非接触搬运吸盘系统研究

为解决单进气嘴气动旋涡流式非接触气爪由于型腔内气旋单一方向转动而引起的吸附不稳定性问题,提高气爪吸附性能和稳定性,设计了由6个单进气嘴气爪组成的非接触搬运吸盘装置。首先介绍了气爪的工作原理以及气爪型腔内部的流场仿真分析特性;然后根据仿真分析结果对吸盘整体结构进行了设计,并且应用3D打印快速成型技术对吸盘结构进行了加工和装配;最后对单个气爪和吸盘的供气压力—负压关系、流量关系和吸附性能的实验测量结果进行了分析,确定了吸盘的吸附性能。实验表明,当气膜间隙为0.6 mm,吸盘进气压力为0.3 MPa时,其吸附力达到7.8 N,吸盘整体转矩为4.5 N·mm,相比单个气爪的转矩9.5 N·mm减小了52.6%。     

旋涡流非接触气爪结构优化设计

为提高单进气嘴非接触气爪的吸附性能和气爪结构加工的方便性,根据气爪型腔内部流场特性和3D打印原理,提出了一种基于3D打印技术的旋涡流气爪结构优化设计方案。基于对非接触气爪工作原理的理论分析和气爪型腔内部流场特征的仿真研究,以提高气爪吸附性能为目的对气爪型腔结构进行优化设计,应用3D快速成形加工技术加工出通过仿真计算设计的气爪结构模型。实验结果表明：优化后的气爪型腔产生的负压比优化前负压增大一倍,气爪的吸附力提升57%,在气爪加工方面,采用3D打印技术比传统的机械加工技术更具便捷性,且气爪型腔内部复杂结构更容易被加工出来。     

多吸盘式擦窗机器人的吸附系统研究

真空吸附系统具有结构紧凑、轻量化等特点,在擦窗机器人应用中具有不可替代的作用。吸盘作为吸附系统的关键部件,直接影响吸附系统的整体性能,由于单个吸盘的不足和局限,所以在机器人设计中往往采用多吸盘的形式出现。该文结合“新型擦窗机器人”吸附系统设计,分析了吸盘的越障功能以及机器人可靠吸附于垂直壁面的基本吸附条件。     

一种爬壁机器人真空吸附性能分析与运动切换策略

为了分析爬壁机器人的吸附性能及优化运动切换策略,建立了一种双框架结构爬壁机器人的吸附结构,采用真空技术分析了有效抽速、流导、泄漏等影响机体吸附能力的主要因素。通过理论分析和实验对吸盘漏率和吸附系统切换策略进行了研究,得到了3种情况下的吸盘漏率参数值与吸盘的响应和释放曲线以及吸盘组切换时的压力动态过程曲线。提出了一种有效的吸盘动态吸附性能分析方法,研究了吸盘动态切换的过程。为真空系统吸附性能的分析和运动切换策略优化提供了直观而有效途径。     

汽车发动机塑料进气歧管三维型腔设计和CFD分析

进气歧管质量的好坏对汽车发动机的性能有着直接的影响。文章根据进气歧管的型腔结构特点,基于三维造型软件设计了4种方案的进气歧管的3维型腔造型,利用CFD流体分析软件对进气歧管的内气道进行流场的模拟分析,深入研究气道内部的流速和压力的分布及局部的压力损失。分析结果显示方案4进气歧管四缸的进气一致性较好,进气歧管内部流场稳定,无明显压力急剧损失区域,无气流壁面分离现象,所设计的进气歧管能满足最初的设计目标要求,提高了发动机的动力性和经济性。     

进气相位对三角转子气动发动机性能的影响

分析了三角转子气动发动机的配气系统特点,采用旋转阀式配气机构的工作过程,建立了发动机工作过程的数学模型,在进气压力为0．6MPa的情况下,针对不同的进气提前角和进气持续角对发动机的性能进行了数值仿真。仿真结果表明：进气相位在高速时对气动发动机性能影响大;设置合适的进气提前角对发动机的整体性能有利,且提前角随着发动机的转速的提高而增大;设置最佳的进气持续角对发动机的动力性能有利,且随着转速的提高进气持续角减小。因此在三角转子气动发动机设计工作过程中,需要设置合适的进气提前角和进气持续角,提高三角转子气动发动机的动力性能和经济性能。     

