塑性变形阶段单次加载刚度分形模型。推导出在计入硬度变化的情况下,单个微凸体在弹塑性变形阶段法向接触刚度与接触面积之间的关系式,进而得出结合面在弹塑性变形阶段法向接触刚度与接触面积、接触载荷之间量纲为一的关系式,并通过仿真分析得出相关参数对结合面法向接触刚度的影响。仿真结果显示:考虑硬度变化时,结合面量纲一法向接触刚度的值与法向实际接触载荷、实际接触面积之间存在关系;结合面法向接触刚度随着分形维数D的增大而增大;分形维数一定时,结合面法向接触刚度随表面长度尺度参数G值增大而增大。     

基于柔性并联机构的变刚度夹持器设计分析

提出一种新型双夹爪变刚度夹持器,每个夹爪是一个由四根对称旋转柔性支链组成的变刚度柔性并联机构（VSFPM）。夹持器由两个电动机驱动,其中一个宏动电动机用于控制夹爪的开合运动,适应被抓取物体的几何尺寸;另一个微动电动机用于控制柔性支链的旋转角度,以调整夹爪在开合方向的刚度,实现变刚度柔顺抓取,提高对被抓取物体几何形状、材料属性的适应能力。基于刚度投影方法,分析了基于旋转支链柔性并联机构在夹持方向上的变刚度原理;应用基于伴随变换的刚度分析方法,求得了夹爪在任意旋转角度下的刚度模型;通过有限元仿真分析,验证了刚度模型的准确性。此外,有限元分析结果表明,提出的VSFPM机构具有较大的刚度调整范围（0.178~9.663 N/mm）,为变刚度柔性夹持器设计提供了新的思路和方法。     

柔性软体机械手的设计及变形研究

针对目前柔性软体机械手国内外研究现状,总结了其关键技术难题与不足。以柔性软体机械手为研究对象,设计并验证了柔性软体机械手的弯曲变形特性及压力响应特性。首先设计了柔性软体机械手结构,由单向弯曲驱动器、滑移平板以及连接装置组成,建立了柔性软体机械手指理论数学模型;其次利用有限元分析软件ABAQUS基于Yeoh模型建立了柔性软体机械手指硅胶材料的本构模型;同时,利用3D打印技术制备带有腔体的单向弯曲驱动器的浇注模具,注入混合好的液态硅胶,获得硅胶材料的柔性软体机械手指;最后开展了单向弯曲驱动器弯曲变形仿真及实验,验证了柔性软体机械手指的弯曲变形特性及压力响应特性,并验证了理论数学模型的准确性。     

具有横向裂纹转轴耦合刚度的数值模拟和实验研究

采用有限元和实验分析研究轴向、剪切、弯曲及扭转载荷耦合作用下,含裂纹转轴刚度随各种影响因素的变化规律.采用Dimarogonas法推导6×6维裂纹转轴有限元刚度矩阵.确定网格划分方案,同时考虑d/l、a/R以及加载点与裂纹的位置关系.模拟计算结果表明,随着裂纹深度的增大,ξ向无量纲刚度的变化最快;裂纹深度在3 mm～4 mm时,ξ向、η向的弯曲无量纲刚度差有峰值.随着裂纹细长比的增大,弯曲和轴向的耦合刚度降低.随着裂纹深度比增大,弯曲和轴向的耦合刚度增大.结果与实验结果比较表明,文中方法是正确有效的,且接近实验结果.     

考虑构件弹性变形的锻造操作机静刚度分析

在综合考虑液压刚度和构件弹性变形情况下,对操作机末端静刚度进行了分析。该分析方法主要通过把操作机主运动机构在受到载荷情况下产生的弹性变形分解为驱动液压缸的位移和构件的弹性变形,分别考虑两部分对末端刚度的贡献,其中着重解决了多副杆弹性变形对末端刚度的影响,最后借助线性叠加原理得到整机末端刚度模型,从而为机构刚度分析提供了新的思路,为锻造操作机的应用和设计提供了有力的依据。     

多齿对耦合带轮体圆柱齿轮变形和刚度的研究

本文对多对齿接触耦合下带轮体圆柱斜齿轮的轮齿变形和综合刚度进行了研究,编制了专用的有限元计算软件,进行了大量的实例运算,计算结果确切、可靠,并具有较强的消隐功能。本文首先确立了轮齿及轮体(包括轮缘、轮辐、轮毂)的有限元基本网格。在此基础上,组合建立了齿轮有限元分析模型,创立了子结构静力凝聚法向刚阵分析方法。在具体求解上,由于使用了子结构模式及三角分解法,大大减少了内存空间和机时。本次研究获得了在啮合全过程中齿轮综合刚度的变化曲线,同时对带有轮体及不计轮体影响的齿轮综合刚度进行了比较分析,并且对模数、螺旋角、变位系数、齿宽等齿轮参数对齿轮综合刚度的影响进行了专项分析。     

