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音圈电机驱动三自由度大行程柔性偏摆台设计与分析

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工程设计学报 2024年

作者：徐智皓陆晓伟谢雨欣赖磊捷上海工程技术大学机械与汽车工程学院华立科技股份有限公司

针对传统压电驱动偏摆台因其行程较小而无法适应诸多毫米级大行程应用场景的问题，设计了一种音圈电机驱动三自由度大行程柔性偏摆台，并对其进行了柔度建模与性能测试。首先，介绍了大行程柔性偏摆台的结构构型，该构型包含了3组120°... 详细信息

针对传统压电驱动偏摆台因其行程较小而无法适应诸多毫米级大行程应用场景的问题，设计了一种音圈电机驱动三自由度大行程柔性偏摆台，并对其进行了柔度建模与性能测试。首先，介绍了大行程柔性偏摆台的结构构型，该构型包含了3组120°均匀排布的垂直驱动支链，并利用柔性球铰和平行四边形机构实现各支链的运动解耦和电机动子的直线导向，根据各支链几何关系推导了平台的运动学方程。然后，通过柔度矩阵法来创建柔性球铰、驱动支链和整个偏摆台的柔度解析模型。接着，对平台静力学特性进行有限元分析，验证柔度解析模型的准确性。最后，搭建了实验系统来测试偏摆台的最大行程以及θXθYZ 3个自由度方向上的柔度，以此验证偏摆台构型、结构设计以及所推导解析模型的有效性和合理性。结果表明：有限元分析和实验测试结果与解析模型计算结果的误差值都在10%以内，此偏摆台的最大行程范围是±0.0543 rad×±0.0472 rad×±4.45 mm，具有行程大、结构紧凑等优点，可以适用于多种需要大行程空间定位的场合。

关键词：偏摆台大行程柔度音圈电机柔性球铰有限元分析

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锥面分段开孔高速刀柄的设计方法

制造技术与机床 2024年第1期 73-79页

作者：陈建超张子名戎纪冉丁明超王加春李开颜燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 河北省重型智能制造装备技术创新中心河北秦皇岛066004 国能铁路装备有限责任公司肃宁车辆维修分公司河北沧州062350

根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律,提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法,即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段,并在各段的中等分处周向均布一组盲孔,通过调... 详细信息

根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律,提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法,即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段,并在各段的中等分处周向均布一组盲孔,通过调控盲孔的数量与尺寸使刀柄锥面达到一定的柔度。文章阐述了盲孔开设参数对锥面接触应力、柔度的影响规律和参数确定原则,给出了以HSK-E50为原型的锥面分段开孔设计案例,采用有限元分析其极限转速和锥面接触应力分布情况。结果表明,锥面分段开孔刀柄与原型刀柄相比,极限转速提高了约10.79%,锥面接触应力分布显著均匀。

关键词：高速刀柄结构设计柔度接触应力极限转速

基于裂缝柔度和地应力模型的声电测井正、反演方法及应用

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石油地球物理勘探 2023年第2期58卷 431-442页

作者：张恒荣肖立志曾少军汤翟袁伟杨冬中国石油大学(北京) 北京102249 中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江524057

电阻率成像探测深度通常为几厘米,超声波成像数据也只能提供井壁的声幅或到时图像。因此,很难评估井壁张开裂缝在地层中的分布情况。声波测井一般应用弹性各向异性表征地应力场和裂缝特性等,通常岩石的固有各向异性、高角度地层层面、... 详细信息

电阻率成像探测深度通常为几厘米,超声波成像数据也只能提供井壁的声幅或到时图像。因此,很难评估井壁张开裂缝在地层中的分布情况。声波测井一般应用弹性各向异性表征地应力场和裂缝特性等,通常岩石的固有各向异性、高角度地层层面、裂缝或不平衡应力挤压等都可以导致弹性波表观各向异性,因此往往难以判断各向异性的成因。前人针对单一方位二维裂缝模型进行了声波正演模拟,但不适用于井筒含多组任意方位裂缝介质的弹性波模拟。为此,首先拾取井壁成像测井中导致声波表观各向异性的三类结构特征(天然裂缝、层面缝(或薄层)和钻井应力诱导缝)信息,同时定量化层理结构信息(如倾向、方位等),并将裂缝分层、分组;然后从声波全波列中提取地层的快、慢横波慢度及各向异性方位;接着在岩石和裂缝信息井壁成像建模基础上,通过裂缝附加柔度模型、层面伪裂缝模型和非线性应力场弹性波动理论正演模拟岩石的声波属性;最后通过对比声波速度及各向异性方位等信息的模型预测结果与实测结果,利用最小误差拟合反演确定井壁图像表征的裂缝类型与各向异性的成因,并对比、分析了频散曲线特征。将所提方法应用于花岗岩潜山裂缝型气田生产测试井以验证方法合理性,实际模拟结果表明:波速对各向异性成因的敏感度不如快横波方位,波速拟合误差一般较小且易于收敛,而快横波方位更能区分和判断地层的各向异性类型,从而有效、可靠地指示裂缝类型;B井地层分上、下两层,下层(2950~3000 m)发育层面伪裂缝、钻井诱导缝及少量有效缝,测试产能较低,上层(2900~2940 m)有效缝发育,测试产能较高。

