渐开线圆柱齿轮接触分析计算与仿真研究

为方便实现渐开线圆柱齿轮接触分析,开发出渐开线圆柱齿轮啮合接触分析和齿廓修形算法程序.采用渐开线直齿轮参数方程精准建模,获得齿廓接触点的曲率半径,在考虑实际载荷的情况下,改进了赫兹接触公式来求解齿轮啮合接触应力.为减缓齿轮啮合冲击,在算法程序中提供了5种齿廓修形方式及其修形后的接触应力分析方法.与行业公认的齿轮设计仿真软件MASTA计算结果进行对比.结果表明,该算法程序接触应力求解精度较高,相对MASTA平均误差约为5.04%,齿廓修形后的接触应力分布一致,验证了该算法程序的合理性.

新型稳定磁流变体材料——磁胶的性能实验研究

通过实验的方法,研究了新型稳定型磁流变体材料磁胶的零场沉降稳定性;服役状态下磁胶器件的扭矩输出稳定性、磁化和退磁性能、器件工作的热稳定性、流变性能.实验结果表明,磁胶在零场状态和服役状态下的各项性能均优于目前使用的磁粉、磁流变液磁性功能材料.在Bingham模型的基础上,通过理论分析,导出磁胶在服役状态下的剪应力本构方程,为磁胶及其器件的后续研究提供了理论基础.

带齿多层钢带传动中鼓包问题分析

通过对带齿多层钢带传动时产生鼓包原因的分析,找到了带齿多层钢带各层长度变化量与金属带厚度的关系,提出一种制作带齿多层钢带的新方法。并从金属带材料的性能、金属带厚度两方面综合分析,解决钢带传动时的鼓包问题。

减速器的分类创新研究

针对目前装备领域对各类减速装置的特殊要求,为系统高效地开发出适合特殊需要的各种减速装置,对减速器发展的历史沿革进行研究,从结构上系统地对各类减速器进行新的类别归属。从创新思维的角度提出对基于运动学、动力学、结构学等方面对减速器的减速器原理分为四类的新方法。并对基于斜面逆螺旋减速器原理、圆周游标减速器原理、柔轮变形和工质变性减速原理的各类减速器特点、存在问题进行分析。同时,结合工程实际和应用领域对各类特殊减速器进行创新思维来源探索和创新实践分析。结果表明,按照新的分类方法对各种减速器创新的系统化分类研究,可以多角度地为各类减速器纵向创新研究和工程需求提供新的思路,也便于为不同类别减速装置的减速特点进行横向对比研究。

基于矢量场在线更新的人和机器人身体交流控制

为实现人和机器人身体相互交流时的运动同步,提出基于矢量场在线更新的控制方法,并将此方法应用于人和机器人握手的研究中.首先,对该方法中任意吸引子的矢量场进行多项式近似设计,使其具备自振动特性;其次,通过在线更新设计,控制系统具有输入输出同步特性,并且可以通过调节系统中的忘却系数和负荷系数来改变其同步程度;最后,基于7自由度机器人臂,将该方法用于人和机器人握手实验中,结果表明了此方法的有效性.

驱动内置式高功率密度舰船舵机

针对目前传统舵机占据舱室空间大、隐蔽性差等问题,探讨了一种将驱动机构置于舵柄内的高功率密度舰船舵机.在对其结构分析的基础上,探讨了高功率密度舵机的工作原理、在舰船上的安装布置、主作用力的传递路线;从理论上分析了各设计参数对舵机转舵性能的影响;应用Hertz理论,建立了多参数对舵机滚珠传动副性能的影响模型,为高功率密度舵机的结构优化设计、性能改进提供了理论基础.通过和现有其他力矩放大传动装置传递功率能力比较,以及样机试验结果表明,驱动机构位于舵柄内的高功率密度舰船舵机满足现代船舶操纵系统对高性能舵机的要求,具有结构紧凑、功率密度大、材料利用率高、响应快、动态性能好等优点.

碳纤维出丝槽流系统结构尺寸优化

为减小碳纤维原丝生产工艺中双扩散过程对原液细流进入浴槽凝固成初生纤维的影响,必须保证出丝槽流系统中流场的稳定性.采用时变雷诺方程和标准k-ε湍流模型,模拟计算不同形状和结构尺寸的喷丝孔外罩对碳纤维出丝槽流系统流域中湍流的影响.利用不同长高比二维矩形钝体模型计算高雷诺数下绕流的情形,对比不同尺寸下尾流内湍流的大小,分析得到较优的结构参数.结果表明,外罩长高比是影响湍流大小的主要因素;长高比增大有利于减弱尾流内的湍流;当长高比接近4时,喷丝口处湍流较小,但长高比再增大,湍流减小程度不明显.

