滚珠丝杠滚道法向截面测量系统

为了实现滚珠丝杠滚道法向截面的快速、精确和无损检测,建立基于光学测微计的滚珠丝杠滚道法向截面测量系统。基于滚珠丝杠滚道法向截面测量原理设计了检测装置,对原有滚道法向截面数据处理算法进行优化,提出了角度划分圆弧方法、圆弧数据均匀化方法。对检测装置中传感器安装误差、水平移动平台直线度误差、传感器误差进行分析,并进行误差补偿。最后,通过实验验证检测装置和优化后的算法组成的整个检测系统的精度。实验结果表明:算法优化后检测系统测得的滚道法向截面参数,随着划分圆弧的角度增加最终收敛。算法优化后检测系统测得的圆弧半径和接触角与厂家提供的误差最大值分别为3.6μm和19′31″,相对算法优化前提升率分别为64.36%和53.46%;测得的圆弧半径和接触角标准偏差最大值分别为1.56μm和2′41″,相对算法优化前提升率分别为22.77%和56.67;测得的圆弧半径和接触角的A类不确定度最大值分别为0.63μm和1′6″,相对于算法优化前分别降低56%和70%。滚道法向截面检测系统的精度、重复性和不确定度均满足测量要求。

基于弹塑性理论的复杂截面导轨校直模型研究

为解决具有复杂截面导轨的横向和纵向弯曲变形校直问题,建立校直挠度的理论模型,并给出明确的校直行程公式。首先,分析导轨基于线性强化弹塑性材料的弹塑性阶段应力与应变几何关系;其次,依据弯矩与应力的表达式,结合弯矩的轴向变化规律,确定塑性阶段校直压力的范围,得到校直压力与总校直挠度和初始挠度的关系;最后,建立校直的理论计算模型。为验证理论模型的正确性,在ABAQUS中建立导轨的线性强化弹塑性力学模型,采用一端固定一端滑动的约束,加载头加载的方式,仿真校直压力与挠度之间的关系。结果表明,理论模型与有限元仿真的挠度与校直压力曲线规律完全一致,验证了理论模型的可行性与正确性。

基于综合工艺偏差的滚珠丝杠副静刚度建模

为了建立准确的滚珠丝杠副轴向静刚度理论模型,分析刚度的影响因素和规律,基于综合工艺偏差对滚珠丝杠副全滚珠载荷分布的影响,建立了轴向静刚度模型,提出了一种在综合工艺偏差下符合滚珠丝杠副轴向静刚度的计算公式。以GZ3206T型滚珠丝杠副为例,基于综合工艺偏差,通过Ansys Workbench 2022 R1有限元软件进行分析实验,然后通过轴向静刚度试验台进行对比实验验证,实验结果吻合度为87.85%~98.7%,验证了综合工艺偏差的滚珠丝杠副轴向静刚度模型的准确性,对分析和提高滚珠丝杠副传动精度设计和承载能力评估提供参考依据。

特种机器人南极软地面转向动力学模型分析

针对南极特种机器人在南极雪面软地面的转向方案的选择问题,基于地面力学建立特种机器人软地面稳态差速转向和稳态前轮导向转向的通用数学模型,并通过数值方法对模型求解,得到硬路面差速转向、软路面差速转向、软路面前轮导向转向、软路面雪橇板前轮导向转向的驱动力和阻力矩变化规律,对比分析得出雪橇板前轮导向转向方案阻力矩最小,能够在南极雪面上获得更好的机动性,同时对该方案进行雪面动力学仿真验证。

滚珠丝杠压力校直模型研究

用手动校直设备校直滚珠丝杠人工成本高,校直效率低。自动校直设备的研发需要校直理论的指导,目前针对丝杠校直行程的研究很少,为了获得滚珠丝杠校直行程的计算方法,分别基于金属弹塑性变形理论和材料载荷—挠度模型的方法,得到了滚珠丝杠压力校直过程中的校直行程计算模型。通过将两种计算方法得到的结果和有限元计算结果进行对比,证实了两种方法的可行性与可靠性。为了探究校直行程的影响参数,利用ANSYS Workbench软件对滚珠丝杠压力校直过程进行有限元分析,结果表明丝杠导程和滚道深度、校直支撑跨距、丝杠轴径以及材料弹性模量和屈服强度对校直行程计算有着重大的影响。

内螺纹磨床的几何误差建模及灵敏度分析

为提高内螺纹磨床的加工精度,建立了内螺纹磨床的几何误差模型并对其进行全局灵敏度分析。首先,基于多体系统理论和齐次坐标变换的方法,建立了砂轮磨削加工系统和砂轮修整系统的几何误差模型,通过误差传递推导出整机加工精度模型;其次,考虑到几何误差作用的随机性和耦合性,建立基于Sobol的拟蒙特卡洛法的全局灵敏度分析模型,识别出影响磨床加工精度的关键几何误差因素。利用MATLAB编写软件,以SCS-180TB的内螺纹磨床的加工误差模型进行灵敏度计算,并验证模拟次数的收敛性。

