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无驱动冗余的纯中心压电黏滑旋转台

机器人 2024年第3期46卷 257-265页

作者：马世坤杨依领吴高华崔玉国魏燕定宁波大学机械工程与力学学院浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211 浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点实验室浙江杭州310027

针对精密位姿调整时的大转角、高分辨率、高承载能力和结构紧凑性能需求,利用压电驱动器驱动柔顺机构设计了具有力增幅特性的纯中心黏滑旋转台。单驱动器致动避免了驱动冗余,同时改变桥式驱动机构的倾斜角度可对夹紧力放大特性进行调整... 详细信息

针对精密位姿调整时的大转角、高分辨率、高承载能力和结构紧凑性能需求,利用压电驱动器驱动柔顺机构设计了具有力增幅特性的纯中心黏滑旋转台。单驱动器致动避免了驱动冗余,同时改变桥式驱动机构的倾斜角度可对夹紧力放大特性进行调整。首先利用混合直圆和叶型柔性铰链的柔顺机构,设计了含有一对中心对称驱动足的桥式机构,并与圆形滑块结合,在放大夹紧力的同时实现无冗余、纯中心转动。然后通过有限元仿真分析了旋转台的单步转角、力放大倍数及应力,并与理论计算结果对比。最后搭建实验测试平台,验证了所设计旋转台的性能。旋转台整体尺寸为86 mm×86 mm×32 mm,在150 V输入电压的作用下,实验测得的最大负载为9 kg,旋转台的角分辨率为0.10μrad。

关键词：压电驱动柔顺机构黏滑运动旋转台

水下大振幅压电纤维致动柔性结构的非线性流体动力特性及实验

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振动工程学报 2024年第3期37卷 365-373页

作者：杨浙栋娄军强陈特欢崔玉国魏燕定李国平宁波大学机械工程与力学学院浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211 浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点研究实验室浙江杭州310027

水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维(Macro Fiber Composite,MFC)致动柔性结构的非线性流体动力特性,建立了流固耦合振动模型,并进行了实验验证。通过参数... 详细信息

水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维(Macro Fiber Composite,MFC)致动柔性结构的非线性流体动力特性,建立了流固耦合振动模型,并进行了实验验证。通过参数化的二维CFD分析了不同特征振动频率及振幅下柔性结构周围流场的分布演化规律,发现随着柔性结构特征振幅增大,其周围流场逐渐出现了涡旋脱落及对流现象,且流体阻尼效应的非线性随之增强。提出了由特征振动频率和振幅共同确定的非线性修正流体动力函数解析表达式,分析结果表明:在小振幅情况下,修正流体动力函数虚部也就是流体阻尼效应随着特征振动频率的增大而减小;而当特征振幅增大到一定值后,流体阻尼效应随着特征振动频率的增大却呈现出先减小后增大的变化规律,具有强烈的非线性特性。开展了水下MFC致动柔性结构振动特性验证实验,证实柔性结构在MFC主动激励下的实测幅频、相频特性与理论预测结果基本一致,验证了所提修正流体动力函数表达式及流固耦合振动模型的有效性。

关键词：非线性流体动力学流体动力函数流固耦合振动水下柔性结构压电纤维

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二自由度并联压电粘滑定位平台

机械工程学报 2024年

作者：许锰杨依领吴高华崔玉国魏燕定浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室宁波大学浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室

针对粘滑运动的周期性循环应力易导致柔顺机构疲劳问题，设计低应力、高分辨率和无耦合的二自由度宏行程定位平台。采用双圆弧仿生柔性铰链设计柔顺驱动单元，减小应力并提高结构刚度。然后，结合压电粘滑驱动与正交导向机构，实现平台... 详细信息

针对粘滑运动的周期性循环应力易导致柔顺机构疲劳问题，设计低应力、高分辨率和无耦合的二自由度宏行程定位平台。采用双圆弧仿生柔性铰链设计柔顺驱动单元，减小应力并提高结构刚度。然后，结合压电粘滑驱动与正交导向机构，实现平台的高分辨率、大行程二维并联解耦运动。之后，采用有限元法和伪刚体模型对定位平台进行静力学与动力学分析，并通过Ansys Workbench软件对平台应力、频率和单步位移等进行仿真。最后，搭建实验平台并进行性能测试。实验结果表明：平台最大速度为9.03 mm/s,x和y向位移耦合率为0.89%和0.92%，分辨率为10 nm和11 nm，最大水平与垂直承载能力分别为1.4 N和40 N。实验结果验证了结构设计及理论模型的有效性。

