基于瞬态动力学的汽车传动轴轴管仿真分析

针对汽车传动轴轴管在实际工况下的强度和塑性要求,采用计算机辅助设计和有限元软件对传动轴轴管进行瞬态动力学的等效应力、定向速度和结构变形仿真分析,得到塑性、变形、应变等非线性的特性分析结果和随时间变化曲线。仿真结果表明,在载荷施加到第3 s时,传动轴轴管的X方向等效应力最大为2.8065 MPa、定向速度最大为6.4526×10^(-3)mm/s、X方向结构变形最大为1.4017×10^(-3)mm、Y方向结构变形最大为2.1518×10^(-3)mm,均符合赫兹理论要求。该文仿真分析获得的传动轴轴管载荷特性,可在设计阶段评估汽车传动轴轴管的强度和塑性是否满足设计要求并进行结构优化,为进一步提升汽车传动轴轴管的结构设计合理性提供有益借鉴。

塑料挤出复合机分配器流道仿真优化

针对塑料挤出复合机的分配器流道容易出现塑料熔体滞留时间较长、烧焦等问题,对塑料挤出复合机的分配器流道进行仿真优化。采用质量连续性方程、动量控制方程、四面体网格划分、Carreau模型、仿工况模拟VOF模型、单相流模拟仿真等方法,建立几何模型、数学模型、材料本构模型、内流道网格划分模型等分配器流动仿真模型,对分配器内流道2种塑料熔体的流动过程进行仿工况模拟仿真分析;掌握2种塑料熔体在分配器内流动过程中的速度分布、压力分布等情况,并对分配器原始结构进行压力分布、流线分布、速度矢量分布、出口处流场分析等单相流模拟分析,得到造成熔体滞留的3个主要区域。针对横向扩展段边角处、三股熔体交汇处、靠近出口处等3个主要区域,提出横向扩展段边角处增加导流装置、调整熔体交汇处控制刀具偏角、去掉出口处小台阶等分配器流道结构优化方案,通过对比优化前后结构的压力分布、流线分布、速度矢量分布等单相流仿真结果,发现优化结构明显好于原始结构,分配器流道的压力分布更加均匀,能大大减少这3个区域的熔体滞留,从而能够有效提高挤出塑料复合薄膜成品的质量。

高速线材吐丝头结构仿真与优化设计研究

针对高速线材轧制生产中吐丝机普遍存在振动值较大、连续运转稳定性较低、吐丝圈形不稳定等问题,对吐丝机关键部件吐丝头进行仿真优化研究。采用模态分析动力学控制方程、动平衡计算方程等,建立几何模型、有限元模型、运动学模型等并进行临界转速分析、模态分析和动平衡仿真分析,掌握吐丝头振动值较大的主要原因。为在设计阶段尽可能消除吐丝头的动平衡量,利用有限元仿真软件对原吐丝头进行模态分析,获得原吐丝头的第1阶临界转速为72.2 r/s,高于最高转速40 r/s,可按刚性转子对吐丝头进行动平衡。利用动力学仿真软件建立吐丝头的虚拟样机,对其进行双面动平衡仿真分析,获得吐丝头在两个校正面上所需的校正质量,并根据安装位置设计配重结构。通过对吐丝头进行动平衡优化,吐丝头在两个校正面的动不平衡质量分别由优化前的8.199 1 kg、6.655 4 kg下降为4.843 9×10^(-4) kg、3.603 8×10^(-4) kg,且1阶临界转速由72.2 r/s提升为72.75 r/s,满足设计要求。最后,将优化后的吐丝头安装在吐丝机空心轴上进行现场在线动平衡测试实验,吐丝头在线动平衡初始不平衡量为27.4 g,相位为232°,两个轴承位置测点的水平振动幅值分别为1.02μm、6.63μm,均小于10μm,满足设计要求。

