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摆臂类零件工艺分析与优化

模具工业 2024年第6期50卷 33-36页

作者：成振坤中国重型汽车集团有限公司汽车研究总院山东济南250100

针对摆臂类零件的凸包和翻孔在成形时易开裂的问题,提出了摆臂类零件改进设计的方法。首先对复杂结构的摆臂类零件常见的冲压工艺缺陷进行分析,通过CAE分析结合实物样件对零件设计进行验证;其次对于凸包区域的开裂问题,根据零件装配要求... 详细信息

针对摆臂类零件的凸包和翻孔在成形时易开裂的问题,提出了摆臂类零件改进设计的方法。首先对复杂结构的摆臂类零件常见的冲压工艺缺陷进行分析,通过CAE分析结合实物样件对零件设计进行验证;其次对于凸包区域的开裂问题,根据零件装配要求,在尽可能减少修模量的前提下,通过调整圆角半径和拔模角度改善凸包区域的成形缺陷;对于对向翻孔开裂的问题,将弹性元件的压力作为优化目标,确定最佳的圆角半径、翻边高度和拔模角度参数组合,此外,通过增加局部导向结构解决弹性元件压入摆臂时产生的刮痕缺陷;最后以试制方式加工出相应状态的样件,对不同的优化方案进行验证。结果表明:对于摆臂类零件的优化,若CAE分析凸包位置存在开裂风险且减薄率不大于28%时,圆角半径增大不超过2 mm、拔模角度增加不超过5°;增大对向翻孔的压料区域和压料力,并在结构上增加相应的倒角可提升零件的压装性能。

关键词：摆臂缺陷凸包对向翻孔优化性能

基于Workbench的糖果包装机轴上摆臂拓扑优化设计

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建模与仿真 2024年第2期13卷 1484-1493页

作者：陈旭东李玲上海理工大学机械工程学院，上海湘南学院外国语学院，湖南郴州

糖果包装机轴上摆臂作为包装机中重要的支撑、传动部件，其结构的拓扑优化设计对包装机的高效运行有着重要的意义。本文先利用SolidWorks对摆臂进行三维建模，再将模型导入Workbench中进行有限元分析及拓扑优化，再根据拓扑优化结果重... 详细信息

糖果包装机轴上摆臂作为包装机中重要的支撑、传动部件，其结构的拓扑优化设计对包装机的高效运行有着重要的意义。本文先利用SolidWorks对摆臂进行三维建模，再将模型导入Workbench中进行有限元分析及拓扑优化，再根据拓扑优化结果重构摆臂模型，并在相同模型材料及工况的条件下对重构模型再次进行有限元分析，再对模型重构前后有限元分析结果进行对比，得出在符合使用要求的前提下，摆臂模型减重比达到39.72%的效果，有效实现了轻量化设计的目的。

关键词：摆臂 SolidWorks Workbench 有限元分析拓扑优化 Swing Arm SolidWorks Workbench Finite Element Analysis Topology Optimization

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大型高炉炉顶上密封阀驱动臂简析

冶金设备 2024年第3期 101-103页

作者：张峰山西太钢不锈钢股份有限公司

高炉炉顶上密封阀为高炉正常装料的关键设备，针对上密封阀驱动轴与驱动臂母材不同，焊接后焊缝性能较差，且应力集中，经常出现驱动臂根部焊缝开裂现象。从设备原理、结构特点、材质选择、制造工艺、有限元分析等进行分析研究。经过现... 详细信息

高炉炉顶上密封阀为高炉正常装料的关键设备，针对上密封阀驱动轴与驱动臂母材不同，焊接后焊缝性能较差，且应力集中，经常出现驱动臂根部焊缝开裂现象。从设备原理、结构特点、材质选择、制造工艺、有限元分析等进行分析研究。经过现场实践验证，改进后驱动臂不仅大大改善应力集中和开裂现象，而且其结构和材质的综合性能优异，其他设备改进可进行参照分析。

关键词：高炉摆臂连接处焊缝应力

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芯片分拣机直线运动摆臂的振动分析与结构优化

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芯片分拣机直线运动摆臂的振动分析与结构优化

作者：陈磊沈阳工业大学

学位级别：硕士

芯片分拣机是一种高频往复运动的机械设备,主要用于将已识别优劣等级的芯片进行拾取、转移和分类,而摆臂作为分拣机构上完成分拣动作的核心零件,在高频往复运动过程中会产生振动,进而影响整个分拣过程中的稳定性。本文通过理论分析、仿... 详细信息

