并联机床运动仿真与运动学分析的新方法

为了不建立数学模型完成并联机床机构的运动仿真和运动学分析，提出综合利用CAD软件所具有的装配约束和尺寸驱动功能实现运动仿真和运动学分析的方法。给定刀具位置与姿态的驱动尺寸和杆件长度的被驱动尺寸，在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动，实现运动仿真，记录杆件长度的被驱动尺寸，得到杆长的值。用Matlab软件拟合杆长数据，得到刀具位姿（驱动尺寸）与每个杆长值（被驱动尺寸）的拟合曲线和拟合方程，求解了杆件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，并联机床运动仿真与运动学分析方法简捷直观，速度快，求解精度高，可完成其他多自由度并联机构的运动仿真和运动学分析，是并联机构的运动仿真和运动学分析的有效工具。     

桥式起重机设计(续)

3.5 上弦杆的设计在上弦杆①②③中,确定出合计压缩力最大的杆件来进行设计就可以。根据前面的桁架杆件应力表,上弦杆①=64.95t,②=74.86t,③=75.09t,上弦杆③的合计内力为最大。因此选定杆件③的断面积,上弦杆全部都用杆件③同样的断面尺寸。     

基于人因工程学的骑马机结构优化设计与仿真分析

为确保人们在使用骑马机锻炼时效果更佳、体验更舒适,基于人因工程学原理,运用SolidWorks软件对骑马机进行设计.通过对骑马机的结构尺寸以及后座、踏板和扶手运动特性的解析与仿真分析,确定了重要零部件的尺寸参数,验证了结构设计的合理性.基于人因工程学对安全性能的要求,运用SolidWorks Simulation对骑马机进行静力分析,对应力最大处进行优化;运用Abaqus软件对自由状态下的机架进行模态分析,分析其在工作状态下的固有频率,表明了骑马机的安全性.     

基于分段四次速度矩分布的叶片式气液混输泵导叶设计方法

叶片式气液混输泵是深海油气资源开采的核心装备，导叶对其输运性能影响较大，而混输泵导叶设计相关的研究很少。提出一种基于分段四次速度矩分布的叶片式气液混输泵导叶设计方法，利用三段四次函数控制导叶速度矩的分布规律，通过给定控制点流线长度及载荷等参数确定分布规律。将该设计方法应用到三级叶片式气液混输泵中，并选取轮毂前控制点载荷L_1h、轮毂前后控制点载荷差ΔL_h、轮缘前控制点载荷L_1s、轮缘前后控制点载荷差ΔL_s、前控制点流线长度m₁、后控制点流线长度m₂、起点载荷系数k₀等7个参数，对混输泵导叶进行7因素3水平的L₁₈（3⁷）正交优化。完成混输泵导叶设计和优化后，泵效率在单相和两相工况下分别平均提升6.73%和4.10%。优化前后的流场显示，导叶内流场低速区范围明显缩小，流动分离的范围和强度都受到了明显抑制。     

基于VERICUT仿真的磨杆结构优化

针对用于加工某种非回转体锥罩的大长径比磨杆，采用加工仿真的方法来探究其在不碰撞情况下的最大尺寸。确定磨杆初始尺寸并建立三维模型，利用CATIA软件生成覆盖罩体内廓表面的加工轨迹，并开发专用后处理器来生成G代码。通过VERICUT软件完成加工仿真，根据仿真结果优化磨杆结构，缩减磨杆碰撞处直径，增大磨杆不碰撞处直径。优化后确定了磨杆尺寸长为1 855 mm，大端直径为150 mm。经过最终仿真检验，证明通过仿真方法确定了不碰撞情况下的最大尺寸的磨杆。     

震实式造型机工作台翻转机构的设计与运动仿真

针对震实式造型机工作台的翻转机构,利用解析法设计了翻转机构为四杆机构。根据四杆机构杆件长度,利用Pro E软件构建机构各构件,并进行虚拟装配,然后进入机构仿真模块对机构进行运动分析和仿真,仿真结果表明此四杆机构能够实现震实式造型机翻转机构的运动要求,并且运动过程中无干涉出现。     

夹具定位误差分析的机构学建模方法

将工件-夹具系统用机构模型表示。夹具是机构的机架,夹具和工件的接触副构成了连架杆与机架连接的运动副,定位基准到定位接触点之间的尺寸线为机构的连架杆,工序基准与定位基准之间的联系尺寸是机构中间连杆或机构的结构杆件,工件加工表面与工序基准之间的工序尺寸为机构的最终目标构件。通过计算目标构件的长度变化或角度变化获得工序系统的定位误差。研究建立工件和夹具定位元件接触副与机构构件之间的映射关系,研究建立加工表面与工序基准的工序尺寸关系、工序基准和定位基准之间的联系尺寸关系转化为等价机构的转换规则。根据以上映射关系和转换规则,实现等价机构模型的自动建立,利用机构学的各种精度分析方法实现定位误差求解的自动化。     

