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典型柔性铰链的结构参数对其刚度性能影响的研究

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机器人 2001年第1期23卷 51-57页

作者：王纪武陈恳李嘉清华大学精密仪器系北京100084

柔性铰链是目前被广泛用于微动机器人的主要部件之一 ,其刚度性能直接影响到微动机器人的终端定位和操作精度 .由于实际需要的多样性和复杂性 ,使得其实际结构的几何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件 ,因此影响到对其性能的准确... 详细信息

柔性铰链是目前被广泛用于微动机器人的主要部件之一 ,其刚度性能直接影响到微动机器人的终端定位和操作精度 .由于实际需要的多样性和复杂性 ,使得其实际结构的几何尺寸不能完全满足传统理论分析的假设条件 ,因此影响到对其性能的准确分析 .本文采用有限元技术对三种典型柔性铰运动变形的力学机理进行了系统的研究 ,并与传统理论的分析结果进行了比较 ,分析了二者间产生误差的根本原因。

关键词：柔性铰链微机机器人有限元结构参数刚度性能

部分断面TBM推进机构的设计及刚度性能分析

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机械传动 2023年第2期47卷 60-69页

作者：崔光珍路华肖艳秋岑亚平孙春亚王鹏鹏郑州轻工业大学机电工程学院河南郑州450002

针对部分断面掘进机串联支撑机构刚度弱、异形TBM断面适应性差、开挖盲区难以处理等问题,设计了基于6-SPS并联机构的部分断面TBM推进机构,提出了考虑平台局部柔性的刚度预估模型建立方法。首先,初选地质条件,根据总推力预测模型确定推... 详细信息

针对部分断面掘进机串联支撑机构刚度弱、异形TBM断面适应性差、开挖盲区难以处理等问题,设计了基于6-SPS并联机构的部分断面TBM推进机构,提出了考虑平台局部柔性的刚度预估模型建立方法。首先,初选地质条件,根据总推力预测模型确定推进反力、设计推进机构,在逆向运动学的基础上,采用直角坐标边界搜索法计算机构的位置工作空间;然后,通过推导支链与平台的微小位移映射,考虑支链柔性,将动平台重力视为外载荷,使用有限元软件识别平台与支链接触处的柔度系数,建立了推进机构半解析静刚度模型,借助有限元软件验证了模型的准确性;最后,对比分析了平台局部柔性对刚度性能的影响。结果表明,考虑平台局部柔性的刚度模型更精确。研究为部分断面TBM推进机构的设计及样机研制提供了理论基础。

关键词：部分断面TBM 并联机构工作空间刚度性能

喷射高性能水泥混凝土加固石拱桥刚度性能试验研究

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喷射高性能水泥混凝土加固石拱桥刚度性能试验研究

作者：刘君湖南大学

学位级别：硕士

石拱桥是一种结构形式优美、取材方便、承载能力高的桥梁结构,在桥梁建设领域占据着重要的地位。但是随着时代的进步,交通运输事业的发展,许多早期建设的石拱桥由于设计等级标准低,加上各种自然灾害的侵袭,在运营的过程当中,已不可避免... 详细信息

石拱桥是一种结构形式优美、取材方便、承载能力高的桥梁结构,在桥梁建设领域占据着重要的地位。但是随着时代的进步,交通运输事业的发展,许多早期建设的石拱桥由于设计等级标准低,加上各种自然灾害的侵袭,在运营的过程当中,已不可避免的出现了各种问题。近年来发生的各种桥梁倒塌事故,再一次让我们认识到旧危桥梁加固任务的重要性与急迫性。找到既安全又经济适用的石拱桥加固方法是摆在众多科研学者以及工程建设人员面前的一道难题。针对目前国内一些老石拱桥在运营过程中普遍存在的安全性不足的现状,结合技术已经比较成熟的锚喷混凝土施工工艺,本课题组提出了一种喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥方法,研究该加固方法对石拱桥刚度性能的影响。首先,为了解喷射高性能水泥复合混凝土钢筋网加固石拱桥的受力机理、承载力提高幅度和破坏形态,通过2组用喷射高性能水泥复合混凝土钢筋网加固的石拱桥节段试件以及1组对比试件在分级加载下的轴压试验,探究了不同加固层厚度对加固性能的影响。试验结果表明,加固后的石砌体开裂荷载能提高103.1%19.8%,极限荷载提高 21.2%6.4%。其次,本文根据实际工程中被加固拱桥的二次受力特性设计了缩尺模型试验,试验研究表明,二次受力下的石拱桥采用该方法进行加固,能够有效的提高被加固结构的刚度性能;引入了桥梁加固效果评价的刚度性能指标,对该方法加固石拱桥的效果进行了评价,结果表明该方法的各项刚度性能指标均满足要求;介绍了该加固方法在施工过程中应该注意的若干事项,可供加固设计与施工时参考。

