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机床与液压 2024年第20期 162-167页

作者：张璐凡孙贺贺闫恒张鹏启姜薄士河南工业大学机电工程学院

超高加速度宏微运动平台是一种超精密定位设备，柔性定位平台对宏微运动平台的稳定性起到至关重要的作用。为增加它的稳定性和安全性，采用有限元方法，通过静力分析、屈曲分析和响应面优化设计，来提高柔性定位平台综合性能。建立柔性... 详细信息

超高加速度宏微运动平台是一种超精密定位设备，柔性定位平台对宏微运动平台的稳定性起到至关重要的作用。为增加它的稳定性和安全性，采用有限元方法，通过静力分析、屈曲分析和响应面优化设计，来提高柔性定位平台综合性能。建立柔性定位平台三维模型，对模型进行有限元分析，得到最大等效应力、最大等效应变和负载乘数数据和云图。以柔性定位平台槽的尺寸和位置为优化变量，以负载乘数、最大等效应力及最大等效应变为优化目标进行响应面优化。结果表明：优化后的柔性定位平台在质量几乎不变的条件下负载乘数增加了1.7%,最大等效应力减少了4.3%,最大等效应变减少了4.7%,提高了超高加速度宏微运动平台的稳定性。

关键词：柔性定位平台屈曲分析超精密定位优化设计

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柔性定位平台的瞬态动力学分析及疲劳寿命分析

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机床与液压 2023年第20期51卷 187-193页

作者：姜薄士张璐凡张鹏启闫恒河南工业大学机电工程学院河南郑州450001

为提高超高加速度宏微运动平台完成定位工作时的安全性和精确性,以宏微运动平台的关键部件柔性定位平台为研究对象,探究宏微运动平台在微定位工况下对柔性定位平台疲劳寿命的影响。利用SolidWorks建立柔性定位平台的三维模型,在ANSYS Wo... 详细信息

为提高超高加速度宏微运动平台完成定位工作时的安全性和精确性,以宏微运动平台的关键部件柔性定位平台为研究对象,探究宏微运动平台在微定位工况下对柔性定位平台疲劳寿命的影响。利用SolidWorks建立柔性定位平台的三维模型,在ANSYS Workbench进行静力分析和瞬态动力学分析,获得柔性定位平台危险点的位置及疲劳分析所用载荷谱。运用Goodman曲线评估方法对平台进行疲劳评估,得出的数据均在Goodman曲线框内,评估结果合理。最后利用nCode计算柔性定位平台的疲劳损伤和疲劳寿命,得出随着驱动频率的增加,柔性定位平台的疲劳寿命在降低的结论。研究结果对超精密定位平台的研究提供了参考。

关键词：柔性定位平台瞬态动力学分析 Goodman曲线疲劳寿命

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考虑疲劳寿命和轻量化的柔性定位平台优化设计

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机械制造与自动化 2022年第3期51卷 135-137,148页

作者：张璐凡姜薄士惠延波马兵河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 河南卫华集团河南长垣453400 长安大学陕西西安710064

以提高柔性定位平台的疲劳寿命、减轻柔性定位平台的质量为目的,对搭建的初始模型进行有限元分析并获得位移和应力云图,得到位移和应力随着载荷变化的趋势,通过疲劳分析获得最低寿命点的寿命。对柔性定位平台进行拓扑优化,根据优化后的... 详细信息

以提高柔性定位平台的疲劳寿命、减轻柔性定位平台的质量为目的,对搭建的初始模型进行有限元分析并获得位移和应力云图,得到位移和应力随着载荷变化的趋势,通过疲劳分析获得最低寿命点的寿命。对柔性定位平台进行拓扑优化,根据优化后的结果对柔性定位平台重新建模,将优化前后模型相对比。结果显示:优化后的柔性定位平台提高了寿命,降低了质量。

关键词：柔性定位平台超高加速度宏微运动平台疲劳分析优化设计

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超高加速度宏微运动平台关键机构疲劳分析及优化设计

超高加速度宏微运动平台关键机构疲劳分析及优化设计

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作者：姜薄士河南工业大学

学位级别：硕士

超高加速度宏微运动平台是一种可实现纳米级定位的高精度定位装置,是微电子制造、生物科学和航空航天领域的核心装备之一。超高加速度宏微运动平台在高加速度、长行程下依靠往复循环来实现定位工作,具有定位精度高和稳定性强等优点。柔... 详细信息