关键词：电阻率测井偶极子声波测井裂缝快、慢横波慢度柔度快横波方位各向异性成因

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正交簧片型大行程柔性球铰设计及柔度分析

工程设计学报 2023年第5期30卷 626-633页

作者：谢超陈云壮石光楠赖磊捷上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

传统缺口型柔性球铰的工作行程较小,且存在结构构型及柔度计算复杂、加工工艺要求高等问题,不能应用于需大行程的场合。为此,设计了一种正交簧片型大行程柔性球铰,即将具有较大变形能力的簧片梁通过正交组合形成虎克铰,使其能够实现3个... 详细信息

传统缺口型柔性球铰的工作行程较小,且存在结构构型及柔度计算复杂、加工工艺要求高等问题,不能应用于需大行程的场合。为此,设计了一种正交簧片型大行程柔性球铰,即将具有较大变形能力的簧片梁通过正交组合形成虎克铰,使其能够实现3个功能轴线方向的运动。该柔性球铰具有结构构型简单、加工制作容易和工作行程较大等优点。根据柔性球铰单个簧片梁的柔度矩阵及连接方式,采用柔度矩阵法和坐标变换方法,对柔性球铰的全局柔度矩阵进行建模和计算,通过有限元仿真和实验测试对所建立的柔度模型进行验证,并分析了柔性球铰几何参数对柔度的影响规律。结果表明:柔度理论计算值与仿真值的相对误差基本在10%以内,与测试值的相对误差在8%以内;几何参数对柔度影响程度从大到小依次是柔性簧片梁2的厚度、宽度、长度。研究结果可以为大行程空间柔顺机构的多样化设计提供参考。

关键词：簧片柔性球铰大行程有限元分析柔度

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管壳式锅炉水管失稳计算的探讨

特种设备安全技术 2024年第3期 6-7,28页

作者：徐长虹王凡胜顾江济南市特种设备检验研究院山东济南250001 山东佳恒锅炉设备有限公司山东德州251100

立式直水管锅壳锅炉和“贯流式”水管锅炉在我国应用广泛,但水管失稳计算一直缺少相应计算标准。虽然在修订强度计算标准GB/T16508.3《管壳锅炉第三部分:设计与强度计算》时增设了的附录B《水管管板的设计与计算》,对水管稳定性提出一... 详细信息

立式直水管锅壳锅炉和“贯流式”水管锅炉在我国应用广泛,但水管失稳计算一直缺少相应计算标准。虽然在修订强度计算标准GB/T16508.3《管壳锅炉第三部分:设计与强度计算》时增设了的附录B《水管管板的设计与计算》,对水管稳定性提出一些计算公式(公式B1,B2)和方法,但是该公式值得商榷。为此,本文对水管稳定性校核公式及使用条件提出了建议。

关键词：水管管板水管失稳计算柔度

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柔度标定误差对仪器化压入测试结果的影响

仪器仪表学报 2011年第9期32卷 2095-2100页

作者：宋仲康马德军郭俊宏陈伟装甲兵工程学院机械工程系北京100072

针对两种仪器化压入仪和两种代表性压入测试方法:Oliver-Pharr方法和Ma方法,通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对2种仪器和两种方法测试精度的影响。结果表明仪器柔度的标定精度直接影响压入测试结果的准确度,仪器柔度越小,测... 详细信息

