基于非线性弹簧的圆锥滚子轴承建模与分析

为解决风机主轴承滚动体数目多、尺寸大,进行有限元分析计算量大、收敛困难的难题,提出一种基于非线性弹簧的圆锥滚子轴承有限元等效模型,滚动体沿轴线方向分片,各分片与滚道接触以及球基面与挡边接触的“载荷-变形”关系采用弹簧单元等效模拟,等效弹簧的刚度通过赫兹接触理论确定。以某兆瓦级风机主轴承为例分析了该模型滚动体载荷分布及套圈整体变形,并与实体滚动体接触分析计算结果进行了对比。结果表明:基于非线性弹簧的等效模型能准确反映轴承内部载荷分布及整体变形情况,大大缩减计算量,为风机圆锥滚子主轴承的设计与分析提供了理论依据和指导。

基于机构和机器组成原理的机构结构化正向设计方法

针对功能需求到结构方案的创新设计问题,提出了一种基于机构和机器组成原理的机构结构化正向设计方法。首先,基于状态变换空间方法,建立了基本机构单元库,设计了机构构型与尺度,求解了机构的多样化运动方案;然后,根据运动副的约束类型和性质,建立了运动副的几何约束构型,利用优化设计方法,设计了运动副结构方案;研究了复合构件的载荷、约束与结构尺度的关系模型,提出了复合构件的概念单元设计方法,设计了执行与传动机构及驱动构件;最后,遵循零件性能(强度、刚度)要求与工艺性准则,建立了机构单元结构及整机结构设计方法,并使用压力机进行了案例验证。研究结果表明:根据设计方法可得到5种一级机构、105种二级机构、735种三级机构及6种移动副方案和15种回转副方案,组合设计出的压力机方案可满足设计要求,验证了该方法的有效性,证明该机构结构化正向设计方法可为解决机构和机器创新设计问题提供新途径,缩短设计周期。

连栋温室分段变距喷雾机器人设计与试验

针对国内连栋温室缺乏植保喷雾机、机械走直定位与换轨转向精度低等问题,设计了一种连栋温室分段变距喷雾机器人,在实现无人化喷药的同时提高作业精度。为满足连栋温室机械作业路轨结合、精准切换的要求,提出一种通用型移动底盘,并确定其关键设计参数;为减少底盘上下轨时的偏移量,设计轨上矫正装置,通过分析计算及试验验证,确定其安装余量为4 mm;针对底盘对轨误差大的问题,提出一种二维码融合陀螺仪及光电传感器双向垂直寻迹的路面关键点定位与转向控制方法。设计分段变距喷雾装置,提出一种丝杆滑台驱动的喷杆变距方案,分析校验其驱动参数以满足工作要求;基于滚针轴承设计喷杆辅助防抖装置,减小因喷杆剧烈抖动带来的滑台与喷杆损伤。开发底盘运动及分段变距喷雾控制系统,实现喷雾机器人在连栋温室内的全程自动化作业。最后,对样机进行底盘性能与喷雾效果试验。底盘作业时直线行走与对轨误差平均值分别为4.8、5.8 mm,满足控制精度要求;避障距离为34 cm,满足安全性要求;防抖装置的安装使喷杆行进方向的抖动量从-1°~1.3°降低到±0.4°内,喷头方向的抖动量从±0.5°降低到±0.3°内,防抖效果显著;分段变距喷雾作业后,盛果期番茄叶片正面雾滴沉积量为1.76μL/cm^(2),反面沉积量为0.2μL/cm^(2),雾滴体积中径在100~180μm之间,满足作业要求。

新工科背景下机械基础实验课程思政的融合探索

课程思政对大学生世界观、人生观、价值观的形成发挥重要作用。在新工科建设的大背景下,实验作为实践的重要环节,同样需要发挥自身的价值。分析总结当前实验课程进行思政建设存在的问题,并给出了解决策略。最后结合“机械设计实验”教学实践从多个方面分析论述了课程思政内涵点落实的要点。在建设实践中积累了一些有益经验,具有一定的参考价值。

复杂零件结构设计的概念单元方法

提出复杂零件结构设计的概念单元方法,即几何与物理模型、概念构型与单元、强度与刚度、工艺与造型四部分。分析了复杂零件的应用场合和结构特点,建立几何实体与物理模型,包含联接与安装部位,设置工况载荷与约束,定义设计区域与非设计区域;采用结构拓扑优化方法获得在若干工况下零件实体内部的传力路线,综合多工况下传力路线和相关因素,构造出复杂零件结构的概念模型,并结合零件的载荷形式,综合考虑制造工艺性,选择合适的零件结构单元;依据零件的强度或刚度要求,使零件壁板和结构单元具有满足性能要求的尺度;同时,兼顾零件结构工艺性和视觉美学效果等因素,对零件结构形状和尺度进行工艺和造型再设计;以加工中心立柱和三级齿轮减速器箱体为例展示了结构设计过程,通过合理布置零件内部筋板、单元的结构形式和尺寸,为复杂零件的轻量化和科学合理结构设计提供有效方法。