关键词：压电驱动粘滑运动低应力柔顺机构二自由度

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柔顺宏微操作系统动力学建模及振动抑制研究

振动与冲击 2024年第9期43卷 69-76,120页

作者：翁寅祥杨依领吴高华崔玉国魏燕定宁波大学浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211 浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室杭州310027

针对高速大范围宏运动时柔顺微操作器的微纳振动问题,建立系统动力学模型并设计改进离散滑模控制策略对微观弹性振动进行抑制。首先以气浮宏动平台和压电纤维微操作器构成的宏微操作系统为对象,结合假设模态法、拉格朗日方程和非对称迟... 详细信息

针对高速大范围宏运动时柔顺微操作器的微纳振动问题,建立系统动力学模型并设计改进离散滑模控制策略对微观弹性振动进行抑制。首先以气浮宏动平台和压电纤维微操作器构成的宏微操作系统为对象,结合假设模态法、拉格朗日方程和非对称迟滞模型,建立系统综合机电动力学模型。然后,在所建模型基础上设计变速趋近律调节切换增益,从而实现非线性离散滑模控制。最终搭建宏微操作系统测控平台,并进行轨迹跟踪和振动抑制试验。在轨迹跟踪时,对于不同频率的正弦参考轨迹,所设计的控制策略均能精确跟踪给定信号且误差较小;在振动抑制时,当宏动平台沿梯形与S轨迹运动时,微操作器残余振动稳定时间比改进前分别减少26.1%和50.0%,比无控制时分别缩短53.6%和53.3%。验证了动力学模型与离散滑模控制的有效性,提高了系统控制精度与效率。

关键词：宏微操作系统动力学建模振动抑制压电驱动滑模控制

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轴承钢滚动接触疲劳亚表面夹杂处损伤分析

摩擦学学报（中英文） 2024年第3期44卷 267-279页

作者：陈金华李淑欣鲁思渊曹均金永生宁波大学机械工程与力学学院教育部冲击与安全工程重点实验室浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211 宁波银球科技股份有限公司浙江宁波315207

轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损... 详细信息

轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损伤演化.研究表明,接触疲劳载荷引起的塑性应变局域化导致了剪切带的形成.剪切带的形貌、取向和应变与WEA的一致,表明WEA实际上是应变局域化的剪切带.晶体取向对WEA损伤的形成和发展有很大的影响,WEA仅在择优的晶体取向下形成.与软夹杂周围的剪切带和损伤演化不同,硬夹杂处的剪切带与夹杂相切,形成的4条剪切变形带将夹杂“包围”.剪切带内部处于高应变和低应力的状态,带中心处应变达到最大,随带宽两侧急剧减小,而中心处应力却最小,几乎为零,沿带宽两侧增大,这说明裂纹在剪切带内萌生和扩展.该结论阐明了裂纹和WEA形成的关系,即裂纹是在WEA形成过程中因应变不协调产生,而非裂纹先产生,裂纹上下表面相互摩擦导致WEA形成.

关键词：轴承钢滚动接触疲劳白蚀区应变局域化剪切带

激光增材制造316L不锈钢退火过程中微观组织演变和力学性能

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金属热处理 2024年第4期49卷 66-77页

作者：郑磊徐达鲁宇杰廖文超殷安民陈候宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211

利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机研究了激光增材制造316 L不锈钢退火过程中的微观组织演变和力学性能。结果表明:在700℃退火后,鱼鳞状熔池形貌开始随着温度的升高逐渐转变为不规则长条状形貌,在750℃退火后,熔池... 详细信息

利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机研究了激光增材制造316 L不锈钢退火过程中的微观组织演变和力学性能。结果表明:在700℃退火后,鱼鳞状熔池形貌开始随着温度的升高逐渐转变为不规则长条状形貌,在750℃退火后,熔池内胞状和长条柱状亚结构转变为球形亚结构组织和三角形的点状凹坑形组织。随着退火温度的升高,晶粒尺寸先减小后增大,位错密度重新排序,胞状亚结构的溶解,亚结构组织,变形组织和大小角度晶界的演变反映着位错密度的降低,导致强度的下降和塑性的增强。在600℃×120 min退火时屈服强度为484.2 MPa,抗拉强度为665.6 MPa,伸长率为47.7%,在850℃×120 min退火时屈服强度为410.4 MPa,抗拉强度为639.1 MPa,伸长率为59.7%;随着保温时间的延长,变形组织转变为亚结构组织;在650℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.1%增多到82.3%;在850℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.9%增多到59.2%。

关键词：激光增材制造 316L不锈钢退火处理微观组织力学性能

工艺参数对机匣冷态强力旋压力学行为影响规律研究

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工程科学与技术 2024年第4期56卷 229-237页

作者：束学道郑家斌刘艳丽徐海洁谢超宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波大学浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211

