小型载具驱动电机性能仿真与试验研究

根据小型电动载具永磁同步驱动电机的特点和测试要求进行台架机械结构和数据采集模块设计,并利用被测电机与矢量控制(FOC)变频器搭建了电机性能测试台。通过控制被测电机的运行负载进行效率特性等试验,测试外转子永磁同步驱动电机的基本特性,同时通过ANSYS Motor-CAD软件进行电机电磁性能有限元分析。对比分析结果表明,被测电机的效率为80%~95%,有限元仿真和测试所得的驱动电机特性曲线基本吻合,验证了仿真结果的准确性。

微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究

目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律。结果当空泡半径被压缩至1μm左右时,空泡内部压强可达1000 MPa。通过对距离空泡壁1.5R_(0)处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需0.07μs就可从初始的1000 MPa迅速衰减至80 MPa。通过比较纯水介质与混合介质(SiO_(2)微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO_(2)微磨粒会使冲击波的最大速度由2976 m/s降至2681 m/s,降低率约为10%。通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果。对比分析了加入SiO_(2)微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了12.5%。结论证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素。该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值。

磨料水射流切削皮质骨断面形貌特征研究

为探索磨料水射流切削过程中对皮质骨材料的切削机理,提高切削断面质量,分别以石榴石、氯化钠为磨料对皮质骨进行切削,对比不同切削方向下断面粗糙度变化规律以及微观划痕特征.实验结果表明,断面粗糙度数值均呈现先减小后增大的特点,依据表面粗糙度数值将断面分为初始区、光滑区、粗糙区3部分.当使用磨料为氯化钠,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.74倍和1.70倍.当使用磨料为石榴石,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.41倍和1.55倍.切削过程中断面形成大量微米级划痕,对比氯化钠、石榴石2种磨料对断面划痕特征的影响,与石榴石相比,当使用磨料为氯化钠时,皮质骨切削断面划痕尺寸偏大,长度、宽度值跨度相近,划痕深度值跨度较大.

面向近红外成像超透镜的设计与仿真

由亚波长单元结构组成的超表面是近年来平面光学透镜的重点研究对象,而由超表面组成的平面超透镜与传统透镜相比,在相位调控、偏振操控、全息成像、负折射率隐身等领域有显著优势。鉴于平面超透镜的微型化、轻量化和易集成化等方面的优势,而传输型相位调控原理更加适于近红外波段的应用,且对入射光偏振态无特殊要求,本文采用时域有限差分方法(FDTD)设计并优化了一种硅基的近红外波段的超透镜。所设计的超透镜焦距为15μm,直径为20μm,所达到的数值孔径(NA)为0.56,聚焦效率为68.3%,适用于所有入射偏振且在目标波长为700 nm范围内聚焦性能优良。本文研究结果为实现近红外超透镜轻薄化和平整化提供了新思路,有望优化红外探测器镜头的设计,提高红外探测的效率。

基于改进型P-RRT^(*)算法的机器臂路径优化

针对机械臂在路径搜索过程中存在逆解计算效率低、扩展无方向和路径冗长的问题,提出了一种改进的P-RRT^(*)的运动规划算法。该算法利用利用位姿分离法对求逆的过程进行优化;再其次,在节点避过障碍物后接近目标点时,设计一种概率向的目标检测来减少算法无效的搜索,缩短路径长度;在搜索完成后使用优化剪枝策略进行重联接,删除冗余的采样点和进一步缩短路径长度。为了验证算法的优势,首先在二维环境下分别对已有和改进P-RRT^(*)算法进行仿真实验和性能分析,证明了改进算法能够快速有效地到达目标点,缩短了路径长度;最后利用机械臂开展了实验探究,证明了改进算法在机械臂上应用的优势。

改进鲸鱼优化算法在机械臂时间最优轨迹规划的应用

针对机械臂时间最优轨迹规划问题,提出一种改进鲸鱼优化算法的最优轨迹规划方法。首先把机械臂各个关节的角度、角速度、角加速度作为约束参数,在关节空间中采用五次多项式插值构造机械臂的轨迹,然后建立以机械臂运行时间最优为目标的目标函数,采用改进的鲸鱼优化算法(IWOA)来对时间进行优化,提高机械臂的运行效率。最后通过MATLAB进行仿真,结果表明,改进的鲸鱼优化算法相较于其它同类算法求解精度更高,收敛速度更快,并且经过IWOA和轨迹优化结合得到的机械臂的位移、速度和加速度曲线都是平滑的且没有明显的突变,验证了该轨迹规划方法的有效性。