CO2气体保护焊的焊缝形貌建模及虚拟化仿真系统开发

建立了CO₂气体保护焊工艺参数与焊缝几何尺寸(熔宽、熔深)之间的多层感知机神经网络预测模型,并基于焊接试验数据训练模型,确定了模型的数学解析式;通过分析焊缝截面和表面形貌特征,建立焊缝形貌的虚拟化仿真模型;通过python编程开发了焊缝形貌预测与虚拟化仿真系统。结果表明：所建立的多层感知机神经网络预测模型对熔宽预测的最大偏差为0.097 mm,模型拟合优度为0.999 269,对熔深预测的最大偏差为0.051 mm,模型拟合优度为0.999 567;建立了以焊缝熔深和熔宽为输入变量的焊缝截面形貌数学模型和以焊缝熔宽为输入变量的表面形貌数学模型。     

基于自动前后调整算法的多目标液压支架优化设计

支撑掩护式液压支架四连杆的设计是一个多参数、多目标复杂耦合的作用过程，其性能主要取决于四连杆机构处于最高位置时杆件角度以及各杆件长度。构建了四连杆机构梁端点实际轨迹偏差量与各杆件长度及其角度的数学模型，利用层次分析法计算四连杆机构的多目标函数中各目标函数的权重。基于自动前后调整算法(Automated Forward/Backward Tuning, AFBT)进行求解，仿真得到了四连杆机构最优杆长及其角度参数组合。通过ADAMS运动学仿真得到了梁端点实际轨迹偏差量，最大仅为56 mm。基于优化算法，可控制整体仿真时间小于0.1 s,有效提高四连杆机构的设计效率。该模型为液压支架四连杆机构的设计提供了理论基础，研究结果对四连杆的设计有实际参考价值。     

偏心轴向作用下杆件的稳态响应计算

偏心受力杆在工程中随处可见,其应力和强度计算直接关乎到它们的工作可靠性,尤其是动态应力计算更为关键。利用线弹性动力学理论研究了偏心受力杆件在稳态力作用下的弯曲正应力和轴向正应力的计算问题,给出了解析表达式,并通过数值算例计算了杆件不同截面处弯曲正应力幅度和轴向正应力幅度随扰动频率的变化规律,理论分析和数值算例结果表明,杆件中最大弯曲正应力幅度和轴向应力幅度的大小受扰动频率的影响较为明显,这与相应的静态问题分析是完全不同的,分析和结论对于偏心压杆的动态可靠性设计有一定参考意义。     

液压拆除机器人工作臂的运动学分析

基于D-H坐标建立了拆除机器人的运动学模型,得到其最大工作尺寸:最大作业高度为2 188mm,最大作业深度为1 447mm,最远作业长度为2 139mm。基于多体动力学理论,结合SolidWorks和ADAMS软件建立了工作臂的虚拟样机模型并进行运动学仿真,得到其工作空间曲线与最大工作尺寸:最大作业高度为2 186.91mm,最大作业深度为1 442.93mm,最远作业长度为2 124.98mm。仿真分析结果验证了运动学模型的正确性,为实现其轨迹规划自动控制奠定了基础。     

带式输送机机架的有限元优化设计

带式输送机的机架有多种形式，设计工作量大。本文介绍运用有限元方法对机架进行优化设计的程序，优化目标值选定为杆件最大应力点的安全系数；以机架的外形尺寸、受力及杆件的受力与截面尺寸为变量；并以单滚筒驱动的三角形头架为例进行计算。本程序已在生产中应用。     

基于SolidWorks的最优化平面四杆机构的动态模拟

SolidWorks具有几何约束和尺寸驱动等参数化设计功能,及支持鼠标动态拖动.通过对平面四杆机构上某点所描绘的曲线进行运动分析,建立数学模型:利用内点惩罚函数法,通过计算机程序优化各杆长度及角度,能够提高设计效率且保证设计精度;并利用SolidWorks对平面四杆机构进行动态模拟,无需进行烦琐复杂的编程即可验证轨迹的准确性.     

平行四边形式收砟机构设计与分析

收砟机构作为铁路小型收砟机的重要执行部件,其可靠性直接影响机器性能。针对一种平行四边形式收砟机构进行了设计与仿真分析:对结构尺寸进行参数化设计后利用SolidWorks建立三维模型并导入ADAMS中进行仿真分析。其中,参数化设计得到机构基本杆长尺寸与机器设计高度之间的关系,为因底盘高度变动造成机构杆长尺寸变化提供快速计算依据;虚拟样机仿真后得到收砟机构的动力学特性,当收砟耙宽度为450 mm,驱动速度为225 mm/s时,最大受力点为滚轮所在铰接点,数值为3967.7 N;斜收最大驱动力为5602.3N;以上数值为机构强度校核、后续控制与液压系统的设计提供可靠依据。并针对实际工作中负载不均衡造成收砟机构滚轮磨损严重问题,进行了结构优化。     