芯片分拣机是一种高频往复运动的机械设备,主要用于将已识别优劣等级的芯片进行拾取、转移和分类,而摆臂作为分拣机构上完成分拣动作的核心零件,在高频往复运动过程中会产生振动,进而影响整个分拣过程中的稳定性。本文通过理论分析、仿真模拟和实验测试的角度对摆臂进行分析,在满足其静动态特性的前提下,对所研究的分拣机摆臂进行振动抑制的研究。主要研究内容及结果如下:(1)对本文所研究分拣机的工作原理和各主要组成结构进行分析,了解摆臂的工作特点;针对分拣机摆臂的实际工况并结合经验,设计出初始摆臂结构;最后结合摆臂的实际分拣过程,引入悬臂梁的振动理论对摆臂进行分析,为后续对摆臂的振动抑制研究做准备。(2)使用三维模型设计软件建立直线分拣系统的三维模型,根据实际工况对该三维模型添加驱动和约束,在动力学分析软件中建立虚拟样机模型,基于该模型进行多刚体动力学分析和刚柔耦合动力学分析,提取刚体和柔体状态下的摆臂在吸嘴质心处的理想运动曲线和实际运动曲线,通过对比两曲线分析了产生位移偏差的原因,并提出改进方案。最后提取摆臂质心处的载荷曲线,作为后续分析的基础。(3)建立摆臂的有限元模型,进行静动态特性分析,分析发现摆臂的静动态特性有足够的安全裕度来进行后续优化;为降低分拣过程中产生的位移偏差,分别以刚度和固有频率最大化作为优化目标对摆臂进行拓扑优化,根据优化结果和工作需要设计出拓扑后的摆臂模型;为方便后续加工摆臂实物及测试使用,进行基于响应面的尺寸优化设计以确定材料去除区域的形状及位置尺寸。确定摆臂的最终模型后,通过动力学分析和静动态特性验证,发现优化后的摆臂实现了优化目标。(4)将优化设计后的摆臂进行加工制造,通过搭建相关实验测试平台并设计实验方案,对优化前后的摆臂进行实验测试并进行对比,观察其最大幅值及振动衰减趋势,验证了优化后的摆臂实现了振动抑制的效果,达到了设计初衷。通过以上分析研究,验证了通过对摆臂进行结构优化能有效的提高分拣过程中的稳定性与分拣精度,为该类工程应用提供了一种合理有效的解决思路。

关键词：芯片分拣机摆臂振动分析动力学仿真结构优化

基于直线电机的芯片分拣机摆臂的运动轨迹优化研究

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基于直线电机的芯片分拣机摆臂的运动轨迹优化研究

作者：王树峰沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着芯片应用范围的持续扩展,芯片的分类与分拣已经成为制造过程中极为关键的一环,并对芯片分拣设备的分拣效率与精确度提出了更高标准。摆臂作为芯片分拣机的关键部件,其性能直接影响芯片分拣机的工作效率。为了提高摆臂运动控制的高... 详细信息

