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汽车保险杠用可伸展滑撬设计与研究

组合机床与自动化加工技术 2024年第7期 40-43,50页

作者：倪国林崔海斌薛雪楼飞南京师范大学中北学院镇江212300 江苏高精机电装备有限公司盐城224000

为了提高保险杠仓储空间的利用率,方便在保险杠生产线实现上料、喷涂、流平、运送、仓储一体化的工艺流程,设计了一种保险杠生产线用可伸展滑撬,以实现不同工位对滑撬上保险杠摆放间距的需求。首先,以某型号保险杠为对象,开展可伸展滑... 详细信息

为了提高保险杠仓储空间的利用率,方便在保险杠生产线实现上料、喷涂、流平、运送、仓储一体化的工艺流程,设计了一种保险杠生产线用可伸展滑撬,以实现不同工位对滑撬上保险杠摆放间距的需求。首先,以某型号保险杠为对象,开展可伸展滑撬的机械系统设计;然后,利用牛顿-欧拉法建立滑撬伸展机构的数学模型,研究其运动特性和力学性能;最后,基于ADAMS建立其虚拟样机模型,对理论分析和设计成果进行验证。结果表明,可伸展滑撬设计合理,通过在不同工位的输送链上敷设轨道,可以自动调节滑撬上保险杠的摆放间距,有效提高输送稳定性和仓储空间利用率。

关键词：汽车保险杠可伸展滑撬生产线运动特性分析虚拟样机

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义齿3D打印机微流挤出系统研究

义齿3D打印机微流挤出系统研究

作者：张鹏河北工业大学

学位级别：硕士

医用3D打印技术尤其是在口腔修复(义齿)行业的应用已逐渐成为一大热门研究课题。但是由于国外进口义齿成型设备与新型加工材料比较昂贵,对于普通家庭消费群体尤其是老年人群体难以接受。而国内研究人员的主要研究重点在于义齿成型工艺... 详细信息

医用3D打印技术尤其是在口腔修复(义齿)行业的应用已逐渐成为一大热门研究课题。但是由于国外进口义齿成型设备与新型加工材料比较昂贵,对于普通家庭消费群体尤其是老年人群体难以接受。而国内研究人员的主要研究重点在于义齿成型工艺参数、材料制备等上游领域,对成型设备、挤出系统的研究进展尚不明朗。因此,本文针对义齿浆料微流成型特性与高精度要求,对义齿3D打印机挤出系统进行方案设计与运动特性研究,最后通过样机实验来评估系统挤出效果与稳定性。首先,将各种常见的传统挤出系统方案进行对比分析,对各个方案的优缺点进行评估。结合各个方案的特点与工作原理对义齿3D打印机挤出系统总体方案进行设计,并简要概述其工作原理。其次,详细阐述所设计挤出系统的基本工作原理,并拟定各个关键部件的尺寸参数。提供挤出系统内部流道结构形状的不同设计方案,并通过ANSYS流体仿真对各个方案进行对比分析,最终确定一个最为合理的内部流道方案。计算并分析挤出杆、复位弹簧等关键部件疲劳强度与稳定性,以确定尺寸参数的合理性。最后,结合工作原理分析挤出系统的运动特性,并根据运动特性推导出挤出杆运动学模型,进而构建出运动控制模型。搭建样机进行实验,运用时间序列模型对实验数据进行进一步分析。通过分析当前阶段与预测阶段变化趋势,评估挤出系统工作过程中的稳定性。

关键词：义齿3D打印新型挤出系统流体仿真运动特性分析时间序列

具有连杆式差动平衡机构的轮腿变换式移动机器人设计

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具有连杆式差动平衡机构的轮腿变换式移动机器人设计

作者：杨志岳天津大学

学位级别：硕士

作为机器人领域的重要分支,移动机器人以其良好的综合性能在军事侦查、安防救援、环境监测、国土安全、空间探测等领域得到广泛应用,成为便利生产生活、拓展操作空间的重要工具。传统移动机器人受到其移动形式的限制,难以兼顾机动性和... 详细信息