复杂产品玻璃钢模型的制作工艺

根据产品样机要表达的设计思想,以玻璃钢飞机模型为例,系统介绍了玻璃钢模型制作的工艺流程。

一种机器人臂关节电磁制动器的设计与仿真分析

针对机器人可能产生失电和失控的安全性问题,对机器人制动系统进行了研究。根据制动的性能要求设计了一种双面摩擦电磁制动器,在相同的制动力下,其产生双倍的制动力矩。对制动器进行了3D建模,使用了ANSYS软件对制动器及其主要零件进行力学性能和电磁学仿真分析,完成的设计方案符合使用要求。

凸轮激波行星减速器的振动分析与平衡设计研究

建立了凸轮激波行星减速器凸轮作动传动链部件的空间质量模型及惯性力矢量表达式,该惯性力是减速器激振的主要来源;建立了综合惯性力作用下的减速器系统的振动模型,并在此基础上推导出凸轮激波行星减速器系统在静平衡位置时的微分方程,得出凸轮激波行星减速器在惯性力作用下的幅频特性;在对凸轮传动链部件综合惯性力完全平衡的条件下,提出系统的平衡方法及平衡块的设计方法,此方法可适用于凸轮激波的各式行星减速器,便于计算机编程实现。

定位引导装置在侧脑室穿刺手术中的应用

为解决内窥镜脑底引流手术中,人工把握穿刺点位置和方向难度高、手术风险大,设计了一种手术专用的佩戴式定位引导装置,该装置在三维空间可引导穿刺针的穿刺方向。它有两个作用,一是帮助手术医生对手术进行预演:根据病人的脑CT断层图像数据,应用专用软件生成3D的头颅模型,通过3D打印机打印出该病人的头颅模型,在头颅模型上佩戴该定位导向装置,进行术前练习与模拟,以提高手术的熟练程度,降低手术风险;二是用于手术:手术医生利用该定位引导装置,通过简单操作便能迅速方便地找到穿刺点,引导穿刺针按指定的方向进入脑底引流区,缩短手术时间,提高手术的安全性。

珠绳传动的研究

为满足长距离定比传动的需要,在分析套筒滚子链传动元件多、传动比不均匀等缺点的基础上,提出了一种由钢绳和钢球组成的简单定比传动机构,即珠绳传动机构。并对它的工作原理、机构设计、动力学计算进行了研究,做出了样机,并进行了初步的试验,证明机构具有结构简单、传动比恒定、节材、成本低等优点。

无结网编织工艺研究

针对当前无结网成网技术中存在织物质量较差和内部纤维强度损失较大的问题,研究了一种新型无结网状织物的编织工艺。通过结合编织技术原理与无结网结构特征,分析了无结网成型原理,并以四纱网脚作为研究对象,对其网脚及网结的编织轨道形式进行了设计,进而探讨纱锭无干涉分布规律。在此基础上对纱锭无干涉分布规律进行拓展,分析了采用4个多槽口叶轮编织多纱无结网的纱锭分布规律。依据纱锭在轨道盘上的无干涉分布规律获得可行分布方案,针对某个分布方案进行无结网实物编织实验,验证了所研究无结网工艺的合理性,并确认无结网的编织工艺需综合考虑纱锭运动轨道、纱锭分布及叶轮规格的影响。

基于轨道组合的异形截面编织物成型方法

为实现异形截面编织物的快速编织成型并确保编织物的编织密度,设计出一种可避免干涉的编织轨道交叉组合方法。该方法通过编织轨道之间交叉组合,使旋转式编织机可生产矩形、三角形、圆形等形状的三维截面的立体编织物。针对轨道组合后交叉点处出现锭子干涉的问题,提出一种约束锭子排布规律和轨道结构的方法,并推导出相应的锭子排布规律选择方法与轨道结构设计准则。利用上述方法与准则设计出部分三维立体编织物的编织方案并进行实际编织,结果表明轨道组合方法具有一定的可行性。