轿车白车身静刚度分析研究

主要介绍了车身静刚度分析对轿车NVH等性能的影响。还简单介绍了白车身扭转和弯曲静刚度的工作原理,并且结合某款车型的白车身静刚度的试验,对白车身静刚度的试验过程进行介绍。     

耦合基体变形与微凸体相互作用的结合面刚度模型

针对螺栓结合面,提出一种新的弹塑性接触刚度建模方法。该模型不仅延续了微凸体具有连续光滑接触特性的思想,还揭示了基体变形和微凸体相互作用的耦合关系,提出一种新的弹塑性接触刚度建模方法。首先,根据多尺度理论和数理统计方法,建立了具有连续光滑接触特性的结合面法向接触模型;然后,通过建立单个微凸体-基体系统模型和多微凸体接触模型,探究了基体变形和微凸体相互作用的作用机理和耦合关系,并对结合面接触模型进行修正;最后,对比仿真结果和已有实验数据,验证了修正模型的正确性,并分析了基体变形和微凸体相互作用的影响程度。仿真结果表明：基体变形不仅影响了微凸体的接触变形,还会进一步引起微凸体间相互作用的发生;微凸体相互作用使得微凸体高度分布发生偏移,导致结合面局部高度平面下移;相比于基体变形,微凸体相互作用对接触刚度的影响显著,但表面粗糙度的影响依旧占主导地位。     

MEMS环形陀螺模态间刚度耦合频率调谐

MEMS陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大值。本文针对一种电容式全对称S形弹性梁硅基环形波动陀螺,对其使用调频电压进行频率调谐过程中发现,模态间存在一定的刚度耦合。本文分析其模态间刚度耦合产生的原因是结构误差(环形谐振子的结构误差主要体现在两个振动参数,一个是频率,另一个是阻尼),由于调频电压改变的主要参数是刚度系数,所以本文仅对频率误差进行建模分析。首先,介绍了环形陀螺结构,同时以此结构为基础分析了静电负刚度原理。其次,分析了其频率误差产生的原因,并建模推导出调频电压对两个工作模态产生的影响。最后,结合理论模型和实验结果比对,验证理论推导的正确性,并通过实验验证频率调谐状态下对环形陀螺的灵敏度提升了2.7倍。     

机床床身的弯曲刚度对其热态几何精度影响的模拟研究

针对重量相同、弯曲刚度大小不等的2种床身模拟件，采用与环境温度变化或摩擦热作用相似的热源对其进行热态模拟，讨论了它们的3维传热特性，利用有限元软件计算出同一热源在放出热能不同的情况下床身模拟件的温度场分布，热变形试验结果表明，在床身模拟件重量和其他条件均相同的情况下，柔性床身模拟件的重力变形自动补偿热变形的能力明显优于刚性床身模拟件。     

基于链间耦合的并联悬架的刚度优化

针对越野车辆座椅刚度提升问题,提出了利用并联机构作为座椅悬架主体结构的方案。为保证悬架装置具有高精度位姿和高刚度结构,对链间耦合与固有频率进行研究。首先,通过能量法、虚功原理和扰动理论,可以获得机构的广义质量和广义刚度矩阵;其次,弹性耦合和惯性耦合是基于以上两个广义矩阵而定义的两个指标来测量并联机构的耦合程度,通过Cholesky分解法获得机构的固有频率;然后,为了获得较小的弹性耦合、惯性耦合和较大的固有频率,以固有频率作为目标函数来优化悬架装置的结构参数;最终,对优化结果综合分析,获得最优结构参数用于改进装置结构。     

微机电陀螺耦合刚度的辨识

针对微机电陀螺耦合刚度的辨识,提出了以驱动轴、检测轴、驱动-转动耦合和驱动-检测耦合频率响应特性为基础的耦合刚度辨识方法。设计了一种驱动轴和检测轴双向位移解耦的双质量线振动微机电陀螺,基于经过简化的梁的刚度特性建立了微陀螺平面运动动力学方程,导出了结构在存在耦合刚度情况下驱动轴、检测轴、驱动-转动耦合和驱动-检测耦合的传递函数。根据耦合传递函数把刚度耦合产生的根源定位到特定的几组梁之间的刚度误差。通过驱动-转动耦合与驱动轴幅频特性之比辨识出驱动-转动耦合刚度系数,通过驱动-检测耦合与检测轴幅频特性之比辨识出转动-检测耦合刚度系数。实验测试了设计加工的微陀螺的频率响应特性,利用提出的耦合刚度辨识方法得到陀螺的驱动-转动和转动-检测耦合刚度系数分别为0.14N和0.054 33N。得到的耦合刚度的辨识结果可为微陀螺梁刚度的激光修调提供参数依据。     