针对两种仪器化压入仪和两种代表性压入测试方法:Oliver-Pharr方法和Ma方法,通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对2种仪器和两种方法测试精度的影响。结果表明仪器柔度的标定精度直接影响压入测试结果的准确度,仪器柔度越小,测试精度越高;就测试方法而言,Ma方法具有比Oliver-Pharr方法更高的精度和更低的仪器柔度敏感性;对同一材料,压入深度越大,由仪器柔度标定误差引入的压入测试结果误差越大;当材料较硬且压入深度较大时仪器柔度的标定尤为重要,小量的标定误差导致测试结果严重偏离真值,甚至为负值。

关键词：仪器化压入柔度标定误差弹性模量

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平面柔性铰链机构的柔度计算方法

清华大学学报（自然科学版） 2016年第6期56卷 633-639页

作者：杜云松李铁民姜峣张京雷清华大学机械工程系北京100084

作为一种高精度的微动机构,柔性铰链机构已经在多个工业领域得到应用。该文针对平面柔性铰链机构,对机构设计中柔度计算方法进行了研究。在分析了一般柔性铰链的柔度计算方法的基础上,利用虚功原理,推导出单个铰链的变形/受力相较于整... 详细信息

作为一种高精度的微动机构,柔性铰链机构已经在多个工业领域得到应用。该文针对平面柔性铰链机构,对机构设计中柔度计算方法进行了研究。在分析了一般柔性铰链的柔度计算方法的基础上,利用虚功原理,推导出单个铰链的变形/受力相较于整个机构的变形/受力的关系;利用矩阵分析方法,结合串联机构和并联机构的单元与终端的变形/受力的互逆形式的传递规律,分别获得了简洁的串并联柔性铰链机构的柔度计算公式。针对3种典型的串并联柔性铰链机构,进行了柔度计算和不同机构参数与各方向柔度关系的分析,并利用经典的有限元法进行了对比仿真实验。实验结果表明:该方法的计算结果与有限元法最大相差7%,平均相差3%。这表明该方法能够为平面柔性铰链机构的设计和结构优化提供参考。

关键词：柔性铰链机构柔度矩阵分析法

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新型柔性铰链的柔度计算

工程力学 2008年第11期25卷 27-32页

作者：张景柱徐诚赵彦峻南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

在力或力矩作用下,柔性铰链将会产生相应的微弹性变形,其柔度性能是表征载荷与形变关系的量度,直接影响着柔性铰链的运动精度和综合性能。目前柔性铰链的设计一般基于繁琐的数值积分方法和有限元技术来计算柔性铰链的性能指标。在提出... 详细信息

在力或力矩作用下,柔性铰链将会产生相应的微弹性变形,其柔度性能是表征载荷与形变关系的量度,直接影响着柔性铰链的运动精度和综合性能。目前柔性铰链的设计一般基于繁琐的数值积分方法和有限元技术来计算柔性铰链的性能指标。在提出一种新型柔性铰链的基础上,基于弹性静力学基本公式和微积分理论,推导出一种新型柔性铰链的柔度计算公式,为新型柔性铰链的设计提供了理论依据;严格推导出柔性铰链中心轴线上任意位置的变形公式,实现了柔性铰链的精确设计计算。采用ANSYS软件对理论公式的准确性进行验证,两种结果十分吻合。

关键词：柔性铰链直优圆弧柔性铰链柔度变形有限元

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基于闭环柔度解析式的双曲线形柔性铰链研究

仪器仪表学报 2007年第6期28卷 1055-1059页

作者：张志杰袁怡宝哈尔滨工业大学自动化测试与控制系哈尔滨150001

提出了一种新型的单轴柔性铰链结构型式—单边双曲线形柔性铰链。以力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了单边双曲线形柔性铰链柔度的闭环解析公式,在此基础上,推导出单边双曲线形柔性铰链的转动精度公式,对单边双曲线形柔性铰链... 详细信息

提出了一种新型的单轴柔性铰链结构型式—单边双曲线形柔性铰链。以力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了单边双曲线形柔性铰链柔度的闭环解析公式,在此基础上,推导出单边双曲线形柔性铰链的转动精度公式,对单边双曲线形柔性铰链的性能进行分析,得出了结构参数对其柔度性能的影响关系。并通过对双边双曲线形柔性铰链比较,分析了单边双曲线形柔性铰链的转动能力、转动精度和对轴向载荷的影响等性能,利用有限元和实验的方法对单边柔性铰链的柔度公式进行校验,结果表明有限元与闭环解析式的偏差小于8%,实验结果和解析式的偏差在7%以内,为柔性铰链在结构紧凑、大位移场合的工程应用提供了有价值的参考。

关键词：柔性铰链双曲线柔度转动精度有限元