辊涂试验装备的转子临界转速计算与分析

为确保辊涂装备在高速涂敷过程中保持稳定运行,研究辊涂试验装备中转子运行过程中的振动问题。采用解析法和有限元分析法计算转子的临界转速,并对极限工作转速下转子的固有频率和振型进行求解。由于辊涂转子由多种材料组成,在现有方法的基础上提出一种面向主体为钢、表层为橡胶的辊涂转子临界转速计算方法,对辊涂转子的临界转速进行求解与分析。结果表明,所设计的辊涂转子运行的最高转速远低于其一阶临界转速,避开了装备转子转速的共振区;面对多种材料复合而成的复杂转子,改进后的解析法可以用于初步判断设计的合理性,而有限元法可以更加直观地确定方案的合理性。

渐开线直齿轮啮合接触计算与分析

渐开线齿轮的啮合过程分析是判断传动品质的重要依据,其中,接触应力、传动误差及啮合刚度是分析的重点。根据直齿轮TCA模型,提取各接触点曲率半径,将齿面啮合接触简化为不同半径圆柱体对之间的弹性挤压。在考虑齿间载荷分配的情况下,运用Hertz原理对齿面进行了承载接触分析。分析表明,通过该方法得到的结果与有限元及实验所得结果相符,接触应力最大值相差0.74%,传动误差及啮合刚度规律一致。该方法可反映齿面接触的动态过程及啮合刚度。

基于NARX神经网络的磁流变阻尼器模型研究

为了能够较精确地拟合磁流变阻尼器在低速区的非线性及滞回特性,提出一种基于NARX神经网络的磁流变阻尼器动力学模型。以力学性能实验数据为前提,利用LMBP算法训练NARX神经网络的串-并行结构,然后将串-并行结构转化为并行结构,使得NARX神经网络模型能够在不同电流值下得到与实验结果相吻合的输出值。最后将实验结果和模型结果进行对比,通过比较两者所得的结果发现NARX神经网络模型的计算结果与实验结果的最大相对误差仅为3.77%,而且该模型能够表征磁流变阻尼器在低速区的非线性及滞回特性,证明NARX神经网络模型在处理磁流变阻尼器的非线性及滞回特性力学行为具有较高的拟合精度。

太阳能热电定日镜精密短筒谐波传动装置研究

针对光热发电中塔式太阳能热电系统的定日镜传动系统对传动精度要求高,普通传动装置难以满足的现状,利用谐波传动具有高精度的优点,并结合零齿差输出与谐波传动的特点,研制了一套短筒谐波传动装置。从统计学与概率理论出发,运用蒙特卡洛方法对装置的传动误差进行了模拟计算,并进一步对装置的传动精度进行了敏感性分析。结果表明,其传动精度能够满足定日镜的要求;柔轮与输出刚轮对传动精度影响最大;所研制的谐波传动装置相比于传统的谐波传动具有更小的长径比,实现了其体积的小型化。

MR damping design of the drive joints of the lunar-based extravehicular spacesuit booster mechanism

Considering the special walking behavior of astronauts on the lunar surface,to reduce the impact on their bones and improve safety during extravehicular operations and walking,a magnetorheological(MR)damping mechanism of power assisted transmission joint used in a new type spacesuit is proposed.In order to improve the damping performance of the MR damper,the influence of the damper s structural parameters on both the output and dynamic adjustable range of the damping torque is examined.According to the theoretical mechanical model,the output damping torque is calculated,the finite element method is used to conduct numerical tests.At the same time,the structural parameters of the damper are optimized by the response surface methods.The results indicate that the simulated torque aligns with the theoretically designed torque,and the damping characteristics of the optimized structure are effectively improved by the response surface method.Compared with the initial structure,the damping torque is increased by 10.8%,and the dynamic adjustable range is expanded by 52.9%.

含安装误差的鼓形齿轮承载接触分析

基于齿轮范成原理,建立修形后直齿的鼓形面数学模型,并根据齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)结果进行齿面接触线上接触点的离散。基于Weber能量法,求解齿间载荷分布,并利用线性规划法,求解齿向载荷分布。在得出齿面的实际载荷分布后,建立鼓形齿面的圆柱体模型。利用赫兹原理,对含安装误差的鼓形齿面进行齿面接触应力分布求解。分析结果发现垂直平面误差较轴平面误差对接触应力分布影响更大,起鼓修形后齿面载荷分布虽然得到明显改善,但接触应力值会有所增大。接触应力分布结果与有限元方法结果规律相一致,证明了该方法的合理性,为齿轮承载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA)提供了新的简便方法。