高速电主轴轴承接触特性仿真研究

轴承是高速电主轴核心的回转部件,准确地进行接触特性分析计算和预测高速电主轴轴承的寿命,是保证高速电主轴可靠、稳定运行的关键。为此,研究了高速电主轴角接触球轴承的接触特性并进行仿真分析,考虑电主轴的高速及超高速运行工况因素,建立了高速电主轴角接触球轴承的三维几何模型、力学模型、受力模型和有限元分析模型。进行了角接触球轴承在载荷与约束下的等效应力、接触应力和径向变形等静力学仿真分析,结果说明内圈与滚动球体接触部位的总体变形量较小,轴承内圈的接触应力均大于外圈的接触应力,外圈的总体寿命稍高于内圈,滚动球体与内外圈非接触部位寿命高于其接触部位,能够满足实际使用要求,并且得到角接触球轴承接触特性规律,对进一步研究角接触球轴承疲劳寿命延长具有重要的理论意义和工程应用价值。

高精度数控机床的导轨平行度测试方法研究

基于平面度、直线度、平行度的测量及评价原理,对有效行程2 000 mm精密导轨平行度进行测量,并对导轨工作台单个滑块及组合滑块的角度偏差、直线度及导轨平行度进行理论分析和实验验证。结果表明:在相同的环境和装配工艺等条件下,水平面内滑块的角度偏转方向和趋势基本一致,滑块的最大角度偏差相近;组成导轨工作台的4个滑块在水平面内直线度曲线趋势相同均为中间凹,竖直平面内直线度受装配锁紧力和角度偏差的影响,角度偏差的转动方向相同,但趋势稍微有差异;组合滑块直线度的方向与单个滑块直线度的方向一致,因滑块组合后受力的平均效应作用,在竖直面和水平面内组合滑块直线度比单个滑块直线度好;以基准导轨与副导轨的直线度斜度代数运算的绝对值评价导轨间平行度的方法,可为精密导轨平行度的测量提供依据。

基于有限元建模的摩托车车架结构静强度分析及改进设计

应用有限元分析计算软件建立摩托车车架有限元模型,进行了结构静强度分析、模态分析、改进前后对比分析和应力测试实验,提出了车架结构优化改进方案。分析结果显示,改进后车架整体应力值有所下降,上横梁管与加强板连接处应力集中现象得到很大改善,车架整体变形量较改进前减小,具有良好的减振效果,舒适性较好。通过对车架这一摩托车关键部件的有限元分析和结构优化改进,为摩托车的开发设计打下了坚实的随机动态仿真基础,摩托车的整体设计将依托这一基础,应用计算机辅助工业设计进行三维数据模型建立、验证和修改,可以大大缩短工作流程,提高工作效率和数字化集成水平。

摩托车轮毂结构优化设计研究

应用专业分析计算软件建立摩托车轮毂有限元模型,进行轮毂结构静强度分析、优化设计前后对比分析,提出了轮毂结构优化设计方案。分析结果显示,优化设计后的前、后轮轮毂具有较好的强度和刚度,在三种载荷作用下受力情况均优于优化设计前的轮毂。通过完成轮毂这一摩托车关键部件的结构优化设计,可为摩托车的整体创新设计打下一个坚实的基础,大大加快摩托车设计制造的过程。

基于拓扑优化的发动机支架的结构设计

在Hyper Mesh中建立了汽车发动机的安装支架有限元模型,利用Radioss求解器进行强度分析计算。运用Opti Struct优化分析软件对发动机支架在满足最危险工况的要求下进行了拓扑优化,根据拓扑优化的结果确定支架的材料合理布局方式,最终在满足设计要求的情况下成功确定了合理的设计方案。

一种机器视觉的灾后救援机器人系统设计

针对灾后现场地形环境复杂且危险性大的特点,提出一种基于机器视觉的灾后救援机器人(RWTT-I)系统。机器人由视觉控制系统、两个相同的可变形双曲柄(parallelogram double crank,PDC)模块和轮履替换(replaceable wheeltrack,RWT)模块组成。每个PDC模块都可以独立的通过变形越过台阶、壕沟等障碍物,RWT模块在驱动力作用下能以轮式和履带式两种运动模式在各种地形环境下运动,通过视觉系统确定障碍物的位置尺寸来控制机器人调整PDC或RWT模块来越障救援。机器人系统成功的进行越障实验,表明了其越障性能能够满足灾后救援机器人的项目要求,具有很大的应用价值和推广意义。