关键词：石拱桥加固模型试验二次受力刚度性能

过约束五自由度混联机器人受力与刚度性能分析

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过约束五自由度混联机器人受力与刚度性能分析

作者：徐郑和燕山大学

学位级别：硕士

五自由度混联机器人融合了串/并联机器人在工作空间、刚度和作业精度等方面的优点,在电力装备、汽车、轨道交通、船舶、航空航天等领域复杂结构件加工方面具备十分明显的优势。然而,机器人赖以设计的两转动一移动(2R1T)三自由度并联机... 详细信息

五自由度混联机器人融合了串/并联机器人在工作空间、刚度和作业精度等方面的优点,在电力装备、汽车、轨道交通、船舶、航空航天等领域复杂结构件加工方面具备十分明显的优势。然而,机器人赖以设计的两转动一移动(2R1T)三自由度并联机构存在被动运动副多与各支链约束配置不合理的问题,限制了混联机器人的高结构刚度设计。本文将对过约束五自由度混联机器人机构受力与刚度性能展开研究,主要研究内容如下:基于加权广义逆对四款典型过约束混联机器人的并联部分2RPU/UPR、2RPU/UPR/RPR、2UPR/SPR及2UPU/SP进行受力分析,得到四款并联机构在预设工作空间范围内各分支约束螺旋(包括驱动力螺旋)幅值的分布情况,为后续刚度性能的评价奠定基础。为验证过约束2R1T并联机构受力性能分析的正确性,基于AMAMS与ANSYS软件构造2RPU/UPR、2RPU/UPR/RPR、2UPR/SPR及2UPU/SP并联机构刚体-柔性体混合连续模型进行仿真运算,并将理论分析结果与仿真结果进行对比。基于对过约束并联机构受力性能的分析,提出了五自由度混联机器人抗弯、抗扭刚度性能指标,分析影响机器人刚度性能的因素以及各类影响因素对于机器人刚度影响的权重,并以此建立弯曲形变性能指标与扭转形变性能指标,计算2RPU/UPR、2RPU/UPR/RPR、2UPR/SPR及2UPU/SP并联机构的弯曲与扭转形变性能指标,依据该指标优选出刚度性能优异的并联机构作为高刚度过约束五自由度混联机器人设计的并联机构部分方案。对基于弯曲与扭转形变性能指标优选出的并联机构进行运动特性进行分析,构造五自由度混联机器人,并对该机器人进行虚拟样机结构优化设计。对设计结果进行虚拟刚度测试,保证结构设计的高刚度。

关键词：五自由度混联机器人过约束并联机构受力性能刚度性能虚拟样机设计

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一种机车橡胶堆刚度性能设计新思路探讨

机车电传动 2021年第1期 29-33页

作者：王永冠李心丁行武卜继玲株洲时代新材料科技股份有限公司湖南株洲412007

随着材料科学技术的进步,橡胶配方中的各种材料、工艺和胶粘剂得到了长足发展,金属橡胶粘结强度甚至可以超过橡胶本体强度,这导致机车橡胶堆可尝试采用新型的橡胶自由外型面。以一个典型的机车二系橡胶堆刚度设计为案例,提出了一种利用... 详细信息