作为机器人领域的重要分支,移动机器人以其良好的综合性能在军事侦查、安防救援、环境监测、国土安全、空间探测等领域得到广泛应用,成为便利生产生活、拓展操作空间的重要工具。传统移动机器人受到其移动形式的限制,难以兼顾机动性和越障能力。为提高移动机器人的地形适应能力,本文结合机构学理论提出一种具有连杆式差动平衡机构的轮腿变换式移动机器人,主要的研究内容如下:(1)连杆式差动平衡机构构型综合与优化设计:总结连杆式差动平衡机构的运动特征,概括机构实现运动功能的基本条件,提炼机构期望运动模式。结合螺旋理论,根据机构含有的公共约束数目和类型进行分类综合。对构型进行性能对比,优选出一种典型机构进行运动学分析,并从理论层面验证其均化特性。建立机构的运动性能评价模型,对机构的尺度参数进行优化设计。(2)变换式轮腿结构参数设计:基于平面连杆机构,提出三种变换式轮腿方案,并对方案进行对比分析,选择性能较好的全铰链六杆变换式轮腿作为移动机器人的轮腿设计方案。围绕六杆变换机构进行运动分析,讨论其实现轮腿模式转换的条件,以机构的变形能力指标为优化目标对其尺度参数进行优化设计。分析轮腿的越障能力,结合应用场景,确定变换式轮腿具体结构参数。(3)移动机器人运动特性分析:研究移动机器人在平缓地面的运动情况,分别建立其处于轮式状态和腿式状态的运动学模型。从滑移和倾翻的角度讨论机器人在斜坡地形的稳定性,得到其保持静态稳定的最大爬坡角度。利用仿真软件ADAMS对机器人在典型楼梯台阶的越障情况进行仿真分析。(4)物理样机搭建与实验研究:根据理论参数设计机器人整机机械结构,结合功能需求规划机器人控制系统总体架构并对系统主要硬件进行选型。搭建机器人物理样机并开展相关实验研究,验证机器人功能的有效性和方案的可行性。本文研究成果对于丰富移动机器人的结构形式、充实移动机器人的理论研究、拓展移动机器人的实践应用具有重要意义。

关键词：移动机器人连杆式差动平衡机构轮腿变换结构优化设计运动特性分析

利用Mecanum轮的圆柱工件旋转进给机构设计

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利用Mecanum轮的圆柱工件旋转进给机构设计

作者：李清蔚哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

实现高精度的圆柱工件自转和直线移动同步运动是工业现场的一项难点,目前许多应用为实现圆柱工件的同步旋转进给运动多采用螺旋进给、蜗轮蜗杆及丝杆螺母等方式,其存在着工作效率低、运动控制精度差、易产生磨损等弊端。本文提出了一种... 详细信息

实现高精度的圆柱工件自转和直线移动同步运动是工业现场的一项难点,目前许多应用为实现圆柱工件的同步旋转进给运动多采用螺旋进给、蜗轮蜗杆及丝杆螺母等方式,其存在着工作效率低、运动控制精度差、易产生磨损等弊端。本文提出了一种利用Mecanum轮原理的新型旋转进给机构克服了上述方式缺点,并可改变圆柱工件旋转进给速度比。文中主要研究此旋转进给机构的几何模型、运动特性、动力学模型及机构的运动控制方案。课题中利用Mecanum轮的旋转进给机构具有两种结构布局,分别为“轮—工件轴线平行”式及“轮—工件轴线正交”式。通过分析两种布局下Mecanum轮的接触条件,利用一种空间几何求解方法建立了正交布局机构改进Mecanum轮的几何模型,并给出了机构Mecanum轮的设计参数选取方法及辊子布局改进方法。文中对旋转进给机构的运动特性分析主要分为四部分内容。通过空间向量求解法对旋转进给机构左旋及右旋Mecanum轮的运动方程进行推导,进而完成机构逆运动学模型的建模。且利用Moore-Penrose广义逆求解法推导出旋转进给机构正运动学模型。参考全方位移动平台的运动模式,对旋转进给机构自由度进行了计算并分析了圆柱工件可实现的运动模式。同时基于结构设计方案建立虚拟样机,使用ADAMS软件对模型进行运动学仿真,验证了旋转进给机构运动学模型的正确性。对于旋转进给机构的动力学,以Newton-Euler方程为理论基础分析了负载情况下旋转进给机构Mecanum轮与圆柱工件间的受力情况,并给出了Newton-Euler形式的圆柱工件动力学方程。鉴于工件与驱动轮间复杂的受力情况,在机构运动学模型的基础上,采用Lagrange方法推导了旋转进给机构整体的动力学模型。基于旋转进给机构的运动学模型及整体动力学模型,为旋转进给机构设计了一套基于模糊PID速度补偿器的多电机偏差耦合控制算法。此算法对于每个Mecanum轮分别采用增量式PID进行控制,但速度偏差信号相互影响各轮的速度调节,采用模糊自适应PID控制作为速度补偿器的内部算法,有效降低电机同步误差,以实现旋转进给机构4个驱动轮的同步控制。

