压力可调式扭轮摩擦传动机构研制

在前人研究的基础上,提出了一种扭轮和光轴之间正压力可调的新型扭轮摩擦传动机构,并研究了压力可调扭轮摩擦传动机构扭轮和光轴之间正压力与弹簧压力之间的关系,分析了该机构导程和扭轮轴线与光轴轴线夹角的关系,并推导出其关系式.采用压力可调扭轮摩擦传动机构设计了一维超精密伺服驱动工作台,分析了其结构特点和工作原理.     

基于折叠式串联簧片的可调刚度致动器设计

可调刚度致动器能为机器人动态性能和人机交互安全性带来显著提升。在对常见簧片型变结构式刚度调节机理进行分析总结的基础上设计一种基于折叠串联型平行排布簧片组的新型旋转式可调刚度致动器,分析其刚度调节原理并介绍样机机械结构。针对实际刚度调节机构中簧片与滑块滚子的间隙,建立修正的关节旋转刚度解析模型。通过系统试验证明了模型的准确性和整体方案的可行性。折叠式串联簧片的应用使系统在有限的尺寸和足够的承载能力下获得了更大的刚度调节范围。簧片的平行排布设计则实现了多组柔性单元滑块滚子运动的同步及关节驱动与刚度控制的解耦。     

多交叉曲梁簧片柔性铰链的力学建模与性能分析

针对直梁型多交叉簧片柔性铰链难以兼顾大转角、低刚度的问题,设计了一种多交叉曲梁簧片柔性铰链。采用圆弧曲梁簧片减小变形应力和转动刚度,在纯转矩驱动条件下具有高转动精度和大转角行程。推导了圆弧曲梁簧片的变形应力计算方程,建立了柔性铰链的大变形力学分析模型,并通过转动刚度实验和变形应力仿真计算验证了理论模型的准确性。进一步分析了半径系数、簧片曲率和位形角等设计变量对柔性铰链驱动转矩和变形应力的影响关系,提出了同时减小转动刚度和变形应力的设计方案,确定了使柔性铰链获得零刚度特性和负刚度特性的设计变量组合。所设计的柔性铰链结构及其性能分析结果可为新型大行程柔性铰链的设计提供参考。     

微型硬盘抗冲击振动主动控制装置中簧片结构的改进与优化设计

针对某微型硬盘抗冲击振动主动控制装置中的簧片结构所存在的缺陷,考虑设计要求,提出一种改进设计.同时以簧片的长度、宽度、厚度和圆角半径为设计变量,分别以簧片所承受的最大平均应力和产生的最大纵向位移为目标函数,对改进后的结构进行优化设计.簧片性能获得明显改善.     

尺蠖式直线微驱动器的设计

针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,驱动器最大箝位力为216.43N,最大驱动力为13.5N,在驱动电压120V,频率95Hz时,达到最大速度48.91mm/s。     

基于完备椭圆积分解的交叉簧片式柔性铰链大挠度建模

交叉簧片式柔性铰链由两根不在同一几何平面内的细长簧片交错布置而成,且两簧片关于铰链长度方向的中心线对称布置,具有转动范围大、精度高等优点。交叉铰链中两簧片均可以看作是末端受力和弯矩组合作用的细长梁,变形情况较为复杂,因此难以对其进行精确建模。通过对簧片分别应用所推导的大挠度梁完备椭圆积分解,给出交叉铰链的精确分析模型和应力校核计算方法。结合两种交叉铰链的设计实例,揭示这类铰链在转角大于30。的情况下刚度非线性显著增强的特性,分析簧片存在拐点的变形情况,并对大转角变形下的交叉铰链进行强度校核。利用有限元软件对交叉铰链进行非线性分析,其分析结果与完备椭圆积分解建模结果吻合较好。     

皮带机用蛇簧联轴器簧片和齿块有限元分析

蛇簧联轴器是皮带机驱动装置的关键部件之一,在皮带机上有广泛的应用,但使用过程中联轴器的簧片易断裂,齿块易磨损,影响了联轴器的使用寿命。建立了簧片和齿块的三维模型,对簧片和齿块应用有限元分析软件ANSYS进行了应力分析及强度计算。结果表明,ANSYS仿真分析能够较真实地反映联轴器簧片和齿块的实际受力状态,了解零件各点的应力情况,为簧片和齿块的设计和加工的合理性提供了必要的依据。     