基于土-履应变的履带机器人转向阻力矩建模与分析

为了准确描述小型履带式地面移动机器人转向运动,建立准确的控制模型,讨论了其转向阻力距的建模方法。采用传统的阻力均匀分布方法,分别建立了高速、低速时机器人的转向阻力模型。引入应力-应变理论提出了横向阻力、正压力线性分布时的阻力矩模型。将该模型中的横向阻力非线性化分布,改进了计算模型。在不同行驶路况下转向的仿真计算和分析表明,与传统的转向阻力矩模型相比,基于应力-应变理论的转向阻力矩模型能更好地反映地面与履带间受力情况。

一种适用于履带式移动机器人的小型三挡变速器设计与研究

针对小型地面移动机器人动力输出匹配中高输出扭矩与大输出转速这一矛盾,提出一种适合小型机器人使用的三挡变速机构,进行了具体设计;并分析其工作原理,给出自动换挡的工作流程;对其换挡过程进行力学分析,并通过仿真验证了该变速机构能够实现机器人三挡变速功能。

莫摇、莫晃、莫愁路——南京理工大学自动轿夫机器人设计

本文以2009CCTV机器人大赛,南京理工大学参赛队实际设计并参赛的自动机器人为对象,介绍自动轿夫机器人的底盘结构、摇摆机构、提升机构和加持技工的设计与改进,并介绍码盘控制的部分算法设计。

小型地面移动机器人特殊运行姿态动力学建模与分析

该文以六履带移动机器人为研究目标,以适应越野路面及特殊功能需要,如爬越障碍、自身撑起、翻身等特殊动作。文中给出了系统构成、传动原理及系统设计方案,对运动姿态进行了描述,重点对自身撑起、爬越障碍、翻身3个特殊运动姿态进行了动力学建模,并结合动力驱动能力进行参数对比分析,得出了受力与驱动关系模型及状态临界条件。通过分析为小型地面机器人在复杂地理环境下顺利运行,提高机器人适应性提供了理论设计依据。

基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失诊断研究

滚珠丝杠副预紧力丧失将导致机床进给精度及加工质量受到显著影响,实时监测滚珠丝杠副预紧力的变化并对其健康状态作出诊断具有重大意义。提出了一种将EMD(Empirical Mode Decomposition)与MSE(Multi-Scale Entropy)相结合的信号处理方法进行预紧力丧失的故障诊断;设计了一种新型双螺母预紧力调节装置,用于采集不同预紧力水平下的螺母振动信号,通过EMD分解得到振动信号第一特征频率附近的IMF(Intrinsic Mode Function)分量,接着计算该IMF多个尺度下的熵值,分别以多尺度熵值与第一特征频率为特征向量建立BP神经网络进行预紧力丧失的诊断。诊断结果表明,以多尺度熵作为故障诊断特征向量时,神经网络的诊断正确率相比后者提高了50%。研究结果可用于基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失的故障诊断,对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义。

基于激光传感器的滚珠螺母型面测量

为了实现滚珠螺母型面的快速精确测量,提出了激光测量方法并设计测量装置。首先,基于经直角棱镜反射的点激光轴向扫描的测量原理设计了螺母滚道型面检测装置,并根据滚道的数学模型提出轴法向转换的数据处理方法。然后,对直角棱镜的平移和转角误差、激光偏移误差、激光倾斜误差建立模型进行分析。最后,设计工装对标准钢球和圆槽进行扫描,并对螺母滚道开展实际测量。结果显示,完成误差标定后,经棱镜反射的点激光扫描圆弧轮廓的测量误差在3.1μm以内,标准差在2.2μm以内。对螺母滚道的扫描图像完整有效,总体精度满足螺母滚道型面的测量要求。

滚动功能部件成套测评方法与装备及性能提升关键技术

作为高端装备"工作母机",数控机床是国家装备制造业最重要的基础装备,其性能和拥有量是衡量国家综合国力的重要标志。以滚珠丝杠副和滚动直线导轨副为代表的滚动功能部件是保障数控机床制造精度、系统刚性和加工精度保持性的最核心部件,也是军民两用高端装备的关键基础部件:航空大飞机副襟翼作动器、航天火箭发动机喷嘴控制用驱动器、空间站对接用操纵器、核动力堆控制棒驱动机构、导弹尾翼调整作动器、火炮随动转台驱动机构等均应用丝杠副;大型桥梁新一代阻尼器、高铁车辆悬架系统、新能源汽车转向制动系统等也开始大量应用丝杠副和导轨副。据统计,滚动功能部件在高端装备行业的国内市场需求达200亿元/年。但由于在精度保持性、功能可靠性、寿命、精度、刚度等关键性能指标上落后于境外产品,境内产品市场占有率低,已成为以数控机床为代表的装备制造业走向高端发展的瓶颈。

滚动功能部件成套测评方法与装备及性能提升关键技术

作为高端装备“工作母机”,数控机床是国家装备制造业最重要的基础装备,其性能和拥有量是衡量国家综合国力的重要标志。以滚珠丝杠副和滚动直线导轨副为代表的滚动功能部件是保障数控机床制造精度、系统刚性和加工精度保持性的最核心部件,也是军民两用高端装备的关键基础部件:航空大飞机副襟翼作动器、航天火箭发动机喷嘴控制用驱动器、空间站对接用操纵器、核动力堆控制棒驱动机构、导弹尾翼调整作动器.