随着芯片应用范围的持续扩展,芯片的分类与分拣已经成为制造过程中极为关键的一环,并对芯片分拣设备的分拣效率与精确度提出了更高标准。摆臂作为芯片分拣机的关键部件,其性能直接影响芯片分拣机的工作效率。为了提高摆臂运动控制的高效性与稳定性,本文以摆臂为研究对象,对摆臂的轨迹平滑过渡算法、加减速控制算法、速度前瞻规划以及轨迹跟踪等方面进行研究,主要内容及结果如下:(1)介绍了国内外关于轨迹规划、速度前瞻以及轨迹跟踪算法的研究现状,并针对其中存在的问题进行分析,明确了本文的研究内容和方法。根据摆臂的工作需求选取合适性能的直线电机,介绍了几种常见的轨迹平滑过渡方式并分析了其优缺点,针对圆弧过渡模型,通过分析线段长度、轨迹误差、进给速度及加速度等限制因素得到连续轨迹间的最优衔接速度。(2)针对芯片分拣设备摆臂运动控制对高速度、高精确度与高定位精度的要求,本文基于多项式构建了一种高性能新型柔性加减速控制算法,采用Lyapunov稳定性定理验证了其可靠性。基于新型柔性加减速算法对摆臂进行速度前瞻规划,并通过仿真测试验证了速度前瞻插补的高效性与合理性。(3)建立了积分模型预测控制器,实现对摆臂的轨迹跟踪。将摆臂模型简化后建立预测模型,通过设计目标函数和添加约束将传统的模型预测控制问题转化为二次规划问题,在传统模型预测控制基础上加入积分作用,建立积分模型预测轨迹跟踪控制器,并通过仿真测试验证了控制器的有效性。(4)基于HIWIN运动平台进行了加减速控制算法、速度前瞻插补算法、转折点过渡方式以及轨迹跟踪试验,结果表明,基于新型柔性加减速控制的前瞻插补算法比传统插补算法提升效率近38.64%,采用圆弧曲线过渡的插补效率比直接过渡的效率提升近1.62%,与传统模型预测控制相比,积分模型预测控制算法能在更短时间内精确跟踪目标轨迹,并能在受到外界干扰时快速恢复稳定状态。以上分析研究表明,通过对摆臂合理的运动控制不仅可以保证摆臂运行平稳,而且能够有效提高芯片分拣的效率,为摆臂的运动轨迹优化研究提供了新的方向。

关键词：摆臂平滑过渡加减速控制速度前瞻轨迹跟踪

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固晶机摆臂的动力学建模与运动控制系统设计

固晶机摆臂的动力学建模与运动控制系统设计

作者：杨永雄广东工业大学

学位级别：硕士

LED固晶机是LED生产过程中封装环节的关键设备之一,正朝着高速高精度的方向发展。随着固晶机生产节拍的加快,固晶机摆臂末端的振动问题也愈发严重,这对摆臂末端的定位精度产生了严重影响。因而,深入研究固晶机摆臂的动力学模型和驱动系... 详细信息

LED固晶机是LED生产过程中封装环节的关键设备之一,正朝着高速高精度的方向发展。随着固晶机生产节拍的加快,固晶机摆臂末端的振动问题也愈发严重,这对摆臂末端的定位精度产生了严重影响。因而,深入研究固晶机摆臂的动力学模型和驱动系统的性能十分必要,以进一步开发摆臂的优化控制算法,减小或抑制摆臂高速运动时的末端振动。针对固晶机摆臂运动的末端振动问题,本文开展了摆臂动力学建模、摆臂系统机电联合仿真以及摆臂运动控制系统设计的研究,具有重要的应用价值。本文主要完成了以下工作:（1）建立了摆臂的动力学模型。根据固晶机摆臂的结构,采用牛顿欧-拉法对摆臂进行动力学建模,借助Sym Pybotics工具包求解摆臂的关节力矩表达式,并使用matlab机器人工具箱验证所得力矩表达式的正确性。（2）建立了摆臂机械系统的多刚体模型和刚柔耦合模型。首先根据固晶机摆臂的工程图和装配图,利用Solidworks三维造型软件建立摆臂机构的三维模型,然后再将该三维模型导入ADAMS中,按实际的结构添加约束后,得到摆臂多刚体动力学模型。为考虑摆臂的柔性,利用ANSYS软件把摆臂柔性化后,再采用三点定位法替换原来的刚性摆臂,得到摆臂刚柔耦合动力学模型。（3）开展了摆臂运动控制系统的机电联合仿真。建立摆臂伺服驱动系统数学模型,并在simulink环境下,结合从ADAMS导出的摆臂控制框图,组成多刚体和刚柔耦合机电联合仿真模型;分别利用T型和S型速度曲线,设计了联合仿真模型的输入曲线并进行仿真,比较这两种输入曲线对摆臂末端振动的影响;将摆臂关节力矩表达式作为摆臂系统机电联合仿真平台的前馈输入并进行仿真,探究力矩前馈对摆臂末端振动的影响。（4）设计了摆臂运动控制系统。根据摆臂运动控制系统的性能指标要求,利用机电联合仿真得到的控制参数,分别从关键硬件选型和上位机软件设计两个方面设计出摆臂运动控制系统,并将其应用到工程样机上。通过对摆臂系统的建模仿真,导出固晶机摆臂系统的运动学和动力学参数,并给出基于力矩前馈的摆臂运动控制系统控制算法,最终固晶机的产量超过1万件每小时,XY定位精度达到±50μm。