针对航空钣金机匣材料难于成形,且成形后的产品精度难以控制等问题,本文以高温合金GH3030为材料,在阐明钣金机匣冷态强旋成形回弹理论与载荷作用机制基础上,使用SIMUFACT.FORMING有限元软件,导入实验室之前所得到的GH3030的本构方程,在... 详细信息

针对航空钣金机匣材料难于成形,且成形后的产品精度难以控制等问题,本文以高温合金GH3030为材料,在阐明钣金机匣冷态强旋成形回弹理论与载荷作用机制基础上,使用SIMUFACT.FORMING有限元软件,导入实验室之前所得到的GH3030的本构方程,在软件中建立了航空机匣锥形件冷态强旋的仿真模型,分析了旋轮间隙、旋轮进给比、芯模半锥角等旋压参数对钣金机匣冷态强旋成形回弹与载荷的影响规律;采用正交实验得到了各工艺参数对回弹角度影响的主次规律,并在此基础之上得到最优工艺参数组合;采用BBD(Box-Behnken design)响应曲面设计实验方法,得到旋压过程中最大成形力与旋压参数的量化回归模型,并对回归方程进行方差分析,计算回归方程的多元相关系数、可信度以及精确度。最终结果表明:所得到的模型的可信度和精准度较高;在最终实验结果与仿真结果中取点验证,发现误差在10%以内,因此,回归模型较为精准。最后,进行了旋压实验,对比分析了仿真结果与旋压实验实测结果的回弹角度,其平均误差在6.2%以内,验证了仿真结果及回归模型的可靠性。研究表明:仿真分析的回弹角度与实验测得回弹角度变化趋势几乎相同,并且误差较小,控制在12%以内,表明仿真分析的结果能够较准确地展现旋压件的回弹规律。本文的研究结果为实现高温合金钣金机匣锥形件冷强旋的精确成形提供了理论指导和技术支持。

关键词：钣金机匣高温合金GH3030 冷强旋回弹成形力

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楔横轧齿轮轴轴齿一体化成形机理研究

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：束学道陈啸谷连奇杰蔡汉龙丁为民王林桥 1.宁波大学机械工程与力学学院 2.浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室 3.宁波东力传动设备有限公司宁波大学机械工程与力学学院浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室宁波东力传动设备有限公司

为实现齿轮轴短流程高效精确制造，本文创新了楔横轧齿轮轴一体化成形方法。在分析齿形塑性成形原理基础上，综合出加工模具的主要参数，得出了满足分齿条件的参数公式，设计出齿轮轴楔横轧模具；通过Deform软件对齿形模具进入加工过程... 详细信息

为实现齿轮轴短流程高效精确制造，本文创新了楔横轧齿轮轴一体化成形方法。在分析齿形塑性成形原理基础上，综合出加工模具的主要参数，得出了满足分齿条件的参数公式，设计出齿轮轴楔横轧模具；通过Deform软件对齿形模具进入加工过程的阶段进行了仿真，得到齿形模具于阶梯轴第1阶段展宽段进入加工成品质量最佳。在此基础上进行仿真，分析其应力场、应变场以及温度场，进而阐明齿轴一体化楔横轧成形机理。经仿真与实验结果比较表明，误差在8.2%以下，验证了仿真结果的可靠性。本文研究结果为实现齿轴一体化精确短流程成形奠定了理论基础。

关键词：楔横轧齿轮轴，一体化成形机理模具加工参数分齿公式模具设计仿真实验对比

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内曲线液压马达定子曲线设计与动力学建模

液压与气动 2024年第6期48卷 91-101页

作者：虞威汪涛谢重阳宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211

定子是内曲线液压马达关键零件之一,其曲线形状对液压马达的性能和使用寿命具有重要影响。针对等加速型内曲线液压马达在运行过程中存在冲击较大的问题,提出一种基于五次多项式运动规律的定子曲线设计方法。通过对液压马达功能模块的受... 详细信息

定子是内曲线液压马达关键零件之一,其曲线形状对液压马达的性能和使用寿命具有重要影响。针对等加速型内曲线液压马达在运行过程中存在冲击较大的问题,提出一种基于五次多项式运动规律的定子曲线设计方法。通过对液压马达功能模块的受力分析,建立液压马达输出扭矩与零速区段幅角的量化关系,并在此基础上对零速区幅角进行了优化,结果表明,当零速区段幅角为0.5°时,定子曲线扭矩脉动率最小;进一步建立考虑定子磨损的液压马达动力学模型,并采用数值计算方法对该模型进行仿真求解;最后,通过实验方法研究不同转速下液压马达的振动响应,验证了理论模型的正确性。

关键词：内曲线液压马达定子曲线五次多项式动力学建模振动与冲击