基于信号共振稀疏分解的自动换刀装置故障诊断

针对刀库中刀柄拉钉可产生松动的故障,研究一种基于信号共振稀疏分解的自动换刀装置故障诊断方法。以链式刀库为例,采集刀柄拉钉在不同旋转角度时自动换刀装置在自动换刀过程中所产生的振动信号,利用双可调品质因子小波变换的共振稀疏分解将所采集的振动信号分解成包含故障信息的周期瞬态低共振分量和自身运动的振荡谐波高共振分量。在此基础上,通过比对分析不同条件下的周期瞬态低共振分量信号,得到链式刀库自动换刀装置振动冲击成分与拉钉旋转角度的关系,并据此诊断自动换刀装置的故障。诊断结果显示,刀柄拉钉松动旋转角度为360°时,振动较大,该自动换刀装置需要进行维修,以增加其可靠性。研究结果可用于自动换刀装置的故障诊断,对于促进自动换刀装置健康状态监测方法的发展具有重大意义。

链式刀库运动精度检测方法研究

刀库及自动换刀装置（ATC）的主要功能是存储刀具和交换刀具,其性能特别是刀库的运动精度影响着大型数控机床或加工中心是否能迅速、准确地完成换刀,是影响机床可靠性的关键因素。为研究链式刀库的性能尤其是刀柄的运动精度,主要包括每个刀位及整体的定位精度和重复定位精度,提出一种基于激光位移传感器和标准刀柄补偿的链式刀库运动精度检测方法。针对链式刀库顺时针和逆时针两种方向的运动,设计合适的工装并利用两个激光位移传感器间接测量得到刀柄装夹圆的圆心。通过将基准坐标下所测的标准刀柄装夹圆圆心坐标对所测的模拟刀柄装夹圆圆心坐标进行补偿,得到参考坐标系下模拟刀柄装夹圆圆心坐标,从而确定链式刀库每个刀位和整体的运动精度,估计所测链式刀库的故障阈值范围,为链式刀库故障预测提供了重要依据。

多功能地面移动机器人设计与分析

针对越野越障和搭载多种作业装备的需求,设计了一种配备共用搭载平台的多功能地面移动机器人。制定了机器人的主要性能指标,对机器人底盘和搭载平台结构进行了设计,并给出了控制系统的构成;基于所设计的机器人搭载平台,讨论了多功能地面移动机器人的几种典型搭载模式,并采用经典力学方法对此机器人进行了底盘行驶力学和搭载平台运动力学分析。仿真结果表明,机器人能爬上30°的斜坡,搭载2套40mm口径火箭炮,实现所要求的越野越障和搭载多种作业装备的功能。

滚珠丝杠滚道误差测量与分析算法研究

该文研究了滚珠丝杠滚道几何参数的测量和计算方法。该算法将采集的数据点分割成滚道数据域和丝杠外径数据域,分别对这2个数据域进行拟合处理,得到滚道几何参数,并给出了评定方法。实验采用非接触式测量方式,通过采集丝杠滚道法向误差数据,实现对丝杠各个滚道参数的测量。该方法可以实现丝杠中径、丝杠外径、螺距、滚道跳动、滚道形状误差的测量与分析,与繁琐的手工测试手段相比,具有采集的数据点多、效率高的优点,得到的测量结果能更好地反映丝杠型面误差。

双螺母滚珠丝杠副导程误差与摩擦力矩关系研究

为了准确计算双螺母滚珠丝杠副的摩擦力矩,基于载荷和变形协调理论,分析了导程误差对载荷分布不均匀程度的影响,结合预紧力和滚珠形变提出双螺母滚珠丝杠副导程误差与摩擦力矩的关系模型。利用行程误差试验台测量不同精度等级丝杠的导程误差,并将各丝杠分别匹配同一套螺母、垫片、滚珠,组成丝杠副,测量滚珠丝杠副的摩擦力矩。结果表明,在考虑滚珠丝杠导程误差和滚珠载荷分布不均的情况下,导程误差与摩擦力矩呈线性关系,不同精度等级丝杠对应的摩擦力矩计算结果与试验值的相对误差为0~8.79%,均小于文献[6]模型的计算结果,从而验证了本文模型的有效性。

滚动直线导轨副的滚道中心距误差与承载性能的关系

静刚度和摩擦力作为导轨副关键承载性能指标,直接影响导轨副的运动精度及工作状态。基于赫兹接触理论,建立了滚道中心距误差与导轨副摩擦力和静刚度的模型,并结合理论计算模型与控制变量试验研究了导轨、滑块滚道中心距误差及滚珠过盈量对承载性能的影响规律,对比分析了滚道中心距不同误差情况下的摩擦力和静刚度。研究结果表明,静刚度相对误差为2.46%~8.20%,摩擦力相对误差为0.42%~11.33%。理论仿真值和试验实测值的一致性较好。