随着材料科学技术的进步,橡胶配方中的各种材料、工艺和胶粘剂得到了长足发展,金属橡胶粘结强度甚至可以超过橡胶本体强度,这导致机车橡胶堆可尝试采用新型的橡胶自由外型面。以一个典型的机车二系橡胶堆刚度设计为案例,提出了一种利用有限元分析方法进行垂向刚度设计的新方法。在材料参数、结构型式和接口尺寸不变的条件下,仅通过橡胶自由外型面的"外凸"型设计,就显著调整了橡胶堆的垂向刚度性能,初步探讨了这种橡胶堆刚度性能设计的新方法和新思路。

关键词：机车橡胶堆橡胶自由外型面有限元刚度性能

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RB20型工业机器人刚度性能研究

RB20型工业机器人刚度性能研究

作者：陈晓菲沈阳理工大学

学位级别：硕士

近些年来,工业机器人技术取得了突破性的进展,正广泛应用到各种行业中,大大提高了产品的生产制造能力。但是串联机器人具有结构弱刚性问题,在加工过程中,容易改变刀具的走刀轨迹,影响零件的加工质量,甚至会出现震颤现象。因此,改善工业... 详细信息

近些年来,工业机器人技术取得了突破性的进展,正广泛应用到各种行业中,大大提高了产品的生产制造能力。但是串联机器人具有结构弱刚性问题,在加工过程中,容易改变刀具的走刀轨迹,影响零件的加工质量,甚至会出现震颤现象。因此,改善工业机器人的刚度性能,对提高工业机器人的加工精度具有重要的实际意义。国内对这一问题的研究还没有系统的解决方法,本文针对这一问题,以广州数控RB20型工业机器人为研究对象,建立RB20型工业机器人的运动学模型和刚度模型,并利用Matlab的强大计算仿真能力,分析其刚度性能,最后利用遗传算法对其位姿进行优化。本文利用修正的D-H模型建立RB20型工业机器人运动学模型,对其进行正、逆运动学求解,针对逆运动学求解过程中解的多样性问题进行分析。除此之外,本文采用微分变换的方法求得RB20型工业机器人的运动雅克比矩阵和力雅克比矩阵,作为下一步分析的理论基础。为了规避RB20型工业机器人的奇异空间,需要求解机器人的工作空间。本文分析了几种求解机器人工作空间的常用方法,传统求解方法对于6自由度的机器人来说比较繁琐,不太适合。本文采用Solidworks和SimMechanics联合仿真的方法,建立RB20型机器人仿真模型,添加合理的驱动模块,得到RB20型工业机器人的工作空间。根据机器人传统静刚度模型,得出RB20型工业机器人的刚度性能与关节刚度和雅克比矩阵有关,而雅克比矩阵与机器人的形位有关,因此对机器人形位和关节刚度进行研究。分析RB20型工业机器人的传动结构,推导刚度折算公式,计算出机器人各个关节的刚度值。通过仿真和刚度测量实验,得出RB20型工业机器人位置和姿态不同,机器人的刚度性能也不同。为了定量衡量RB20型工业机器人的刚度性能,引入机器人刚度性能指标,并且分析机器人关节角度和关节刚度对刚度性能指标的影响。工业机器人的刚度与姿态有关,必然存在使其刚度性能最好的姿态。本文利用遗传算法对其进行刚度优化。以刚度性能指标最大为优化目标,以加工条件和关节限位为约束,建立优化模型并利用Matlab进行仿真得到最佳姿态。基于上述研究,本文系统的分析了 RB20型工业机器人的刚度性能、提出了合理的优化方法,改善了机器人的结构弱刚性问题。

关键词：工业机器人刚度性能遗传算法仿真分析 SimMechanics

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可适应搅拌摩擦焊机设计与刚度性能研究

可适应搅拌摩擦焊机设计与刚度性能研究

作者：汤伟莉天津大学

学位级别：硕士

搅拌摩擦焊技术是一种新型的固相连接技术,该技术在焊接过程中不需要将焊缝处金属熔化,具有变形小、应力小、强度弱化不明显等优点。可实现铝、镁、铜、钛及其合金同质或异质的板材对接、搭接、角接等,广泛应用在航空航天、船舶、汽车... 详细信息