关键词：旋转进给机构辊子母线设计运动特性分析动力学模型偏差耦合控制

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大柔性飞行器结构建模与姿态控制研究

大柔性飞行器结构建模与姿态控制研究

作者：孙明敏南京航空航天大学

学位级别：硕士

大柔性飞行器具有高空长航时飞行和执行多种任务的能力,近年来受到广泛的重视。大柔性飞行器结构轻巧、展弦比大的特点导致机翼在常规飞行条件下也会产生大的结构变形、气动失速等现象,从而极大影响飞行器的飞行特性。这给飞行器的建模... 详细信息

大柔性飞行器具有高空长航时飞行和执行多种任务的能力,近年来受到广泛的重视。大柔性飞行器结构轻巧、展弦比大的特点导致机翼在常规飞行条件下也会产生大的结构变形、气动失速等现象,从而极大影响飞行器的飞行特性。这给飞行器的建模和飞行控制研究带来挑战。本文以大柔性飞行器为对象,针对此类飞行器的建模、运动特性分析、模型简化以及姿态控制等问题展开研究。首先,基于虚功原理推导了大柔性飞行器的动力学方程。采用常值应变表达非线性梁结构模型,基于有限状态非定常气动力载荷理论计算气动载荷,最后将六自由度刚体动力学方程、全机结构动力学方程以及气动力模型耦合,获得完整飞行器动力学方程。其次,根据系统特征根分布规律分析了大柔性飞行器的运动模态;采用基于常平均速度的状态空间Newmark法分析了大柔性结构机翼在受主动操纵和大气扰动影响下的运动特性,并研究了柔性模块耦合作用对飞行器横侧向稳定性的影响。然后,研究了大柔性飞行器的模型降阶问题。为便于控制器的设计,针对大柔性飞行器高阶复杂模型,分别运用平衡截断法、平衡残差法以及最优Hankel范数近似法对系统进行了模型降阶处理与比较。通过仿真对比得知对于本文研究对象,采用平衡残差法所得的降阶模型效果最好。最后,针对具有不确定性的大柔性飞行器,基于带有观测器的降阶模型,设计了模型参考自适应控制器。其中基线控制器为基于线性二次型调节器设计方法的比例积分姿态跟踪控制器(称为LQR-PI控制器)。仿真结果表明,基于降阶模型设计的控制器可实现对原有高阶模型的稳定控制;在系统存在不确定性时自适应控制器能够使得飞行器准确跟踪目标指令,且系统瞬态响应更快。

关键词：大柔性飞行器动力学建模运动特性分析模型降阶模型参考自适应控制

基于林区凝油管道疏通装置的结构设计与仿真分析

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基于林区凝油管道疏通装置的结构设计与仿真分析

作者：董年鑫东北林业大学

学位级别：硕士

原油作为最基本的能源对国家的经济发展有着重要的意义,但是历经几十年的开发,传统油田的原油存储量越来越少,原油中的含水率越来越高。随着传统油田慢慢走向衰竭,新型的林区油田成为新的开采对象。管道运输是原油的主要运输方式,但是... 详细信息

原油作为最基本的能源对国家的经济发展有着重要的意义,但是历经几十年的开发,传统油田的原油存储量越来越少,原油中的含水率越来越高。随着传统油田慢慢走向衰竭,新型的林区油田成为新的开采对象。管道运输是原油的主要运输方式,但是原油作为一种液体混合物在低温下会凝固。由于我国的东北地区冬季经常出现极端低温天气,而且管道穿越的大兴安岭林区地下多为季节性冻土层或多年冻土层,因此管道周围温度较低,原油容易发生过冷凝结。传统的疏通、维修方式成本高、效率低,并且对管道、管道附近的林区和土壤会造成一定的破坏。为了保证原油输送的畅通及管内电伴热的正常工作,本文设计了一种可在原油管道内长距离运动、加热疏通和电伴热线破损检测于一体的管道机器人,并对其相关运动特性和可靠性进行了理论计算和仿真分析,最后对其结构进行了优化。具体的研究内容如下:(1)通过分析国内外对各类管道机器人的研究现状及工作特性,结合原油管道的具体环境及机器人工作内容,确定了原油管道机器人的整体设计方案。在此基础上,通过CREO软件完成对机器人驱动机构,变径机构、越障机构、检测机构和加热机构的设计,最终通过装配完成机器人整体三维模型的建立。(2)对机器人整体及各个机构的运动特性进行了理论分析计算。其中包括:机器人整体的管内通过性分析、轮式驱动机构的力学特性分析、变径机构的变径范围分析和越障机构各工况下的麦克纳姆轮速率关系分析,为相关结构的尺寸设计和选型提供了相关依据。(3)基于ADAMS和FLUENT仿真分析软件对机器人的管内运动特性进行了仿真分析。通过ADAMS对机器人在各工况下的管内通过性进行了仿真分析,验证了机器人的整体设计尺寸满足设计要求。通过FLUENT软件对机器人在管内的流体驱动特性进行了热流固耦合仿真分析,验证了伞式流体驱动机构的驱动可行性和电伴热线在原油发生凝结时的加热疏通可行性。(4)通过ANSYS对机器人在热流固三场耦合作用下的强度和刚度进行了仿真分析,在保证了其强度和刚度的基础上,对机器人的伞面支撑架和壳体结构进行了多目标优化分析,使其结构质量减少了5.688kg,降低了加工设计成本。