基于Kriging模型的纵扭复合超声振动加工系统设计

将纵扭复合超声振动应用在加工刀具在切削难加工材料时,可改善工件表面质量和提高加工效率。为了使斜槽式纵扭复合超声振动系统的谐振频率和纵扭转换率达到平衡,对斜槽结构参数(长度、宽度、深度、角度和位置)进行优化设计。运用SolidWorks和Ansys Workbench建立参数化仿真过程,采用最优空间填充设计(OSF)进行试验设计,利用自适应细化的方法提高模型的精度,并结合仿真值来验证Kriging模型的模拟值。通过多目标遗传算法(MOGA)的全局搜索,实现在超声电源频率内(20kHz)输出较大的扭转振幅,进而对优化设计后的纵扭复合超声振动系统进行阻抗和振幅测试,验证了Kriging响应面模型的有效性。

基于改进混合粒子群算法的智能车间无人机巡检路径规划

智能车间无人机巡检路径规划是一种典型的室内无人机路径规划技术,通过无人机对车间各工作区域进行智能巡检来解决部分在工作区域发生的问题或者对发生的问题进行及时反馈。针对路径规划这一问题,以巡检路径最短为目标提出一种改进的混合粒子群算法,该算法将粒子群算法和遗传算法进行结合,通过对遗传算法进行结构优化以及寻找粒子群算法的最优参数组合,使之更易收敛于最短路径。仿真实验证明,相较于传统的粒子群算法,优化后的混合粒子群算法收敛能力得到了很大的提升。最终的模拟实验验证了该算法的可行性。

激光参数对硬质合金表面微织构几何结构影响规律研究

为揭示激光加工参数对硬质合金表面微织构结构参数的影响规律,采用纳秒激光器在YG8硬质合金表面制备槽形微织构,研究不同激光参数下硬质合金表面微织构凹槽宽度和深度变化规律,并进行了正交试验及二次响应曲面分析。分析结果表明:凹槽深度和宽度随激光参数变化的规律一致,都随激光功率和扫描次数的增加而变大,随扫描频率和扫描速度的增加而减小。四个激光参数中,扫描功率对凹槽宽度影响最大,其次是扫描频率和扫描速度,对凹槽宽度影响最小的因素是扫描次数;对凹槽深度影响最大的是扫描次数,其次是扫描频率和扫描功率,对凹槽深度影响最小的因素是扫描速度。

功率超声加工中空泡溃灭的冲击波特性分析

研究空化冲击波效应对于功率超声加工具有重要意义。为揭示功率超声加工参数与冲击波压强之间的关系,考虑声压在空泡压缩过程中的作用,建立冲击波压强模型。通过试验与数值方法,对超声声压在功率超声加工中的作用以及功率超声加工参数对冲击波压强的影响进行分析。在此基础上,对空泡在被加工固体表面附近球形溃灭产生的冲击波进行分析,结果表明:超声声压通过改变空泡的运动来影响冲击波压强的大小;冲击波压强最大值随着声压幅值的增加而增加,随着超声频率、润滑液表面张力系数的增加而减小;冲击波经过衰减后,作用于固体表面的压强仍然可以达到吉帕级以上。

聚焦声透镜对钛钽合金微切削的影响

功率超声振动加工钛钽合金时,空化微射流的数量与速度是微切削加工效率的关键影响因素,使用聚焦声透镜可以提高聚焦区域的声压和空化效率,加工效率随着微射流的数量和速度增大而增大。设计并制作了基于35kHz声源频率的菲涅尔衍射透镜,借助COMSOL软件对透镜工作环境进行模拟,确定最佳工作位置,透镜会改变超声场内声压分布,将声压汇聚在更窄范围内,透镜聚焦增益2~10倍。根据仿真结果进行的钛钽合金空蚀实验结果表明,相较于无透镜组,有透镜组的钛钽合金表面粗糙度变化更大,空蚀坑数量更多,坑深与径宽更大,可以认为菲涅尔聚焦声透镜对钛钽合金微切削有促进作用。

