3-TPT并联机构静刚度特性分析与仿真

以3-TPT并联机构为研究对象,从静力学分析入手,利用逆运动学雅可比矩阵获得机构的力雅可比矩阵,基于新刚度守恒矩阵,对机构的静刚度矩阵进行分析和求解。分析机构的工作空间以避免无关数据对分析结果的影响,以静刚度性能商为评价指标,利用Matlab软件对该机构静刚度进行仿真。通过机构静刚度仿真结果,可以清楚地观察刚度的分布情况,并获得刚度薄弱区域与最大刚度区域的位置,进而分析机构静刚度的变化趋势。这一研究对并联机构的静刚度性能评价指标的建立具有重要意义,其结论也可以用于并联机构尺寸设计及其结构优化。

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。

可重构3-RPR平面并联机构的静刚度研究

以3-RPR平面并联机构为研究对象,通过设计一种在驱动、被动和锁定3种状态之间相互切换的移动副和转动副锁定装置,实现机构的重构。对重构前、后机构的静刚度特性进行理论建模和软件仿真。通过锁定任意两个运动副的方式,实现机构的拓扑重构。根据动平台的运动状态对锁定方式进行分类,并建立机构的反向运动学模型。对机构的雅克比进行推导,并基于虚功原理,推导静刚度矩阵。最后,对重构前、后的机构进行静力学虚拟实验,对比分析实验数据。结果表明:拓扑重构可以提升平面并联机构的静刚度性能。特别地,动平台做定轴转动时,其静刚度的提升效果尤其明显。这为少自由度可重构并联机构的性能评价和参数优化提供了理论依据。

波箔片制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响

为探究制造误差对径向波箔轴承的影响,基于Timoshenko梁单元建立波箔片变形的简化模型,基于ABAQUS建立波箔片的实体模型,并对比2种模型下波箔片的静刚度。结果显示,Timoshenko梁模型和实体模型的波箔片静刚度曲线较为吻合,且均呈线性变化。建立径向波箔轴承的实体模型,对轴颈进行位移加载,分析轴承的静刚度特性。结果显示,在考虑摩擦时,轴承的静刚度存在明显的滞回特性。设计存在2种不同误差类型的径向波箔轴承,并对其静刚度特性进行分析,发现波高误差对静刚度的影响大于波距误差,且控制起主要支承作用的波纹的波高误差能够有效降低制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响。

环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟

对矩形丁腈橡胶件进行静态拉伸试验,通过对试验得到的应力、应变数据进行拟合,得到了Mooney-Rivlin超弹性本构模型参数,利用此本构模型对环形丁腈橡胶件进行静压缩有限元模拟,进行了试验验证,并分析了环形丁腈橡胶件的壁厚、外径以及温度对其静刚度的影响。结果表明:通过有限元方法模拟得到矩形丁腈橡胶件静态拉伸大变形阶段的力-位移曲线与试验结果相吻合,相对误差小于5%,表明Mooney-Rivlin超弹性本构模型可准确描述丁腈橡胶的超弹性特性;环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟结果与压缩试验结果的相对误差为13.1%,证明了该有限元方法的准确性;随着壁厚或外径的增加,环形丁腈橡胶件的静刚度减小;随着温度的升高,静刚度减小,但减小速率逐渐降低。

复合Mooney-Rivlin本构参数对轨道交通用橡胶减振件垂向静刚度的影响分析

选取合适的本构参数有助于提高橡胶小范围变形的有限元仿真的准确性。文章以轨道交通用某橡胶减振产品的橡胶体为研究对象,首先,利用哑铃型和等双轴试样拉伸试验获得橡胶的应力-应变曲线,拟合得到Mooney-Rivlin的本构参数;然后,利用Abaqus软件进行有限元仿真分析,分别考虑了单轴、等双轴和单轴+等双轴试验数据拟合得到的本构参数对产品垂向静刚度的影响,并与试验结果进行对比验证。结果表明,橡胶材料参数对橡胶减振产品的仿真结果有显著影响,复合Mooney-Rivlin本构参数能较好地预测产品垂向静刚度。

基于扣件内力的连续轨道垫板及组装静刚度检测方法

为了实现连续轨道下多组扣件弹性垫板及组装静刚度的同时检测,通过分析扣件弹性垫板及组装静刚度的实验室检测原理,搭建了连续轨道扣件弹性垫板及组装静刚度检测试验平台,制定了检测流程,理论推导了基于扣件内力的连续轨道扣件弹性垫板和组装静刚度的计算式。通过建立有限元仿真模型分析扣件节点受力,以及在不同加载位置下通过试验检测扣件弹性垫板及组装静刚度,验证方法的准确性和可靠性。结果表明,基于扣件内力的连续轨道垫板及组装静刚度检测方法误差在5%以内,可以为铁路现场连续钢轨扣件静刚度检测提供参考。