活塞式膨胀机的性能分析与试验验证

针对活塞式膨胀机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、拉格朗日方程等建立了非线性瞬时的热力学和动力学模型,实现对系统的精确建模和性能研究。利用MATLAB/Simulink得到的仿真转速/功率与实验平台测得的转速/功率进行比较,验证了数学模型的正确性。通过仿真模型研究了进气压力、负载扭矩对活塞式膨胀机系统性能的影响,并分析了进气温度对系统性能的影响。研究表明:在一定压力条件范围内,随着负载扭矩的增加,活塞式膨胀机的输出功率和效率分别增大到一定峰值后减小,最大峰值功率为3.97 kW,最大峰值效率为38.8%;负载扭矩40 N·m,进气压力2 MPa时,排气阶段的压力为 0.55 MPa,占进气压力的27.8%;提高进气温度会提高系统的输出功率和效率。     

壁面清洗机器人吸盘组的设计方法

吸附技术作为气动机器人研究中的关键技术，受到人们的普遍关注。真空吸附系统具有结构紧凑、轻量化等特点，在机器人应用中具有不可替代的作用：吸盘作为吸附系统的关键部件，直接影响吸附系统的整体性能，由于单个吸盘的不足和局限，所以在机器人中往往以吸盘组的形式出现。该文结合“蓝天洁士”全气动壁面清洗机器人的吸附系统设计，总结了真空吸盘组的设计方法，以及吸盘组的布置特点、分类，并着重分析了吸盘组的性能和特点。     

管道攀爬机器人非接触变磁隙式永磁吸附机构的设计与吸附性能优化

设计了一种能自适应吸附不同直径管道的非接触变磁隙式攀爬机器人。采用矢量磁位法和有限元法建立了吸附机构的磁场分布模型和磁吸附力模型。基于空间力系统的平衡方程建立了机器人的力学模型,得出爬壁机器人需要的最小磁吸附力。基于磁场和磁吸附力的理论模型与Maxwell仿真,通过离散组合法得到了最优磁铁宽度和磁吸附力。通过不同磁场和磁吸附力的对比计算,在最优磁铁宽度为80 mm时,得出近似圆弧机构单位体积的磁吸附力为0.0078 N/mm3,大于矩形磁铁单位体积的磁吸附力0.0047 N/mm3,它产生的磁吸附力满足单个机构所需的最小磁吸附力2100 N的负载要求。最后,通过实验获得了磁吸附机构的磁吸附力特性,证明了磁吸附机构优化设计的可行性。     

风电叶片检测机器人设计与运动仿真研究

为了降低风电叶片检测维修的成本,综合设计制作了一种可以在叶片表面攀爬检测的六足机器人。根据叶片参数确定了机器人整体尺寸,采用SolidWorks软件建立了机器人整体模型,设计了腿部吸附结构。通过静力分析,建立了机器人吸盘吸附的数学模型,以保障机器人行走的安全稳定性。分析了机器人整体行走步态,设计了攀爬行走迈步过程并设计了其关节控制曲线,通过ADAMS软件仿真模拟了机器人在叶片表面的攀爬行走。最后,设计了机器人整体控制系统,并制作样机进行了机器人攀爬实验。仿真与实验结果表明,所设计的机器人结构可以稳定实现攀爬运动,吸盘吸附系统安全可靠,实验结果与仿真的行走步态一致,验证了以攀爬步态行走的可行性。     

深海刚柔组合负压吸附装置的力学特性与吸附效果分析

柔性吸盘被广泛用于陆上气动负压系统中,但对于深海高压环境来说,柔性材料抵抗外界压力的能力较差,导致其过度变形,吸盘有效作用面积减少,吸附能力减弱甚至丧失。通过综合考虑柔性吸盘的良好密封特性及刚性吸盘有效作用面积不变的特性,设计了一种由柔性吸盘、刚性吸盘及卡箍组成的吸盘形式,通过有限元仿真分析了吸盘的密封性能和预紧力情况,确定了吸盘的尺寸和选型,并搭建了试验台,对吸盘的预紧力、密封性能和吸附力进行了试验。结果表明:吸盘在预紧力为390 N时完全变形,此时吸盘在外界环境压力11 MPa,吸盘内部压力1 MPa的情况下,15 min内吸盘内部压力没有发生变化,吸盘没有发生泄漏,且可以提供至少15000 N的吸附力。     

