电动栏杆机系统设计的研究

探讨了电动栏杆设计的特殊性和关键技术内容：内部弹簧平衡系统的优化、曲柄摇杆机构的速度和加速度特性、电机及减速系统选型、系统自锁方案、高可靠高智能的防护功能。在逐项分析关键技术后给出了设计方法及主要计算公式。     

回弹式绳索起动装置绳索作用力的设计计算方法

内燃机起动安全性能是内燃机安全要求的重要指标,我国等效采用回弹绳索起动装置安全要求的国际标准,对起动绳索最大作用力考核有明确的数值要求,如何确定绳索作用力是行业中一个待定的问题。本文分析了内燃机起动阻力矩的影响因素,给出了起动惯性阻力矩、摩擦阻力矩、压缩阻力矩的计算方法,讨论了影响起动性能的主要因素对阻力矩计算值的变化,将计算结果与相关试验数据进行了比对验证,得出了一种用起动阻力矩计算起动绳索作用力的设计计算方法。以186FA柴油机、190F、168F、152F汽油机的回弹绳索起动装置为例对绳索作用力进行了计算与分析,得出的结果为内燃机行业提供了产品设计和检验的依据。     

月壤钻探采样装置中的钻杆结构参数优化设计及模拟试验

对月球次表层钻取采样外螺旋钻杆的输土阻力进行理论分析。基于散体力学中连续介质假设,建立钻杆回转输土阻力矩模型。利用该模型分析钻杆直径、螺旋升角等结构参数与输土阻力矩变化的关系,给出参数选择范围。以钻杆输土所消耗的功率为目标,以钻杆结构参数为变量,对钻杆结构参数进行优化设计,使优化后的钻杆平均输土功率降低了30.5%。对结构优化后的钻杆输土阻力进行测试试验,验证了钻杆输土阻力矩随深度增加而变大的趋势。研究成果能为月球次表层采样钻杆设计提供理论依据。     

步进电机矩角关系连续测试方法的研究

处于保持状态下的步进电机的矩角关系呈正弦变化,这导致传统的力矩转角测试方法无法实现对步进电机矩角关系的连续测试。对此,应用力矩平衡的思想,分析力矩传动和角度传递的机理,提出一种新的测试方法来进行矩角关系的连续测试,并据此设计了一套保持状态下步进电机矩角关系的连续测试系统。实验结果表明,所得矩角关系曲线接近正弦变化,与理论分析结果相符。     

润滑油对涡旋鼓风机平衡铁动力学特性的影响及其优化

针对扇形端面直角结构平衡铁会受到较大阻力矩的问题,提出了机翼型平衡铁优化模型。通过FLUENT软件建立了平衡铁在背压腔内运动的滑移网格模型,模拟了两种平衡铁在背压腔中的非稳态转动过程,得到了平衡铁压力场,周围速度场及边界层分离情况,且计算了其受到的阻力矩。对比分析表明,平衡铁受到的压差阻力矩远远大于摩擦阻力矩,压差阻力矩占总阻力矩的比例可高达83.9%,且在变转速工况下,压差阻力矩随转速增加急剧增加,摩擦阻力矩则缓慢增加;机翼型平衡铁使径向辅助面上的流线轨迹更加均匀有序,边界层分离损失减少,可使其受到的总阻力矩最高降低32.9%,且转速越高,总阻力矩降低越明显。     

多轴液压助力转向系统匹配设计研究

多轴液压助力转向系统普遍存在转向杆系变形和断裂的问题.基于轮胎原地转向阻力矩的半经验公式,利用ADAMS和AMESim建立了某多轴转向车辆的机液联合仿真模型.在验证模型正确性的基础上,以转向杆系受力最小为优化目标,进行了转向油缸和轮胎原地转向阻力矩的匹配优化.研究发现,转向油缸与轮胎原地转向阻力矩的匹配关系对转向杆系的受力影响非常明显,优化后转向杆系受力显著减小.     

一种康复用多自由度假肢肘关节气动平衡机构的优化设计

借助优化算法设计了一种平衡小臂肘关节重力矩的气动拉杆机构.在优化设计中,充分考虑了安装空间、传动效率、小臂运动范围、对小臂重力矩的平衡效果等多方面的因素,建立起该结构的运动数学模型,确定了结构设计中的待优化变量,设计了约束函数与目标函数,用MATLAB编制了相应程序,采用有约束问题最优化算法求得本结构的综合最优解.最后...     

悬吊电机系统的力学分析

机械运转噪声在许多场合是必须控制的,微特电机驱动系统就是其中之一。对一种家用蔬菜喷淋系统的降噪方案进行力学分析,采用力平衡方程给出了悬线偏转角、悬线长度和阻力矩等物理参数之间的函数关系式,得到了悬线张力的表达式;并提出了针对具体偏转角要求计算弹簧刚度系数和配重的方法和公式,通过一个实际算例计算了阻力矩和弹簧刚度系数分别与悬线偏转角之间的变化规律,利用数值迭代计算了给定阻力矩前提下的悬线偏转角的值,结果说明了方法的可行性。分析思路对于进一步探讨系统的动态振动和噪声控制是具有参考意义的。     

