高强螺纹滚压工艺的有限元模拟及试验研究

对高强螺纹进行滚压处理可有效提高螺纹结构的抗疲劳性能。为深入研究螺纹滚压工艺规律,以提高螺纹紧固件的抗疲劳性能,建立螺纹滚压工艺三维有限元模型,并基于该模型研究了滚轮参数对滚压后残余应力的影响规律,最终采用疲劳试验验证了该方法的有效性。结果表明:滚轮型面夹角、直径、型面圆弧半径等参数对滚压后引入的残余应力分布具有很大影响。滚轮型面夹角越小,滚压后引入的残余压应力层越深;较小的滚轮直径有利于引入较大的残余压应力和残余应力层深;较大的圆弧半径可获得较高的表面残余压应力和最大残余压应力,同时在一定范围内导致残余应力层深减小。疲劳试验结果表明,采用未经优化的滚轮强化后,螺纹疲劳寿命提高1.6倍,而采用经优化设计的滚压轮强化后,螺纹疲劳寿命提高4倍。该结果证实了基于有限元分析的滚轮优化方法的有效性。     

燃料电池金属双极板精密冲压成型缺陷研究

金属双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件。精密冲压成型具有高生产效率、低成本、较好成型精度等优点,是金属双极板的主要制造技术。建立了金属板冲压有限元仿真计算模型,模拟了冲压成型后双极板表面变形、流道深度不一致等缺陷。在压力机上冲压制造了流道宽度1.1 mm、深度0.3 mm的金属双极板样件,并采用超景深显微镜和轮廓仪测量了双极板表面微流道形貌。测量结果表明冲压成型的双极板表面出现明显的凸出变形,且横截面流道深度不均匀,测得流道深度差值最大为0.04 mm。     

髋关节康复机器人的运动学分析与仿真

康复机器人能够按照指定轨迹稳定运行是康复过程安全性和有效性的重要保证,因此机器人末端位姿与人体患肢位姿应保持高度重合,同时康复机器人应具备适应不同人体患肢长度的能力。为此提出了机器人与人体患肢运动学模型关联的计算方法。对所设计的平卧式五自由度髋关节康复串联机器人建立了运动学数学模型。将人体下肢简化为四自由度两关节连杆,建立人体的运动学模型,根据人体下肢参数计算患肢末端位姿,并将其作为输入条件代入机器人运动学模型求解,得到机器人的关节变量对关节转动进行控制。以屈髋和内旋动作为例,应用SimMechanics进行仿真,得到的各关节角度与目标设定值一致,且机器人关节角度范围满足人体髋关节活动度的康复要求。分析了下肢长度测量误差对髋关节康复角度及位置的影响。结果表明当大腿长度占比测量偏差为0.5%,位置偏差小于6 mm时,关节角度偏差小于1°。     

显微视觉结合光功率检测的光纤耦合方法

分析了光功率损耗的理论模型,指出横向偏移、光纤角度和端面间隙是影响对接损耗的主要参数,由此提出了显微视觉结合光功率检测的光纤耦合方法。在显微视觉系统引导下,采用精密并联机器人消除光纤角度及端面间隙的影响,并实现横向偏移的粗调整;利用压电陶瓷驱动的五自由度微动机器人精确调整横向偏移,通过设计合理策略,实现损耗极值区域的快速精确搜索。光纤耦合实验表明,粗调整后平均损耗0.3db;微动调整并熔接后,对接损耗减小到0.02db以下。