基于定位器的飞机大部件调姿系统静刚度

针对飞机数字化装配系统应具有良好姿态保持特性的要求,以典型的基于4个三坐标定位器支撑的飞机大部件位姿调整系统为研究对象,分析大部件在外力作用下,力与位姿变化之间的关系,建立系统的静刚度和单向刚度模型,有利于分析和评价系统的姿态保持特性.分析静刚度对系统精加工误差的影响,并得出系统设计过程中在考虑刚度要求时需要遵循的原则.采用有限元软件对模拟机身样件处于目标位姿时系统的静刚度进行计算,并与解析模型计算结果进行对比分析.结果表明,有限元法与解析法计算得到的系统静刚度基本相同,从而验证了解析模型的正确性.

网孔式弹性垫板动静刚度特性研究

弹性垫板在减缓列车与其走行基础相互动力作用方面具有重要作用,静刚度和动静刚度比是决定弹性垫板减缓性能的关键参数。针对一种新型蜂窝网孔式弹性垫板结构,建立三维有限元计算模型,并选用超弹性与黏弹性本构模型叠加的方式来模拟橡胶材料的力学特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,研究了网孔壁厚与孔径等关键参数的改变对网孔式弹性垫板动静刚度特性的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。研究结果表明:在网孔孔径不变的条件下,随着网孔壁厚的增大,弹性垫板的静刚度增大,动静刚度比减小;在网孔壁厚不变的条件下,随着网孔孔径的增大,弹性垫板的静刚度减小,动静刚度比增大;与静刚度相近的传统沟槽型弹性垫板相比,网孔式弹性垫板具有动静刚度比较低、最大应力值较小以及应力分布更加均匀的特点。因此,合理地调整网孔壁厚与孔径的大小可以使网孔式弹性垫板适用于刚度要求不同的轨道结构,并且将网孔结构应用于轨下弹性垫板可以增强垫板的传力特性,延长垫板的使用寿命。

牵引拉杆节点静刚度检测压头工装的优化设计

为了解决现有压头工装无法满足最新静刚度检测要求的问题,从工装与检测节点接触面形状,以及工装与压力机连接类型入手,设计出了新工装,并通过有限元与现场测试确定新工装是否满足要求。仿真与测试结果显示,在检测合格区间为0.80~1.50 mm,额定载荷为2.45~20.58 kN情况下,原工装的检测合格率仅为18.750%,而采用新工装的检测合格率为90.625%。研究结果表明,新的压头工装在进行静刚度检测时,可以在受力的情况下,通过主动适应,贴合节点外表面,使力垂直施加于被测件,使检测结果更准确,满足最新检测规定。

大型LNG船再液化设备基座静刚度分析及结构优化

为了保证大型液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)船再液化设备的基座在设备工作载荷作用下具有较高的抵抗变形能力,提高再液化设备运转过程中的安全性,以大型LNG船用再液化设备的基座所受载荷为基础,进行整个再液化设备的基座结构设计,并基于有限元分析软件进行刚度计算。计算结果表明:在工作载荷作用下,基座抵抗横向和纵向变形的能力较弱,在结构优化加强时,增加结构的板厚对整个基座的静刚度改善作用亚于增加纵向或横向支撑型材。研究结果可为船舶类设备基座结构的设计及加强优化提供一定参考。

车床静刚度测量系统试验研究与优化设计

为有效抑制外界振动对三向静刚度仪测量结果的影响,提高三向静刚度仪固有响应频率,提出了基于HyperMorph形状优化的三向静刚度仪设计方法。以一阶固有频率最大化为目标优化函数,构建三向静刚度仪形状优化模型,通过LabVIEW虚拟技术,利用优化后的三向静刚度仪对车床静刚度进行系统检测,前6阶振动固有频率和LabVIEW软件系统测量表明:优化后的三向静刚度仪的一阶固有频率较优化前明显提高,具有较好的振动抑制性能,且优化后的三向静刚度仪测量更精确。该方法对抗外界扰动的工程结构设计具有实际意义,且利用LabVIEW虚拟技术能够提高实验测试的自动化程度和测试效率。