水平定向钻扩孔器最优形状的研究

为优化水平定向钻扩孔器的形状尺寸，建立了扩孔器形状优化的数学模型。首先，采用Vesic等提出的球孔扩张理论求解扩孔器端面的扩张应力，在此基础上求得扩孔器工作过程中所受的阻力和阻力矩。然后，通过遗传算法，以阻力和阻力矩最小为目标函数，对扩孔器的形状、尺寸进行优化。最后，通过算例证明优化结果和传统设计相比阻力和阻力矩有大幅度降低。     

基于稳健优化的真空断路器弹簧操动机构分闸弹簧设计

将稳健设计思想和优化设计思想相结合,将加工误差等因素引起的影响考虑在设计变量的容差之中,寻求弹簧刚度系数误差最小化,且以弹簧结构参数在其容差内变化时弹簧刚度系数的最大波动量的最小化为优化目标,建立了具有多目标、两级优化的分闸弹簧稳健优化设计数学模型。提出了系列求解该数学模型的优化策略。将稳健优化设计数学模型应用于10kV、12．5kA真空断路器弹簧操动机构中的分闸弹簧的设计,有效改善了分闸弹簧的力特性及真空断路器的分合闸速度特性。     

高速电主轴结构的改进

对高速电主轴轴承的配置和预紧方式的选择进行了分析研究,并建立了高速电主轴轴承-主轴系统的参数化有限元模型,运用ANSYS有限元分析软件的优化设计功能,以提高主轴刚度为目标,通过指定参数作为设计变量、状态变量和目标函数来建立分析程序,并以设计变量为自变量,不断改变其数值,迭代计算直至目标函数值达到最小,迭代过程中,状态变量用于控制自变量取值。结果表明:主轴支承跨距优化后,刚度和一阶固有频率得到了一定程度的提高,从而为电主轴结构的改进提供了理论基础。     

恒力弹簧支吊架的优化设计

恒力弹簧支吊架是一种在限定位移内对被支吊物施以恒定张力的装置。用来支吊化工厂和电厂的气、水、烟、风管道系统;支吊热电站的锅炉本体和燃烧器;支吊电气化铁路的导电线和承力线等。恒力弹簧支吊架的基本原理是利用力矩平衡来获得对栽荷的恒定张力。本设计从优化设计的角度出发,主要对恒力弹簧支吊架的弹簧进行了优化,优化后的恒力弹簧支吊架具有体积小、重量轻、恒定度高的优点,因此节约了钢材,降低了成本,具有不错的市场潜力。     

Dynamic balancing of planar mechanisms using genetic algorithm

This paper presents an optimization technique to dynamically balance the planar mechanisms in which the shaking forces and shaking moments are minimized using the genetic algorithm (GA). A dynamically equivalent system of point-masses that represents each rigid link of a mechanism is developed to represent link’s inertial properties. The shaking force and shaking moment are then expressed in terms of the point-mass parameters which are taken as the design variables. These design variables are brought into the optimization scheme to reduce the shaking force and shaking moment. This formulates the objective function which optimizes the mass distribution of each link. First, the problem is formulated as a single objective optimization problem for which the genetic algorithm produces better results as compared to the conventional optimization algorithm. The same problem is then formulated as a multi-objective optimization problem and multiple optimal solutions are created as a Pareto front by using the genetic algorithm. The masses and inertias of the optimized links are computed from the optimized design variables. The effectiveness of the proposed methodology is shown by applying it to a standard problem of four-bar planar mechanism available in the literature.     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

基于虚拟样机技术的电动切卡机创新设计及仿真优化

为了实现电动切卡机产品的优化设计,首先运用机电产品创新设计的方法,对该产品进行了功能原理求解,获得了功能方案,然后利用Pro/E和ADAMS软件对该方案进行了三维建模,最后应用虚拟样机技术进行了运动学和动力学仿真分析,并对该设计方案进行了参数优化,获得了最优结果,实现了设计目标。研究结果表明:运用创新设计方法和虚拟样机技术相结合的方案进行产品的优化设计是非常有效的。     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

机床横梁设计中结构优化技术的应用

优化设计能较好地把现代设计理论和经过长期实践验证的设计内容结合起来,在保证产品达到设计指标并满足一定约束条件的前提下,通过改变某些允许改变的设计变量,使产品的性能指标达到人们的期望值。综合应用拓扑优化和尺寸优化技术对于全新结构的设计是非常关键的,有利于发挥设计员的创新能力,提高产品的市场竞争力,甚至能复演产品的设计过程。重点介绍了机床横梁设计中结构优化技术的应用。     

Rechnergestützte optimierung der antriebs- und gestellkraftgrössen ebener koppelgetriebe—Teil IIComputer-aided optimization of the input torque and frame forces in planar linkages — Part 2

In the first part of this paper the mathematical model for a new technique for the computer-aided optimization of the input torque and the inertia forces and moments in planar linkages has been described. The nonlinear optimization problem consists of an objective function f(X), a vector of design variables X, and constraints g_j(X) 0. The objective function contains the forces and moments. Objectives are the minimization of the maximal deviation of a prescribed function (20) or the minimization of the sum of the squares of deviations from a prescribed function (21). The vector of design variables may contain the masses, inertia moments, and centers of mass of the moving links. Constraints may be placed on upper and lower bounds of variables.

A computer program based on this new technique is a part of the programmed system KOGEOP.

The first example presented is a six-bar linkage; the problem is to balance the input torque and the forces on the frame. The nonlinear optimization methods used (the Gauss-Seidel method, the Powell method, and a stochastic method with normal distribution) are compared in a second example, a four-bar linkage.