机械运动方案设计的状态空间方法

提出了机械运动方案设计的状态空间方法,以基本变换单元为基础,建立了运动变换状态方程,提取了输入与输出特征矢量、运动传递函数与特征值,讨论了对偶矢量、状态变换矩阵及状态空间的性质,得到状态空间中运动变换特征矢量的运算规则,实现了把串联机械系统的运动方案设计问题转化为输入输出运动特征矢量在状态空间中的单环路径规划问题,通过状态空间中不同对偶点的连接方式可以获得相应的运动方案设计可行解,为机械运动方案设计提供一种新的有效方法。

回转副精度特性的弹性冗余空间机构模型

提出回转副精度特性的弹性冗余空间机构模型,将实际回转副中的弹性约束等效映射为多个从动件弹性冗余支承,实际回转副零件的几何误差特性等效映射为刚性凸轮轮廓曲面,形成以多组从动件弹性悬浮刚性凸轮几何轮廓的弹性冗余空间机构,从而较真实地反映实际回转副结构及其零件的几何、运动、材料物理性质与工况载荷特性等因素的耦合关系。建立弹性冗余空间凸轮机构的几何位移基本方程、静力平衡方程、物性方程,将回转副精度及其随位置和载荷变化的特性转化为弹性冗余空间机构的位移分析与静力分析求解问题,并给出典型回转副精度特性计算分析与试验测试对比示例,为机器精度分析与设计提供新的理论基础,也为机构学理论开辟新的应用领域。

球面四杆机构近似函数综合的自适应方法

给出了球面运动刚体上具有二次鞍点意义的近似圆点的定义,提出了球面曲线的自适应圆弧拟合方法,把实现给定函数关系的球面机构综合转化为球面上曲线的自适应圆弧拟合逼近问题,建立了球面运动近似函数综合的数学模型和鞍点规划求解方法,由此在理论上阐明了球面四杆机构近似运动综合问题存在最优近似解和收敛性算法。为了克服初始值选取和获得全局最优解等困难,采用了遗传算法的思想,算例表明可行有效。

平面四杆机构近似运动综合的自适应方法

给出了具有二次鞍点意义的近似圆点、近似滑点和近似束点的新定义，提出了简单曲 线的自适应拟合方法和法向误差的统一评价模型，建立了平面四杆机构运动不变量优化综合 的统一数学模型和通用的鞍点规划求解方法。将实现给定位置、轨迹和函数的多种类型平面 四杆机构的近似尺度综合全部归结为寻求相对运动平面上的近似圆点、近似滑点和近似束点 及其组合问题，并在理论上阐明了平面四杆机构运动综合问题存在最优近似解和收敛性算法 。

变胞机构及其综合的理论基础

分析变胞机构的工作过程与性质,归纳出变胞机构具有变化的多功能阶段、多拓扑结构、多自由度的三个显著特征。给出变胞机构的定义,讨论变胞机构的范畴和内涵,并分析容易与变胞机构相混淆的多自由度机构、机构组合、对称机构和运动限定机构等及应用场合。总结变胞机构的表达方式和变胞方法;提出变胞机构的工作阶段矩阵、变胞源矩阵和变胞矩阵的概念及构造方式,建立变胞机构在整个工作周期内各个工作阶段之间的内在联系及演变规律的数学模型——变胞方程,将变胞机构综合问题转化为多工作阶段机构型综合、变胞源机构型综合与变胞方程的求解问题,通过各工作阶段矩阵的集合运算产生变胞源矩阵和变胞矩阵,进而得到变胞源机构与变胞方式。列举几种可能的变胞方式,指出工作阶段机构与变胞源机构综合属于多解问题,给出变胞机构综合示例,讨论机构描述与型综合存在的问题,为变胞机构的研究和发展提供理论基础。

变胞多指灵巧手分析

对戴建生提出的新型的变胞多指灵巧手进行分析。该灵巧手与目前常用的机器手最大的不同在于它的手掌可以活动,并具有变胞功能。手掌的变胞增强了机器手的灵巧度并增大了工作空间。当手掌杆件静止的时候,每个手指都在一个平面内运动,由此提出手指操作平面的概念,从而将研究抓取姿态的问题转化为研究手指操作平面单位法矢量的问题。建立球面变胞手掌的全局坐标系,并得到3个手指平面的单位法矢量在此全局坐标系下的表示,然后将抓取姿态映射成为姿态直纹面。将机器手的工作空间分为手指和手掌两部分,着重研究后者,提出工作空间三角形的概念。工作空间三角形随着手掌的运动而变化,映射成为手掌工作空间直纹面后可以直观地了解其形状和大小的变化情况。