旋涡式非接触硅片夹持装置的流动计算及试验研究

为实现硅片的非接触式夹持,减少生产过程中因夹持装置与硅片表面接触导致的产品缺陷,提出一种新的硅片夹持方法,该方法利用空气动力学原理,在半封闭的流道中诱发旋涡流,借助于旋涡中心的负压力、空气溢出的正压力和硅片自重三者之间的动态平衡,实现硅片的非接触夹持.首先对此悬浮原理进行理论分析,在理论分析的基础上设计出可实现夹持功能的双进气口真空吸盘,采用RNG k -ε湍流模型对吸盘内完全气体的正压旋转流场进行数值模拟,对吸盘吸附力进行试验研究.结果表明:利用旋涡式真空吸盘可以实现非接触式夹持过程,吸盘对硅片产生的吸附力大小与工作距离、进气压强和吸盘结构参数等密切相关.     

圆柱形三自由度超声电机输出性能的仿真设计

研制了一种基于两个二阶弯振模态和一个一阶纵振模态的圆柱形三自由度超声电机.其定子的长度、直径和质量分别为20 mm,56 mm和130 g;转子直径为25 mm;转子绕X、Y和z-轴的空载转速分别为33、35和66 r·min-1,堵转矩分别为24.8、36.6和30.2 mN·m.根据圆柱形三自由度超声电机的结构和工作原理,建立了它的输出性能仿真数学模型.用有限元方法对定子进行结构动力学分析,得到定子上各驱动点的工作频率和工作振幅,计算驱动点的位移和速度;假设定子和转子是弹性接触的,即定、转子之间的接触点由一系列弹簧相连接,根据定、转子的相对运动和胡克定理,计算出每个接触弹簧的变形和弹性力;计算定、转子之间的摩擦力;进而计算出电机的输出力矩、功率损失和驱动效率.根据所建立的数学模型,用MATLAB软件编制了仿真设计程序,计算出电机的输出性能,并与实验结果进行了比较和分析.实验显示,当输出转矩较小时,仿真结果与实验结果符合良好;随着输出转矩的增加,二者之间的误差逐渐增大,而且实验值小于仿真值.结果表明,实际输出性能的下降是由定、转子之间的打滑造成的.电机输出性能仿真的实现,将为电机的性能预估和优化设计打下理论基础.     

磁流变液与电热形状记忆合金联合传动性能研究

针对磁流变液装置所产生的转矩偏小的问题,提出了一种磁流变液与电热形状记忆合金(SMA)联合传动的方法,并介绍了传动装置的工作原理。基于电热SMA弹簧力学特性,推导了温度与摩擦转矩的关系;通过有限元软件对装置进行了磁场分析,得到了环形磁流变液工作间隙磁场强度与磁流变液剪切屈服应力之间的关系,并计算得出磁流变液传递的转矩。实验结果表明：由8个SMA弹簧产生的摩擦转矩最大为1.798 N·m,励磁线圈的电流为1 A、匝数为380时,磁流变液传递的转矩为1.41 N·m。相较于单一的磁流变液传动装置产生的转矩,磁流变液与电热SMA联合传动产生的转矩为3.15 N·m,传动性能提高了1.2倍。     

基于AVL-BOOST的汽油机性能仿真研究

在AVL-BOOST软件环境中建立了汽油机模型,选择适当的传热和燃烧模型,设置边界条件进行仿真,得到转矩、功率和燃油消耗率在不同转速下的变化曲线。分析不同种类进气歧管对发动机整体性能的影响,为进一步优化发动机性能指明了方向。     