关键词： LED 固晶机摆臂动力学建模运动控制

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四履带双摆臂机器人越障机理及越障能力

机器人 2010年第2期32卷 157-165页

作者：李允旺葛世荣朱华刘建中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

为发挥四履带双摆臂机器人的最佳越障性能,本文从运动学的角度,在固定双履带机器人越障机理的基础上,分析了四履带双摆臂机器人克服台阶、斜坡、沟道等典型障碍的运动机理及其最大越障能力,重点研究了四履带双摆臂机器人正向和反向两种... 详细信息

为发挥四履带双摆臂机器人的最佳越障性能,本文从运动学的角度,在固定双履带机器人越障机理的基础上,分析了四履带双摆臂机器人克服台阶、斜坡、沟道等典型障碍的运动机理及其最大越障能力,重点研究了四履带双摆臂机器人正向和反向两种攀越台阶方式的运动机理及其最大越障能力.以CUMT-II型煤矿探测机器人样机为例,绘制了机器人仰角、摆臂摆角与跨越台阶高度的3维关系图,以及斜坡坡度与摆臂摆角关系曲线,并求出了相应的最大越障能力的理论值,与实验室实测数据进行了对比分析.本文推导出机器人的最佳越障性能及对应的质心和摆臂的位置,可为机器人越障时质心位置的控制提供理论依据.

关键词：履带式机器人摆臂质心越障攀越台阶

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海底摆臂型履带式移动平台的越障性能

中南大学学报（自然科学版） 2015年第7期46卷 2481-2486页

作者：李力曹拓陈向东中南大学机电工程学院湖南长沙410083 深圳市中南宏业高新技术有限公司广东深圳518000

采用摆臂型履带车方式作为大洋矿产资源采矿的海底移动平台方案。针对该方案,从运动学的角度开展海底摆臂型履带式移动平台越障机制分析,得其摆臂摆角和车体仰角及越障高度的临界曲面关系图;基于多刚体理论,采用ADAMS/ATV软件,建立海底... 详细信息

采用摆臂型履带车方式作为大洋矿产资源采矿的海底移动平台方案。针对该方案,从运动学的角度开展海底摆臂型履带式移动平台越障机制分析,得其摆臂摆角和车体仰角及越障高度的临界曲面关系图;基于多刚体理论,采用ADAMS/ATV软件,建立海底摆臂型履带式移动平台的三维动力学模型和虚拟样机,对其翻越障碍的动力学进行仿真研究。研究结果表明:越障能力仿真结果与越障能力理论结果的相对误差小于7%,越障能力提高46%;海底摆臂型履带式移动平台的建模与仿真正确,且具优良的越障性能。

关键词：海底移动平台履带车越障性能摆臂 ADAMS软件

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考虑低幅锻炼载荷的某轿车摆臂载荷谱编制

机械工程学报 2014年第16期50卷 147-154页

作者：郑松林梁国清王治瑞冯金芝马扎根机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海大众汽车有限公司上海201805

以轿车摆臂为对象,介绍一种汽车零部件程序载荷谱的编制方法。基于对各目标测点载荷谱的特征统计及伪损伤分析,结合结构的低载强化特性,提出一种考虑具有强化效果载荷的程序载荷谱编制方案,避免对低幅载荷只考虑损伤作用这一传统编谱方... 详细信息

以轿车摆臂为对象,介绍一种汽车零部件程序载荷谱的编制方法。基于对各目标测点载荷谱的特征统计及伪损伤分析,结合结构的低载强化特性,提出一种考虑具有强化效果载荷的程序载荷谱编制方案,避免对低幅载荷只考虑损伤作用这一传统编谱方法的不足。依据摆臂的损伤特性和低载强化特性,结合损伤载荷之间的等损伤准则,研究强化载荷之间的等强化准则,将强化载荷折算到最佳强化载荷级上去,减少载荷试验频次,试验加速效果明显。台架对比试验结果表明,编制的载荷谱中删除大量无效载荷的同时考虑载荷谱中强化载荷的影响,能够更快速、真实地模拟出汽车零部件的实际受载情况,对汽车零部件耐久性试验失效模式的精确判定和耐久性里程的更精确推断具有重要意义。

关键词：汽车零部件程序载荷谱低幅载荷耐久性试验摆臂