关键词：原油管道机器人运动特性分析动力学分析热流固耦合分析多目标优化

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立式药槽自动发药机的设计分析与试验

立式药槽自动发药机的设计分析与试验

作者：李奚晗哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

现阶段我国正在经历新一轮的医疗改革试点工作,医院门诊药房也是医疗改革当中重要的改革对象。医药行业的蓬勃发展和诸多医学难题的攻克催生了更多数量的药品,近年来,一些大中型医院引入自动发药机来代替人工发药,但由于我国的自动发药... 详细信息

现阶段我国正在经历新一轮的医疗改革试点工作,医院门诊药房也是医疗改革当中重要的改革对象。医药行业的蓬勃发展和诸多医学难题的攻克催生了更多数量的药品,近年来,一些大中型医院引入自动发药机来代替人工发药,但由于我国的自动发药机技术不成熟,而进口产品无法完全适应我国国情,因此在自动发药机的使用过程中产生了很多问题。现今市面上存在的储药槽多为斜置式储药槽,这种储药槽储药量小,药槽对于药盒的影响较大。针对我国药房数字化过程中出现的问题,结合市面上现存的自动发药机产品,分析自动发药机的设计要求,首先提出三种立式药槽自动发药机的设计方案并逐一分析其优劣。选择其中一个方案进行深入的设计研究,并重点对于直立式药槽及发药装置进行设计计算和三维模型的建立,对于关键的传输部件进行计算选型。利用Ansys workbench分析软件对于发药底板进行动力学分析及结构优化,使发药底板受到瞬间冲击力时的整体变形减小;对于发药转轴,在模型参数化的基础上进行瞬态动力学分析及疲劳分析,得到疲劳寿命及破坏因子云图,并基于疲劳模块的分析结果进行发药转轴的参数优化,使发药转轴的疲劳特性得到提升,疲劳寿命得以延长。针对齿轮碰撞分析建立齿轮碰撞的运动学方程并选定齿轮碰撞函数以及齿轮碰撞系数,针对转轴转动分析建立回转刚体的运动方程。在建立运动学理论模型的基础上利用Adams软件对于传动锥齿轮及发药转轴等主要的运动部件进行运动学特性分析,分别得到每一次的发药过程中主动锥齿轮、从动锥齿轮以及发药转轴的受力、速度以及加速度的变化情况,保证该传动结构设计理论上的可行性。最后对于物理样机进行加工和组装,分别对自动发药机中关键部件的工作可靠性、发药转轴周转过程中偏移角度以及物理样机的振动特性进行试验,保证该设计方案的合理性,为后续的研究及批量生产奠定基础。

关键词：自动发药机动力学分析参数优化运动特性分析试验验证

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爬壁机器人动力特性研究及仿真分析

爬壁机器人动力特性研究及仿真分析

作者：李恒青岛科技大学

学位级别：硕士

爬壁机器人(WCR)作为移动机器人领域的一个重要分支,在工业生产中得到了越来越广泛的应用,也越来越受到人们的重视。使用轮式负压吸附的爬壁机器人具有结构简单,工作效率高,实用化程度高等优点。它在轮式移动机器人(WMR)的基础上增加了... 详细信息