搅拌摩擦焊技术是一种新型的固相连接技术,该技术在焊接过程中不需要将焊缝处金属熔化,具有变形小、应力小、强度弱化不明显等优点。可实现铝、镁、铜、钛及其合金同质或异质的板材对接、搭接、角接等,广泛应用在航空航天、船舶、汽车、轨道车辆等各个领域。由于被焊接工件的应用领域、尺寸、结构形状、加工要求等方面的不同,搅拌摩擦焊机的种类和数量越来越多,但开发新的搅拌摩擦焊机生产成本高,开发周期长,并且开发出的搅拌摩擦焊机焊接的工件类型单一。为了快速响应客户的不同需求,减小生产成本,缩短开发周期,有必要将可适应设计技术引入到搅拌摩擦焊机的设计过程中,以提高搅拌摩擦焊机的可适应能力。为解决目前搅拌摩擦焊机焊接工件类型单一、开发周期长、生产成本高等问题,本文开展可适应搅拌摩擦焊机设计与刚度性能的研究。首先对可适应搅拌摩擦焊机设计进行深入研究,分析搅拌摩擦焊机的需求与功能,通过功能与结构上的映射得到典型结构形式的搅拌摩擦焊机,搅拌摩擦焊机的模块划分、结构规划等是可适应搅拌摩擦焊机设计的核心内容,因此提出一种基于功能-运动-结构-行为等多源相关信息的模块划分方法,将该方法得到的模块度与基于运动相关信息得到的模块度进行比较,验证所提出方法的有效性,再将划分后的模块分为公共模块与可适应模块,对可适应模块进行规划,定义模块接口匹配规则,实现可适应搅拌摩擦焊机的结构规划,并综合考虑可适应性与性能等多种因素对可适应搅拌摩擦焊机进行评价,选择出可适应能力有提高且性能不弱化的结构方案。为有效的改善可适应搅拌摩擦焊机的刚度性能,提出一种基于增量分析法研究搅拌摩擦焊机刚度性能的方法,通过识别及改进搅拌摩擦焊机的薄弱模块,比较改进前后搅拌摩擦焊机的刚度性能验证该方法的有效性,通过该方法能够保证搅拌摩擦焊机较高的可适应能力且提高其刚度性能。最后通过搅拌摩擦焊机的实验结果,验证可适应搅拌摩擦焊机设计与刚度性能研究的有效性与可行性。

关键词：搅拌摩擦焊机可适应设计模块划分结构规划刚度性能

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汽车转向盘骨架刚度性能及疲劳寿命研究

汽车转向盘骨架刚度性能及疲劳寿命研究

作者：张斌湖南大学

学位级别：硕士

转向系统作为汽车中最重要的子系统之一,它的性能对于整车性能具有非常重要的影响。转向盘是转向系统的重要零件,作为转向盘的承载部分,转向盘骨架的设计需要满足多种性能要求,其中,刚度性能和疲劳寿命是最基本也是最重要的性能要求。 ... 详细信息