文洛型温室棚顶清洗机的研制与试验

针对国内文洛型温室棚顶清洗机械缺乏,人工清洗费时费力的问题,该研究设计了一种棚顶电动清洗机与配套换行作业平台,以实现对文洛型温室的自动清洗。为保证清洗机四轮行走的一致性,设计一种单电机两级减速同步驱动装置;针对电缆与水管收放过程中易发生堆积的问题,设计均匀卷线装置,对收放线过程进行分析,明确卷线半径与线速度的对应关系,优化卷线控制流程,满足了线缆、水管收放与清洗机往返同步的要求;为保证清洗辊刷对棚顶进行均匀可靠清洗,对刷毛与棚顶的接触过程进行了优化分析。样机性能测试表明,清洗最高行进速度为0.265 m/s,停机余量为28.4 mm;辅助换行平均时间为22.84 s,平台与屋顶对轨平均误差为1.6 mm。以薄膜透光率为指标,对清洗机的清洗效果进行试验,结果表明,在行进速度为0.25 m/s、辊刷转速120 r/min、水泵流量34 L/min的情况下,透光率为68%的薄膜经过清洗可提高到86%,清洗效果明显。该清洗机可以满足文洛型温室棚顶的清洗作业要求,对改善室内温光环境,提高果实产量与品质具有重要意义。

电动汽车行星齿轮式无级变速器建模与仿真

提出一种差动式行星齿轮式无级变速器,对其结构和原理进行了介绍,推导了其数学模型,结合某电动汽车,在Matlab的Simulink环境下,对此电动汽车的动力性能进行了仿真。仿真结果验证了本变速器和所建模型的可行性和正确性,为产品设计开发提供参考。

基于AVL-BOOST的混合动力汽车用Atkinson循环发动机

为了探讨Atkinson循环发动机相关性能,运用现有的理论知识对Atkinson循环进行分析,采用数值模拟的方法在一Otto循环发动机模型上实现了Atkinson循环。结果表明,采用Atkinson循环的发动机相对于Otto循环的发动机具有更高的热效率。

平面铰链四杆机构的运动几何学模型

以微分几何学为基础，提出了平面铰链四杆机构的运动几何学模型．对于众多类型的平面四杆机构的运动几何学问题，只需求解最简单的基本机构的位移方程；然后通过角度参量变换模式，便可求得运动几何学参数，为其应用及动态仿真软件的编制提供了理论依据．

含有C-C二副杆的空间机构自适应运动综合方法

提出了用球面像曲线和空间腰曲线来描述空间直纹面的几何性质,进而将含有C-C二副杆的空间机构近似运动综合转化为球面像曲线和空间腰曲线的自适应拟合问题,给出了近似球面像圆点、近似圆柱面腰点等定义,构造了球面像曲线的自适应圆锥拟合和空间腰曲线的自适应圆柱面拟合的统一数学模型,建立了含有C-C二副杆的空间机构近似运动综合的自适应方法,并给出了通用的鞍点规划求解方法,算例表明该优化方法是收敛的、有效的。

相伴曲面方法及其在机构运动几何学研究中的应用

将微分几何学中的曲线与曲线相伴方法发展到曲线与直纹面、直纹面与直纹面相伴方法，应用于机构运动几何学研究。分别以约束曲线和约束曲面为原曲线和原曲面，导出了连杆运动的瞬心线或瞬轴面及其不变量的表达式，揭示了其运动学意义，加之引入不动点、不动线和准不动线条件，完整地描述了连杆点和直线的轨迹与瞬轴面的内在联系。为机构运动几何学研究提供了新的有力工具。

ISG轻度混合动力电动汽车控制策略的制定及仿真

分析了ISG轻度混合动力电动汽车(ISG-MHV)的结构和功能,制定了发动机单独驱动模式、混合驱动模式、行车充电模式、再生制动模式的控制策略。在相关分析和设计的基础上,利用Matlab/Simulink对整车关键部件进行了建模。对所匹配的车辆动力性进行了仿真,并对其在NEDC循环工况下的燃油消耗量进行仿真计算。与动力性相似的普通汽车的燃油经济性进行对比,说明了ISG轻度混合动力电动汽车动力匹配的合理性、高效性和控制策略的有效性。仿真结果表明:该控制策略使ISG轻度混合动力汽车的油耗低于传统动力汽车。

移动公差在车身公差分配中的应用

为了提高车身的装配精度,必须在设计阶段根据车身的结构为冲压件分配合理的公差。阐明了车身公差分配的重要性,论述了公差分配技术在车身设计中的应用,对车身公差分配的流程给出了详细解释。提出了根据车身结构的特殊性,在某些特殊的结构使用移动公差,将其应用到某车型开发中,并在其中得到了验证。在满足产品装配精度和技术要求的前提下,制定了较合理的公差,从而降低了开发成本、减少了更改次数、缩短了开发周期。

空间机构中直纹约束曲面的性质分析

采用微分几何学的活动标架方法研究空间机构中的直纹约束曲面的性质及不变量与不变式，得到了一般直纹面成为定斜、定轴和常参数三类直纹约束曲面的充要条件，为空间机构分析和综合提供了理论依据。