饰面纸自动铺装系统吸附过程仿真及结构优化

以某型号饰面纸自动铺装系统为研究对象,通过对其吸附过程进行力学分析,预估出三种可行的真空吸盘布局方式;在ANSYS中建立饰面纸三维实体模型,并利用ANSYS进行接触分析;结果表明:Φ30mm真空吸盘布局方式是三者中效果最好的方式。此外,基于考虑吸盘泄漏对整个吸盘组会产生影响,因此,利用FLUENT软件对吸盘泄漏和正常工作两种工况进行仿真;结果表明:整个吸盘组会因局部吸盘泄漏而造成整个吸盘组吸附失效,进而通过改进真空发生器布局方式来改变真空吸盘组布局方式,使得饰面纸自动铺装系统在局部吸盘泄漏时还能处于工作状态。     

旋回流气爪流场特征的数值分析

基于在旋回流气爪腔体内增设绕流柱的设计方案,采用数值方法分析气室内旋回流的形成、发展过程,进一步明确了气爪内部的流场特征、压力分布规律及其吸附原理。数值计算结果表明:增设绕流柱后,可改善气爪内部和被吸附工件表面的压力分布趋势,增加吸附力,提高吸附稳定性;提高供气量,会导致旋回流的流速增加,强度提高,负压程度和吸附力也相应增大。     

形状记忆合金与磁流变液交替传动性能研究

针对磁流变液在高温下传动性能下降等缺点,提出一种形状记忆合金与磁流变液交替的传动方法。基于形状记忆合金的热力学效应,推导了弹簧挤压力与温度的关系式,并通过实验验证了方程的正确性;对传动装置的磁场进行有限元分析,得出了工作间隙沿径向的磁场分布;基于形状记忆合金弹簧热驱动特性,建立了摩擦转矩与挤压力、结构尺寸等参数的关系。结果表明,形状记忆合金弹簧产生的挤压力随温度升高而增加;温度低于40℃时,主要由磁流变液传递转矩,转矩可达9.14 N·m;温度在40℃～60℃之间时,磁流变液与形状记忆合金共同传递转矩,转矩可达13.24 N·m;温度高于60℃时,主要由形状记忆合金传递转矩,转矩可达9.40 N·m。随着温度升高,形状记忆合金能代替磁流变液传递转矩,装置能感知温度变化,实现交替传动。     

多气阀气动发动机设计及特性分析

随着环境问题的日益严重,气动发动机作为一种清洁能源的动力装置而逐渐被人们所关注。然而,能量利用效率低和输出功率低已经严重影响了气动发动机的发展。分析了气动发动机工作过程中的能量损失,并在此基础上提出了一种多气阀的新型气动发动机机构。建立了气动发动机工作过程数学模型。为了验证模型的准确性,搭建实验平台对气动发动机进行实验研究。通过误差与进气压力和曲轴转速之间的关系对所建立的模型进行修正,得到精确的气动发动机工作过程的数学模型。在此模型的基础上得到多气阀气动发动机的扭矩和能量利用效率特性。结果显示,在同样的结构参数下,进气压力为2MPa时,相比单进气和排气的气动发动机机构,多气阀气动发动机气输出扭矩提高了26.2~41.9N·m,能量效率提高了8%~10%。     

石材切割机床用真空吸盘设计及其有限元分析

针对在石材切割机床方面还缺乏高效、可靠的真空吸盘设计这一问题,结合石材板几何特征与受力情况,设计了大面积、单腔真空吸盘,研究并确定了与之相匹配的真空系统回路。在此基础上,采用有限元模拟技术,对真空吸盘吸附的物理作用过程进行了分析,并在真空吸盘出口直径、出口位置、密封条厚度等方面开展了优化研究。结果表明,当真空吸盘的出口直径变大时,压降减小,真空吸盘与石材接触处的真空负压明显减小,因此,增大真空吸盘出口直径可以有效减少压降;改变真空吸盘的出口位置对真空吸盘腔体内的压力和抽气速度影响不大,出口位置对真空吸盘内压力和气体流速的影响可忽略不计;减小真空吸盘密封条高度使真空吸盘腔体内的真空负压变小,其真空效果下降。