基于模态理论的白车身静刚度计算方法

以线性系统的模态理论为基础,将简单矩形框架的弹性体模态与静刚度之间的关联性推广到白车身,推导出了具体的数学表达式,再以此为依据,通过有限元分析直接提取各阶弹性体模态参数,从而获取车身静刚度,改变了以往依靠柔度矩阵和大型试验来计算静刚度的方法。研究结果表明,模态理论方法和传统静力学方法所得到的静刚度相差在10%以内,说明白车身的整体静态柔度可以用模态柔度贡献量之和表达,且这种计算方法具有较高精度,能为低阶模态和刚度性能的目标设定提供参考。同时,各阶模态的柔度贡献量的大小可以作为低阶模态识别的重要依据。最后将有限元计算结果与白车身静刚度试验结果作对比,其误差控制在8%以内,其中由模态方法计算的扭转刚度误差低于3%,因此说明此次有限元分析是可靠的。

6-UPS并联机床静刚度的有限元分析和实验研究

用有限元方法分析一种 6-UPS并联机床的静刚度 ,基于 AN-SYS建立该机床的有限元模型 ,考虑了并联机床的支链和机架的变形 ,并利用 Matrix2 7单元来模拟铰链 ;通过 APDL语言实现有限元模型的参数化设计 ,计算出并联机床在工作空间内的刚度分布。静刚度实验表明了该模型的有效性。通过该有限元模型还可以对并联机床的动态性能做进一步分析。

3自由度柔性微机器人的静刚度分析

柔性微机器人要求具有很高的定位精度，而其静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对目前对柔性微机器人静刚度分析中存在的不足，采用了结构分析中的柔度矩阵法：首先建立起机构中柔性单元的柔度模型，同时通过不同坐标系间的转换和单元节点处位移协调方程和力平衡方程的建立，递推出机器人末端相对参考坐标系下的静刚度矩阵。最后，以3自由度并联柔性微机器人为实例分析了该机器人的静刚度。分析表明：利用柔度矩阵法分析柔性微机器人运动学问题不仅便于计算，更接近柔性机构的本质。

轿车白车身静刚度试验中若干问题的探讨

轿车白车身静刚度试验是获取静刚度值的重要手段,以国产某轿车静刚度试验为例,对于试验流程及方案选择等若干问题进行探讨,并提出试验基本流程与方案选择原则,研究结果可在较大程度上规范化静刚度试验流程,缩短试验周期。

立式加工中心静刚度细化试验与有限元分析

采用细化试验和有限元方法对某立式加工中心静刚度进行了研究。通过细化试验不仅测得了机床的三向静刚度,而且测量了主要零件的变形;对主轴箱的变形进行了细化试验,对结果进行了详细分析;测量了主轴箱滑块与立柱导轨结合面的变形,结果表明该结合面y向是薄弱环节。在Workbench中建立了机床静刚度有限元模型,通过与试验数据的对比验证了有限元模型的准确性。

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人静力学及其微动平台的静刚度分析

并联微动机器人通过弹性铰链的弹性变形实现终端平台的微运动,静力学和静刚度是微动机器人必须解决的问题。充分考虑弹性铰链的弹性反力/力矩,对6-PSS并联微动机器人进行静力学分析,建立了压电陶瓷驱动力与微动平台外载的关系模型,并定义了微动机器人的驱动刚度矩阵。基于并联微动机器人的特殊性,定义了微动平台的刚度,通过静刚度分析推导出了微动平台刚度矩阵,为并联微动机器人结构刚度设计、弹性铰链刚度综合和动力学分析提供了理论基础。

平面2自由度并联构型静刚度分析和设计

在建立支链子系统、机架子系统和整机刚度模型的基础上,分析评价了一台4自由度混联机床并联部分的刚度。分析结果轴承是影响机床刚度的薄弱环节,x方向刚度变化较大,影响机床的加工精度。提出了刚度变化率指标,分析了工作空间x方向刚度变化率的影响因素。完成了以静刚度变化率为指标的优化设计,为机床刚度优化和设计提供了理论依据。

全柔性并联机器人支链静刚度矩阵的建立

设计了一种新型非对称全柔性3-RRRP平移微动并联机器人机构。在柔性铰链静刚度矩阵及柔性移动副静刚度矩阵的基础上,先建立该微动机器人机构单个支链的一般模型,利用坐标矩阵变换(D-H矩阵变换)的方法,推导出一般支链静刚度矩阵求解的理论过程,进而求得该支链端部的静刚度矩阵。最后,通过理论计算一简单模型,并用ANSYS对理论计算结果进行模拟。模拟结果显示,理论计算的静刚度矩阵与模拟结果很相近,说明一般支链静刚度矩阵理论推导过程具有一定的准确性。