超声珩磨在发动机缸套光整加工中的应用研究

本文介绍了发动机缸套的新型加工工艺———功率超声珩磨的原理、特点、装置组成、关键技术。

功率超声珩磨缸套加工中谐振系统的试验研究

针对特种加工方法——功率超声振动加工中的关键技术——谐振系统的研究进行了一系列的试验研究 ,从变幅杆、弯曲振动圆盘。

提高发动机缸套表面质量的新工艺——超声振动珩磨

介绍了提高发动机缸套表面质量的新工艺———超声振动珩磨 ,并分析了超声振动珩磨的切削运动、磨粒性能及加工质量。对已研制成功的DY90摩托车铸铁缸体超声振动珩磨系统的应用效果进行了分析 ,论述了该系统的原理及结构特点。该项技术还可推广应用于微型汽车的铸铁缸体 ,为铸铁缸体珩磨开创了一条高效、高质、低耗的新途径。

超声珩磨加工技术中振动系统的试验研究

论述了超声波振动珩磨振动系统的原理,从变幅杆、弯曲振动圆盘、振子系统等方面进行了详细的介绍.作者采用试验的方法,分析研究了他们对谐振频率影响的变化规律,并通过振动试验分析了振动系统中的变幅杆、弯曲振动圆盘、振动子系统的振动效果,为今后研制、开发和推广超声珩磨装置提供了依据.

功率超声在微型车缸体加工中的应用

文中介绍了已研制成功的DY90摩托车铸铁缸体超声振动珩磨系统的应用效果 ,论述了该系统的原理及结构特点。该项技术还可推广应用于微型汽车的铸铁缸体 ,为铸铁缸体珩磨开创了一条高效、高质、低耗的新途径。

大功率超声换能器的研制

研究了功率超声换能器的设计方法。依据超声换能器理论建立数学模型 ,确定了功率超声换能器的工程设计方法 ,得出功率超声换能器的设计特点及参数。

功率超声珩磨空化试验分析

功率超声珩磨加工过程中会发生空化现象,为探究空化对被加工材料表面的影响,进行超声珩磨空化正交试验并针对凹坑最大直径、表面侵蚀率、表面粗糙度三个指标进行试验分析,这三个指标可分别表征单泡溃灭强度,整体空化强度及空化对材料表面质量影响,结果表明:空化造成材料表面微小凹坑,影响凹坑最大直径的主要因素依次为距离和振幅,距离越小,振幅越大,则凹坑最大直径越大;影响表面侵蚀率的主要因素依次为试验时间和距离;而振幅则对材料表面粗糙度的影响最大,在距离5 mm、振幅65%、试验时间1/3 min条件下,试样表面粗糙度降低,表面质量提高。因此,在一定条件下,空化效应有助于改善超声珩磨中工件表面质量,试验分析结果对超声珩磨实际加工具有借鉴意义。

IC基板传输机器人末端执行器结构拓扑优化设计

在半导体封装基板检测的传输过程中,末端执行器对其快速稳定高效率的传输起着关键作用。在满足设计强度、刚度的条件下,以末端执行器轻量化为目标,建立了末端执行器的三维模型,利用有限元分析软件ANSYS对基板传输机器人末端执行器进行静力学和模态分析,得到末端执行器在最大载荷情况下的应力、应变特性和对应的振型,并对其进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果建立新的末端执行器结构,对新的结构进行强度校核,验证设计方案的有效性。研究结果表明,优化后末端执行器的前四阶固有频率都大于伺服电动机的回转频率(50Hz),质量减少了26.7%,较好地实现了轻量化的目标,同时为后续的相关产品研制提供了一种新的技术方案。

超声振动外圆珩磨油石条运动及磨粒切削作用分析

磨削加工的本质是利用砂轮上的磨粒对工件进行的切削,超声振动外圆珩磨技术是利用油石条对圆柱体外表面进行珩磨作用,油石条同时受到旋转和往复的作用,使得固结在油石条上的磨粒发生特殊的运动形式,而由超声波所引起的振动作用加剧了磨粒对工件表面的作用,提高了效率和精度,为揭示该加工机理,文章研究了超声振动外圆珩磨加工过程中,油石条在圆柱体表面的运动路径,进一步讨论了固结在油石条上的磨粒在该运动过程中的切削作用。