静压圆柱导轨系统静态刚度理论模型研究

静态刚度是静压圆柱导轨系统的重要性能指标,然而到目前为止尚未见到该类导轨静态刚度的理论模型.研究建立静压圆柱导轨五自由度静态刚度模型,考虑到静压圆柱导轨系统是由导柱与静压直线轴承的串联系统,首先,给出了工作台位移与导柱变形、静压直线轴承位移之间的几何关系,并根据静压圆柱导轨五自由度静态刚度的定义,推导了各刚度系数的数学...     

新型柔性夹持装置软体手指的数学模型研究

在现代工业生产中,同一生产线上的产品种类不断增多,同一工位的机械手常常面对不同的抓持对象,因而研究柔顺的、适应多种产品的夹持装置具有重要的工程应用价值。介绍一种软体驱动三触手柔性手爪的结构及其动作特点,推导建立了软体手指弯曲变形的数学模型,通过建立相关测试系统验证了该数学模型的准确性。     

环面渐开线齿轮的啮合刚度分析

环面渐开线齿轮作为一种既可作平行轴传动,又可作相交轴传动,对安装误差不敏感的新型齿轮,其啮合刚度的研究是进行动力学分析的基础。基于数值计算法生成齿面三维坐标点,建立环面渐开线齿轮的三维实体模型;采用Hyper Mesh和ABAQUS软件对环面齿轮模型进行有限元前处理,包括网格划分、耦合约束、边界条件及载荷设置;分析齿面啮合点处的法向接触力及综合弹性变形量,根据计算公式拟合单齿啮合刚度与多齿综合啮合刚度曲线;分析比较转矩对环面齿轮重合度与时变啮合刚度的影响。     

齿根裂纹对齿轮轮体及齿间耦合刚度的影响研究

齿根疲劳裂纹是齿轮传动系统服役过程中最常见的失效形式之一,威胁着齿轮传动系统甚至装备的运行安全,开展齿轮传动系统齿部故障诊断具有重要意义,而其核心是齿根裂纹故障的动态作用机制及振动特征。然而,传统啮合刚度计算模型尚未考虑齿根裂纹对齿间耦合作用的影响。针对该问题,分析了齿轮轮体结构变形引起的齿间耦合作用机制,建立了轮体刚度计算的有限元模型,研究了作用力、轮毂孔半径及齿根裂纹深度等参数对轮体刚度,特别是齿间耦合刚度的影响规律。结果表明,齿根裂纹对轮体变形引起的轮体刚度与齿间耦合刚度具有显著的影响,在齿根裂纹时变啮合刚度激励计算中应予以考虑,从而提高齿根裂纹刚度激励计算模型的准确性。     

圆柱齿轮多齿对耦合瞬时啮合刚度的研究

通过本文提出的分析轮齿刚度和齿面接触线载荷分布的新方法——台面接触线法向刚阵法，建立了齿面接触线上节点力与法向变形的关系。加入相应的变形协调条件和静力平衡条件，精确简便地作了多对齿同时啮合状态下，轮齿瞬时啮合刚度的分析计算。并用有限元方法编制了专用软件，文中给出了分析计算实例，获得了多齿对同时耦合时的啮合刚度曲线。计算结果具有较高的精度和可靠度。     

基于堵塞原理的变刚度软体机器人设计与试验

软体机器人运动时具有高柔性,执行任务时又能展示出强刚度,在军事侦察、灾难救援等复杂环境探索与检测方面具有重要的应用价值。结合主动驱动的网络气动结构与被动驱动的堵塞机构的优势,提出实时变刚度的软体驱动器,研究其变刚度机理和动态建模方法。首先,提出了气动-堵塞机构耦合的软体驱动器模型;其次,利用赫兹接触模型,建立机器人运动数学模型,从理论上研究其变刚度形成机理;再次,利用有限元对气动驱动结构进行分析,研究空腔内压强、形状和大小对软体机器人弯曲角度的影响,并进行了优化;最后,制作了变刚度软体机械臂样机,验证了软体驱动器的变刚度性能与运动性能。该研究有望为变刚度软体机器人设计与刚度调控提供新的理论和技术支持。     

滚齿工艺系统刚度研究

通过对YKX3132型滚齿机加工工艺系统的刚度进行分析研究，得到机床工艺系统的刚度计算公式。这对于滚齿切削用量的选择、滚齿加工误差的补偿、滚齿机床的设计与制造、提高齿轮滚切精度有一定的参考意义。