爬壁机器人(WCR)作为移动机器人领域的一个重要分支,在工业生产中得到了越来越广泛的应用,也越来越受到人们的重视。使用轮式负压吸附的爬壁机器人具有结构简单,工作效率高,实用化程度高等优点。它在轮式移动机器人(WMR)的基础上增加了吸附装置,实现了在垂直或倾斜壁面爬行,并携带各种作业工具进行壁面作业的目的;它可以使人从危险、繁重的工作中解放出来,并能提高工作效率和自动化水平。本文通过对爬壁机器人进行样机总体结构的设计,完成样机开发,在此基础上研究爬壁机器人的运动特性及动力性能,最后基于虚拟样机技术对其建模仿真分析。爬壁机器人的本体结构设计部分包括车体外壳、吸附方案、密封方案、移动方式、动力系统和控制系统部分。设计出样机的结构之后对爬壁机器人滑落与倾覆两种情况进行静力学分析,得出避免发生滑落与倾覆的吸附力的范围及吸附力大小对运动性能与功耗的影响的结果。最终在原有爬壁机器人基础上设计出一种体积小、成本低、移动灵活、壁面适应能力强、吸附安全可靠和可根据工作需要搭载不同设备的爬壁机器人。运动特性及动力性能分析部分首先通过对爬壁机器人运动学的分析,得出其速度与转向的控制特性。然后基于拉格朗日方程,通过分别对爬壁机器人直线运动和转向运动动力学的分析,将吸附力设为变量,使其根据实际情况可以调整大小,得出机器人直线运动滑动吸盘吸附力的变化对爬壁机器人运动特性的影响,与转向运动时的驱动力与驱动力矩。从而得出一个通过改变吸盘吸附力来使爬壁机器人适应不同工作环境的方案。在保证安全可靠吸附力和壁面运动灵活能力的基础下,改善和提高爬壁机器人的运动性能并为其机构优化设计与运动控制提供理论研究基础。基于虚拟样机技术的仿真分析部分共用到了三种建模仿真分析软件。首先通过使用三维实体建模软件Pro/E建立三维参数化模型,然后将此模型导入动力学仿真分析软件***中,在虚拟环境下对爬壁机器人进行运动特性及动力特性的仿真分析,求解出最佳吸附力与驱动力的值。最后用求解出的吸附力与驱动力的值,对车轴、车轮、车体部件在有限元软件ANSYS中进行结构强度仿真分析,达了到为爬壁机器人系统优化设计提供实践指导的目的。

关键词：爬壁机器人结构设计运动特性分析动力性能分析仿真分析

一种大伸缩比轴/径向伸缩式轮胎成型鼓的运动学设计

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一种大伸缩比轴/径向伸缩式轮胎成型鼓的运动学设计

作者：邬全兵天津大学

学位级别：硕士

成型鼓是轮胎成型鼓装备的关键功能部件,航空轮胎成型鼓是用于成型飞机轮胎的轴/径向伸缩机构。基于我国航空轮胎成型鼓的自主创新需求,针对一种大伸缩比轴/径向伸缩式轮胎成型鼓,从自由度计算、运动特性分析、尺度综合、虚拟样机及运... 详细信息

成型鼓是轮胎成型鼓装备的关键功能部件,航空轮胎成型鼓是用于成型飞机轮胎的轴/径向伸缩机构。基于我国航空轮胎成型鼓的自主创新需求,针对一种大伸缩比轴/径向伸缩式轮胎成型鼓,从自由度计算、运动特性分析、尺度综合、虚拟样机及运动仿真等方面开展研究。全文主要工作与结论如下:基于螺旋理论和修正的G-K公式,采用子结构法,分析并计算了该机构的自由度数和过约束数,得到结论:该机构为具有4个驱动自由度和12个局部自由度的强过约束空间机构。为复杂多环空间机构的自由度计算提供借鉴;分析了槽凸轮在该机构中的作用并据此创新出了多种新构型。由两组内瓦连杆机构的构型引出两层嵌套的成型鼓并比较了其与三层嵌套成型鼓的异同。为含高副成型鼓的构型创新提供了一种新思路;采用无因次分析法分析了成型鼓收缩过程中3层鼓肩及主、副连杆等关键构件的运动规律,从轴向、径向和周向揭示了3层鼓肩依次层叠收缩的运动关系。为该机构的尺度综合奠定了基础;采用子结构法,将该机构分解为内层连杆机构、中间层连杆机构、外层连杆机构及槽凸轮等4部分,依序分别进行尺度设计。内层及中间层连杆机构归类为两精确点轨迹生成问题;外层连杆机构归类为三位置刚体导引问题;基于坐标变换设计了槽凸轮廓线;根据尺度综合的结果,应用SolidWorks软件建立了该成型鼓的三维模型,并进行了运动仿真,验证了设计方法的正确性和有效性。

关键词：轮胎成型鼓螺旋理论运动特性分析尺度综合运动仿真