基于激光视觉的薄板焊缝跟踪方法研究

由于示教型焊接机器人在进行汽车薄板件连续焊工艺时存在装夹误差和热变形等问题,导致焊缝实际轨迹与示教轨迹存在较大误差。为提高焊接质量,基于焊接机器人构建激光视觉焊缝检测跟踪系统,提出基于目标估计准则的焊缝跟踪算法,实时跟踪焊缝中心点三维位置变化。以传统图像处理法提取初始帧焊缝特征点,通过改进的孪生神经网络对强干扰下的焊缝特征点进行跟踪提取。通过坐标转换得到机器人基坐标系下的焊缝中心特征点三维坐标。结果表明:该算法能精确提取跟踪焊缝特征点,平均误差为0.48 mm,平均帧率为90帧/s,优于传统图像处理方法和基于相关滤波的方法,能够实现快速准确的跟踪。

基于有限元建模的液氦罐分析设计研究

通过采用专业分析计算软件建立液氦罐的有限元模型,分析得到了薄膜应力强度和弯曲应力强度的大小,验证了该液氦罐的设计满足强度条件要求,从而解决了此类压力容器无法按相关标准进行常规计算分析的问题,可作为实际设计制造的理论参考。

一种机器视觉的瓶罐缺陷检测系统设计

针对目前瓶罐缺陷检测依赖人工检测的低效率、低质量和不稳定性等问题,设计了一种基于机器视觉、多传感器融合的瓶罐缺陷检测系统。通过多传感器融合,相机对不合格瓶罐缺陷产品进行图像采集,采用VS2010配合Open CV库对图像进行一系列数学形态学的分析处理,并将结果反馈在控制端,经过剔除装置剔除不合格产品到收集箱。该系统成功地与人工进行检测试验对比,且能有效地对瓶罐产品进行高效率、高合格率的检测,达到了瓶罐产品封装检测生产线自动化的要求,具有一定的应用价值。

一种转台式多工位表面自动喷涂系统设计

为更好地解决工件表面喷涂不均匀、自动化程度较低及喷涂质量不稳定等问题,设计一种转台式多工位表面全自动喷涂系统。该系统由装有喷枪的六轴工业机器人、大转台和小转台组成的圆形12工位转台以及基于PLC的控制系统组成。系统可根据工件尺寸大小,调节大转台和小转台对于每一个工位的公转速度和转台合适的转动角度,设定合适的工位转台自转速度或角度和工业机器人喷枪移动速度,确保在设定时间内完成12个工件的表面喷涂。该系统采用模块化结构设计,可靠性高,应用前景广阔。

高速电主轴冷却系统DOE优化

高速电主轴是高性能数控机床的关键功能部件,对高速电主轴的热传导理论模型进行了研究,利用基于模型的试验设计(DOE)与优化方法,建立了电主轴冷却系统DOE分析流程。通过对影响冷却系统性能的4个变量进行正交试验,明确了影响电主轴温升的主要因素,为高速电主轴的冷却结构优化提供了指导。通过冷却系统DOE实验,大幅节省了实验资源,提升了工作效率,缩短了产品研发周期。

超大型压铸机机座的优化设计

针对DM3500超大型压铸机机座超重、制造成本高的问题,开展变密度拓扑优化算法和尺寸优化算法联合进行机座优化设计技术的应用研究。通过有限元法计算了4种工况下机座的刚度,进而以刚度为约束条件,进行机座拓扑优化,并根据优化结果中的单元相对密度云图,减少初始设计中18块钢板;在此基础上,建立机座的尺寸优化模型,根据优化结果中的单元厚度分布云图,确定了最终机座优化设计方案。将优化方案与初始设计进行相同工况对比研究。结果表明,优化设计后的机座刚度和强度均满足设计要求,实现质量减少5.98t,减重31.6%,减重效果显著。