超高加速度宏微运动平台是一种可实现纳米级定位的高精度定位装置,是微电子制造、生物科学和航空航天领域的核心装备之一。超高加速度宏微运动平台在高加速度、长行程下依靠往复循环来实现定位工作,具有定位精度高和稳定性强等优点。柔性定位平台是宏微运动平台的关键机构,在宏微运动平台工作中起着重要作用,柔性定位平台承受复杂的交变载荷作用,在高加速度下长时间工作势必会产生疲劳现象。在宏微运动平台的研究中,疲劳失效是平衡高加速度与高寿命问题的一大难点,严重影响平台的定位精度和可靠性,疲劳寿命的提升对实现宏微运动平台以及微电子制造业的快速发展具有重大意义。为了能够有效地探究宏微运动平台的运动特性并预测工作寿命,本文以超高加速度宏微运动平台关键机构柔性定位平台为对象,以结构力学有限元分析和疲劳分析等理论技术为基础,针对上述问题展开研究,对柔性定位平台的静力学、动力学、疲劳寿命、优化设计及试验评估等多方面进行研究,主要工作内容如下:(1)开展柔性定位平台静力分析和模态分析仿真研究。搭建柔性定位平台三维模型和有限元模型;计算出柔性定位平台在典型工况下的载荷数据;进行静强度分析、自由模态分析和约束模态分析获得柔性定位平台危险点位置分布、位移云图、应力云图、固有频率和模态振型。结果数据为后续疲劳分析和优化设计奠定基础。(2)开展柔性定位平台动力学仿真研究。对柔性定位平台进行刚柔耦合动力学分析,获得柔性定位平台在高速工作时的动态特性曲线以及柔性定位平台受连接臂冲击时的应力数据;利用瞬态动力学分析获得柔性定位平台危险点部位的应力时间历程,用来计算柔性定位平台疲劳寿命。(3)采用疲劳寿命评估方法对柔性定位平台进行疲劳寿命预测。根据材料参数绘制Goodman疲劳极限线图,进行疲劳强度校核,评估在静态力的作用下柔性定位平台的安全性;利用n Code design life对柔性定位平台进行疲劳寿命预测,获得柔性定位平台的疲劳寿命和疲劳损伤数据以及当压电控制器驱动频率变化时,柔性定位平台的疲劳寿命变化趋势。(4)采用响应面优化方法对柔性定位平台进行优化设计。根据柔性定位平台危险部位结构特点选择优化变量和优化目标;选择设计方法建立柔性定位平台响应面优化模型;利用响应面法拟合出的优化方案,重新对柔性定位平台进行动力学分析和疲劳分析。结果表明,优化方案极大提高了柔性定位平台的安全性和稳定性,同时达到轻量化的目标。(5)搭建柔性定位平台试验模态分析平台。在Lab VIEW中建立试验模态分析系统;通过力锤、加速度传感器和数据采集卡等设备搭建模态分析试验平台,进行试验模态分析获得柔性定位平台的固有频率数据。试验结果与有限元模态分析结果基本一致,验证了有限元模态分析的有效性和准确性。综上所述,本文采用有限元分析方法对超高加速度宏微运动平台关键机构进行疲劳寿命校核和优化设计,获得的研究成果能够有效预测超高加速度宏微运动平台关键机构的疲劳寿命,为改进同类产品的结构提供切实可行的思路,有利于增强市场竞争力,对超高加速宏微运动平台发展以及微电子制造领域的探索开发具有重要意义。

关键词：宏微运动平台柔性定位平台疲劳分析优化设计试验模态分析

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发动机复杂管件柔性装配平台的研究

发动机复杂管件柔性装配平台的研究

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作者：李国喜哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

异形复杂管路生产时需要专用的装焊工装。针对每项产品,均需要一套专用装焊工装。在专用装焊工装上,首先准确确定复杂管件的长度和角度等关键尺寸参数,利用销钉限制并用禁锢螺栓固定两端的法兰的安装位置,中间的各部位通过刚性固定支架... 详细信息

异形复杂管路生产时需要专用的装焊工装。针对每项产品,均需要一套专用装焊工装。在专用装焊工装上,首先准确确定复杂管件的长度和角度等关键尺寸参数,利用销钉限制并用禁锢螺栓固定两端的法兰的安装位置,中间的各部位通过刚性固定支架进行定位和支撑,实现各部件的锉修和装配后进行相对位置和方向的固定,然后进行关键点的焊接。随着航天设备新型号新产品的迅猛发展,所研制生产的工装模具越来越多,越来越大,复杂管路工装模具的研制生产费用巨大,工装模具的管理和存放已经成为困扰企业快速发展的障碍,急需解决能够适应新型航天设备快速发展的复杂管路生产新技术。本文根据各种复杂管路的类型、结构、外形参数确定定位平台的技术参数,设计出满足大多数复杂管路生产要求的平台机械结构,包括执行机构(定位支撑部件);定位传动系统(X单元;Y单元;Z单元,2个旋转单元);驱动系统;支撑系统(基体)。计算分析了驱动系统和传动系统的选型。采用D-H法,导出柔性平台顶端定位支撑机构定位点到基础底座位姿坐标系的坐标变换矩阵。对柔性平台结构三维模型进行合理简化,利用ADAMS软件对管件装配进行了运动过程进行仿真,从运动学和动力学的角度分析,验证柔性平台结构设计的合理性。对结构主要部件的力学性能进行有限元分析,检查部件的强度和刚度,并对危险位置进行优化设计和处理。分析柔性平台伺服系统的动态特性,并用Simulink仿真方法分析Y轴的动态特性。通过合理的参数设置,实现Y方向的快速、准确地位置指令跟踪,同时分析抗干扰性。为优化系统参数提供参考性依据。基于LMS系统对柔性定位平台安装后的关键支撑结构基础底座,Y向运动副,Z向支撑立柱进行模态测试,结合Time MDOF(时域分析法)和Poly Max Modal Analysis两种模态分析方法互相印证,获得两种状态下柔性定位支撑结构的前三阶频率,为正常工作时柔性平台避开共振频率提供了依据。

关键词：柔性定位平台有限单元法动力学仿真伺服控制

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