转向系统作为汽车中最重要的子系统之一,它的性能对于整车性能具有非常重要的影响。转向盘是转向系统的重要零件,作为转向盘的承载部分,转向盘骨架的设计需要满足多种性能要求,其中,刚度性能和疲劳寿命是最基本也是最重要的性能要求。本文结合某汽车公司的微型客车整车开发项目,运用有限元法对转向盘骨架的刚度性能和疲劳寿命进行研究,具体研究内容包括：（1）利用三维建模软件UG（Unigraphics）建立了转向盘骨架两种方案精确的三维几何模型,分别为初始方案和改进方案。利用专业前处理软件Hypermesh10.0,建立了转向盘骨架两种方案的有限元模型。（2）根据转向盘骨架各个性能要求,提炼出一个简单的刚度分析工况,利用Abaqus6.8进行刚度工况的计算,得出转向盘骨架两种方案的仿真抗压曲线。利用万能试验机进行转向盘骨架的刚度试验,得出转向盘骨架两种方案的试验抗压曲线,并与仿真抗压曲线对比,同时与标准线对比,结果表明：初始方案刚度过大,改进方案刚度适中。（3）利用***计算转向盘骨架弯曲工况的疲劳应力,再用***计算转向盘骨架的弯曲疲劳寿命。利用专业的汽车转向盘疲劳试验机进行转向盘骨架的弯曲疲劳寿命试验,并与仿真分析结果对比,结果表明：综合刚度性能和疲劳寿命,转向盘骨架初始方案疲劳寿命虽远大于实际工程要求,但安全性能不好,改进方案疲劳寿命虽然缩短了,但仍然满足实际工程要求,安全性能也得到较大提高,转向盘骨架改进方案更优。（4）综合刚度性能和疲劳寿命,转向盘骨架改进方案更优。

关键词：转向盘骨架有限元法试验刚度性能疲劳寿命

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底架承载式机车车体刚度性能研究

底架承载式机车车体刚度性能研究

作者：郭鹏西南交通大学

学位级别：硕士

高速重载已经成为当前铁路建设的重要发展方向。对于底架承载式机车而言,应该在保证车体的强度和刚度满足标准要求的前提下,尽可能平衡结构设计与重量、强度和刚度之间的关系,设计出最优的承载式底架结构。目前,国内外诸多学者已经在这... 详细信息

高速重载已经成为当前铁路建设的重要发展方向。对于底架承载式机车而言,应该在保证车体的强度和刚度满足标准要求的前提下,尽可能平衡结构设计与重量、强度和刚度之间的关系,设计出最优的承载式底架结构。目前,国内外诸多学者已经在这方面展开了研究,但大都是基于有限元模型进行计算分析,属于后期刚度评价工作,无法在设计初期阶段对车体刚度有准确的认知。因此,如何在设计初期阶段加强对车体刚度特性的控制,设计出刚度合理的机车车体具有重要的工程意义。车体刚度的两个主要评价参数为底架中梁挠度和一阶垂弯频率。刚度不足容易导致车体门窗变形过大、振动频率较低等现象,情况严重时会导致中梁塌腰,发生重大事故;刚度过大意味着车体用材增多,列车重量增加,运行工况随之恶化,影响列车运行的舒适性和安全性。而车体振动频率较低容易引发结构共振,降低列车的疲劳寿命。基于以上背景,论文在不建立有限元模型的基础上,以车体三维模型为对象,研究了底架底架承载式车体结构的刚度性能,在初步设计阶段实现对刚度性能的了解和控制,改善车体的刚度性能。推导了变截面梁挠度计算的积分法和等效刚度法,通过算例分析,对比两种方法的优缺点,给出了各自的适用范围。将车体底架模型等效成简支梁,基于等效刚度法对提取的车体截面参数进行分析计算,在等效惯性矩和等效载荷下获得车体中梁挠度解析解,计算结果与有限元计算结果的误差为8.43%。采用传统的积分法计算柴油发电机组载荷作用下的鱼腹型中梁的挠度,以最大截面高度、变截面起点、变截面跨度为三个基本变量,运用Matlab软件实现中梁的优化设计。提出了基于挠度的一阶弯曲固有频率计算公式,基于底架模型对三种公式的计算误差进行对比分析,结果表明修正后的公式误差明显减小。最后对中梁优化后的车体模型进行静强度分析,计算结果均满足标准和计算任务书的要求。论文研究表明,等效刚度法可以应用于车体挠度和一阶弯曲固有频率的初步计算,在初步设计阶段实现对车体刚度的控制是切实可行的;积分法可以应用于变截面挠度的精确计算,适用于鱼腹型中梁的优化设计。

关键词：底架承载机车变截面挠度刚度性能