三轴标准振动台簧片解耦结构遗传算法多参数优化设计

针对三轴标准振动台簧片解耦结构低固有频率及非线性特性导致的工作频率范围受限及输出振动波形严重失真等问题,首先基于确定的解耦结构关键参数及简化组合,通过Ansys模态和瞬态动力学分析,得到相应参数变化时三轴标准振动台的固有频率和输出波形失真特性。进一步,采用多元非线性回归法建立准确表征固有频率、失真度与关键结构参数间非线性变化关系的回归方程,并基于NSGA-II遗传算法对簧片解耦结构进行多参数优化,求解得到前3阶固有频率、弯曲振型固有频率最大可分别提升123.95%、166.85%及失真度最大可降低36.83%的最佳簧片结构参数。最后,实验测试表明最优簧片解耦结构对应的三轴标准振动台在固有频率及输出波形失真度两方面性能均得到提升,验证了簧片解耦结构遗传算法多参数优化设计的有效性,为其他多维柔性结构优化设计提供了参考。     

大口径宽波段高能激光发射窗口的设计与测试

由于大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口难于满足使用要求,本文设计了一套用于发射系统的快门式机械窗口。该机械窗口由防尘罩压紧机构和防尘罩的驱动机构两部分组成。压紧机构通过丝杠、钢丝绳和同步带等传动方式实现单电机驱动多目标同步运动,利用柔性铰链补偿安装误差。采用柔索的非线性分析法和积分原理求解了防尘罩的风压载荷与锁紧机构所需的压紧力间的解析关系,通过逆推法建立了正压风载与电机负载扭矩间的解析表达式。根据电机的矩频特性计算了机构的转速范围和防尘罩能承受的最大风载。实际测试表明,电机输出扭矩达到0.34Nm时,防尘罩可以抵御10m/s风载作用,开启与关闭的最小时间稳定在3s左右,正压风载与电机负载间表达式的计算误差不超过15%,窗口的运行可靠,符合设备使用要求。     

一种抱缆力可调的斜拉索检测机器人设计

在对国内外典型爬缆机器人结构深入研究的基础上,设计了一种抱缆力可调的斜拉索检测机器人。通过电机正反转带动螺旋压紧机构实现抱缆力遥控调节功能,可有效防止机器人抱缆卡死的危险状况。其滚轮结构对缆索直径系列具有更好的自适应性。能充分利用重力锤效应进行位姿控制。轻量化的翻转式框架结构更方便现场安装。在设计好的爬行本体结构基础上,提出了对监控系统的相应功能要求,为下一步控制与监控系统的设计奠定基础。     

摩擦离合器结合机构的设计计算

摩擦离合器按压紧力产生的方式可分为:电磁的、液压的和机械的三种。不论是片式的(图la),还是锥式的(图1b),都需要采用一定的结合机构来产生轴向压紧力,使摩擦离合器传递所需要的扭矩。对结合机构的要求是: 1.传力比(压紧力与结合力之比)要大,即力经过操纵机构和结合机构传递后,达到压紧力的要求时,所需的手柄操纵力马不应超过如下数值:8～10公斤式中:结合机构的传力比;操纵机构的传力比;Q──轴向压紧力,公斤, P──结合力,公斤。 2.应保证离合器可靠地结合和脱开,结合后必须自锁,使操纵机构卸荷。 3.结合过程应平稳,无冲击;结合后压紧力…     

基于有限元分析的可调预压装置的研究

摩擦驱动系统中正压力的大小直接影响系统的位移分辨率,为了获得稳定的、连续可调的正压力,提出了一种新型的基于压电陶瓷驱动的柔性四杆型可调预压装置,可以得到(0～500)N的可计算机控制的正压力输出.并基于有限元分析的方法,系统地分析了铰链的各个几何参数对预压装置的静、动态特性的影响,对预压装置的设计参数进行了优化.     

CW6163A普通车床摩擦离合器结合机构的改进

摩擦离合器是交流电机驱动的普通车床主运动系统中不可缺少的开停机构。像CW6163A这种型号的。机床,其电机功率11kW,经计算,压紧摩擦片的轴向压力至少要500kgf。而安装摩擦离合器的传动轴又是高速旋转的,这就给设计施加轴向压力的压紧摩擦片的结合机构提出了一个特殊要求:结合机构中的所有传力零件之间不应有相对运动,要保持相对静止,目的是避免相对运动产生的摩擦造成严重发热及加速机件磨损。如我厂1988年以前生产的CW6163A上采用的液压缸拨叉式结合机构(见图1)就忽视了这一点。结合机构中出现了具有相对运动的零件一滚动轴承(图1中件1…     

交叉簧片柔性铰链设计

针对某光学仪器对光学元件柔性支撑的要求,提出了一种新型交叉簧片型柔性铰链,利用卡氏第二定理研究了设计方法。首先,利用卡氏第二定理推导交叉簧片型柔性铰链的柔度计算公式,确定铰链的轴向刚度与转动刚度,分析了直梁长度、直梁高度和空心圆柱壁厚对其刚度的影响;然后,进行了实例设计,并利用有限元软件进行了分析;最后,搭建光学测试平台,对实例进行了转动角度和转动刚度的测量。结果表明：解析解、仿真解和实验测量数据一致性较好,最大相对误差为8.7%。使用卡氏第二定理作为设计工具,设计者可根据交叉簧片柔性铰链的刚度与结构应力等要求确定几何参数,而且交叉簧片柔性铰链的设计为其他铰链的结构形式提供了新的思路。     