混合式步进电动机结构参数智能协同优化

为了探究混合式步进电动机关键结构参数对其静态转矩的影响规律,找寻最优设计方案,提出一种基于正交试验、反向传播(Back Propagation,BP)神经网络和遗传算法的智能协同优化方法。通过对电机的磁路分析与ANSYS Maxwell-3D有限元仿真,讨论了电机结构和运行参数对输出转矩的影响,并据此对电机的气隙g、齿宽比b_t/t、齿高h_t和转子壁厚h_r进行协同优化,采用电机的最大静转矩T_m作为优化目标,运用智能协同优化方法得到最优解,并对优化结果进行有限元验证。结果表明:优化结果与仿真结果相近,最大静态转矩相对误差为4.8%,最优结构参数为:g=0.1 mm,b_t/t=0.37,h_t=0.84 mm,h_r=2.5 mm。     

304不锈钢棒料连续旋弯低应力精密下料断裂预测

低应力下料近净成形方法是制造轴类零部件毛坯的新工艺,具有能耗低、下料效率高及坯料断面精度高等特性,然而其下料机理一直不清晰,难以获取理想的下料工艺参数,因此基于累计损伤理论提出断裂强度因子预测断裂模型进行研究。以304不锈钢为研究对象,将断裂强度因子耦合到连续旋弯低应力下料有限元模型进行断裂预测。通过连续旋弯低应力下料试验,依托断面平整度及下料时间的下料综合评价方法,验证基于断裂强度因子的连续旋弯低应力下料断裂预测数值模拟的正确性。结果表明：基于断裂强度因子断裂预测模型模拟得到的断裂位置位于环状“V”型缺口根部,与下料分离结果保持一致;断面平整度与下料时间随着加载位置提升而降低,当加载位置为L₁=5 mm,L₂=10 mm能够实现棒料高效精密下料。该下料方法利用断裂强度因子预测断裂模型建立了连续旋弯低应力下料断裂机理,为实现低应力下料工业化奠定理论基础。     

对旋轴流风机结构尺寸参数对气动性能的影响

针对FBD No. 8.0矿用对旋轴流风机内部流场不稳定、压力损失较大等问题,对风机内部的集流器和整流罩的几何尺寸参数进行了优化研究。首先,选择集流器入口直径、长度和整流罩的两段水平长度作为正交试验因素,全压效率为试验的评价指标,探究集流器和整流罩的共同作用对风机气动性能的影响;然后,根据L₉（3⁴）的正交试验表,设计了9种试验方案,并进行了数值计算;最后,采用极差分析的方法,得出了几何参数对风机效率的主次影响顺序,确定了对旋轴流风机最优的尺寸参数组合。研究结果表明:相比于原型风机,优化后的对旋轴流风机在流量点750 m³/min时,全压和效率分别提高了2.64%和1.74%;在全流量工况下,全压和效率平均提高了2.12%和2.31%;同时,优化后的风机能够有效缓解入口处的涡团现象,降低风筒前端内部的压力差值,改善进气情况,减小叶片表面的涡量,提高风机的性能。     

基于MATLAB与ADAMS的贝克曼梁五杆机构优化设计及仿真

在路面弯沉检测中为了使光电贝克曼梁机构能够达到快速水平下降的需求,设计了多连杆机构。为了满足工作需要,必须对其中的五杆机构进行优化。为了获得理想的运动轨迹,建立了数学模型,并进行杆件之间的几何关系进行计算,找到目标函数表达式,采用MATLAB遗传算法工具箱进行优化得到各杆件的尺寸参数,在ADAMS建立模型并对五杆机构进行运动仿真,测量关键点的运动轨迹,通过分析仿真轨迹符合设计要求。     

塔机附墙截面力学性能分析研究

以C6513-6F塔式起重机附墙杆不同截面为目标,针对截面的不同对附墙杆所能达到的最大理论长度的影响进行研究。首先根据四种常用截面特点建立其力学模型,再由纵横弯曲的相关知识对各个模型的附墙杆内力函数解析式进行理论推导,并利用MATLAB软件对函数解析式进行可视化求解分析得到四种截面下附墙杆最大理论长度。最后得出各截面按力学性能从优到劣排列为:矩形桁架截面、三角形桁架截面、圆管型截面和方管型截面,为设计者和工程师对附墙杆截面的选择提供了理论支撑和新方法。     

电动沙发八杆搁脚机构优化设计

针对电动沙发八杆搁脚机构运行过程中存在的平稳性较差问题,对搁脚杆系运动过程中的速度及传动角变化进行了研究。为提高搁脚机构杆件运动速度的平稳性,采用杆系运动学理论建立了八杆搁脚机构各运动杆件的位置、速度方程,通过Matlab运行了理论模型,然后与Adams中的运动仿真分析进行了对比,评价了理论模型的正确性;在理论模型的基础上,采用了遗传算法作为优化算法,以搁脚机构运行过程中速度的平稳性即速度波动性最小为目标,对搁脚机构的杆件尺寸进行了优化;将优化前后的模型参数输入到Adams中仿真分析并进行了比较,分析了优化结果。研究结果表明:优化后搁脚机构的速度平稳性得到了提升,同时搁脚机构的传动角也得到了相应的增加。