基于ADAMS的可调六杆机构动力学仿真分析

为了分析可调铰接点位置的变化对可调六杆推料机构输出特性的影响,采用三维建模软件Pro/E建立了三维模型,运用动力学分析软件ADAMS建立了参数化的虚拟样机模型.以可调铰接点的横坐标为设计变量,以可调推料机构的最大输出行程为设计目标,对虚拟样机进行研究分析.在考虑负载和摩擦情况下,对滑块的行程、速度以及曲柄驱动力矩进行动力学仿真分析.结果表明,设计的可调六杆推料机构具有较大的可调行程、较好的急回特性以及较高的增力特性.     

微摩擦测试中双平行簧片结构弹性元件的设计

设计了一种应用于微摩擦测试中的双平行簧片结构弹性元件,此弹性元件可同时测量正压力及摩擦力;从理论上分析了弹性元件的力学性能,通过有限元数值仿真方法研究了弹性元件的受力变形;最后对弹性元件进行了标定试验并进行试验数据分析。结果表明:双平行簧片结构弹性元件具有良好的线性特性、回复特性及灵敏特性,为高精度微摩擦力测试提供一种有效的试验工具。     

一种康普顿光源柔性激光反射镜架的结构设计

设计了一种应用于康普顿光源激光光路精密调节系统的柔性激光反射镜架。该柔性激光反射镜架采用压电陶瓷电机驱动,通过机构中单自由度柔性铰链的弹性变形实现反射镜沿经度和纬度方向的两个转动自由度,实现对激光束入射角的精确调节。首先基于机构伪刚体模型,分别构建了机构运动学模型和输出刚度模型;然后利用有限元分析工具对机构理论位移和应力分布进行了仿真分析;最后利用视觉检测对镜架的可调节范围进行了实验验证。实验结果表明其经纬方向调节范围均在1.2°以上,柔性镜架各项参数设计合理,满足康普顿光源调节系统要求。     

某下肢康复训练机构结构设计及动力学分析

针对当前国内下肢瘫痪患者众多而下肢康复训练设备短缺的现状,设计了一种简易式下肢康复训练机构。对该机构的结构形式、驱动方法和长度调节机构进行了介绍;对其运动学和动力学进行了理论分析;用动力学仿真软件对其进行了动力学仿真分析,得到了各关节在1个运动周期内角速度和输出力矩变化;对大腿和小腿长度调节机构进行了柔性化分析,得到了在1个运动周期中大腿和小腿长度调整机构应力变化,最大应力为70 MPa,小于铝合金许用应力,强度满足使用要求;最后,对下肢康复机构进行了试验验证,试验测得髋关节和膝关节输出力矩变化与仿真结果变化趋势相同,证明了仿真的正确性和可行性。仿真时忽略了间隙、人体阻力等环节,导致试验测得力矩略大于仿真结果。     

旋转餐厅转台摩擦驱动机构的改进设计

当前,旋转餐厅多采用摩擦驱动式转台。其工作原理是:电机经减速机构传至摩擦轮副,再带动固定在转台下端的驱动圈,使转台转动。转台由固定于其下端的内、外导轨支承在垂直支承轮上,水平支承轮在一侧导轨内保证转台绕中心转动(如图1所示)。摩擦驱动式转台的驱动机构通常由电机、行星摆线针轮减速机以及由摩擦轮、压紧轮、驱动圈组成的摩擦副构成(如图2所示)。由于转台为非定轴传动,所以我们设计了随动机构,电动机、减速机都是采用立式集中固定在随动机构上,摩擦轮直接固定在减速机的输出轴上。这样的设计可大大降低占用的空间,减少设备层。但…     

基于交叉簧片柔性铰链的空间微位移机构

基于交叉簧片柔性铰链(简称‘交叉铰链’)设计了一种用于光束跟踪、精密指向和瞄准的同轴八铰微位移放大机构。该机构使用菱形构型,用交叉铰链作集中柔性元件,节点处交叉铰链两两同轴配合使用,以便保证运动的平稳输出。研究了机构的运动学以及力学性能,计算了微位移机构的行程放大比和灵敏度;根据交叉铰链的刚度模型,推导出微位移机构的理论刚度;最后,应用有限元软件对机构进行建模并对运动学、静力学以及动力学性能进行仿真。完成了样机的加工和测试,测试结果显示,机构放大比为1.905,理论与测试误差低于2.2%,结构刚度为18.21N/mm,误差低于0.32%,一阶频率为8.8Hz,误差低于5%。分析结果验证了本设计的可行性和有效性。该机构适用于空间高精度微位移领域。