Kinematic Modeling and Characteristic Analysis of Eccentric Conjugate Non-circular Gear & Crank-Rocker & Gears Train Weft Insertion Mechanism

A novel weft insertion mechanism named eccentric conjugate non-circular gear & crank-rocker & gears train weft insertion mechanism was proposed in order to better meet the requirements of rapier loom's weft insertion mechanism as well as reduce the manufacturing difficulty. Meanwhile, based on the working principle of this mechanism, kinematical mathematic models of this mechanism were established and an aided analysis and simulation software was compiled. The influences of eccentricity ratio, deformation coefficient, and other important parameters on the kinematics characteristics of this mechanism were analyzed by using the software. A group of preferable parameters which could meet the requirements of weft insertion technology were obtained by means of human-computer interactive optimization method. The maximum velocity, maximum acceleration, and variation of acceleration of this mechanism are smaller than those of the conjugate cam weft insertion mechanism applied on TT96 rapier loom under the conditions of the same unilateral total stroke of rapier head and the same rotary speed of loom spindle; meanwhile the other demands of weaving technology can be met by this novel weft insertion mechanism.

Kinematic Analysis and Test Study of Elliptic-Gear and Crank-Rocker Beating-Up Mechanism

In order to analyze the kinematic performances of elliptic-gear and crank-rocker(EGCR) beating-up mechanism, kinematic mathematic models of the mechanism were established, and an aided analysis and simulation software were compiled. This software can display the kinematic characteristics and simulation motion of the mechanism according to different parameters. It also supplies a platform for human-computer interaction. A group of satisfactory parameters were selected by the software. A test bed of EGCR beating-up mechanism was developed according to these parameters. The kinematic performances of the mechanism were verified by high-speed video tape recorder.

曳引摇枝式板栗落果装置设计与试验

针对当前丘陵山地板栗采摘困难、人工收获工作强度大、采收效率低等问题,设计了一种由柔性钢丝绳曳引振动的小型摇枝式板栗落果装置。建立板栗果实-果枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到板栗果实振动脱落切向加速度为285.36 m/s~2,得出影响板栗果实脱落的主要因素为果枝振动频率、振幅、振动时间;进行板栗果枝振动特性试验,用Default Shaker液压振动台以0~30 Hz扫频方式确定垂直方向上板栗果枝共振频率,并在频率7~15 Hz段进行驻频试验,得出振动落果较优频率为10~12 Hz。根据果枝振动试验结果,利用ADAMS软件对摇振机构进行仿真,结果表明,摇杆振幅大于95 mm时,果枝末端加速度可满足板栗果振动脱落的加速度条件,确定了落果装置参数设计的合理性。设计了三因素三水平正交试验,试验结果表明,板栗落果最佳作业参数组合为摇振频率11 Hz、振幅135 mm、摇振时间30 s,此时板栗落果率为91.9%,树皮损伤率为8.8%,满足农业机械推广鉴定标准中树皮损伤标准。

基于曲柄摇杆机构的仿生海扁虫水下机器人

针对现阶段MPF波动推进模式仿生机器人在体积、灵活度、运动性能等方面研究较少的问题,设计出了一种仿生海扁虫水下机器人。该机器人使用了一种无急回特性的曲柄摇杆机构作为动力传输零件,通过可传动柔性骨架实现动力的传输,带动鳍条往复摆动,形成稳定的波形推动机器人前进。进一步,通过对曲柄摇杆机构的理论计算和尺寸设计得出实际模型,运用SolidWorks Motion运动仿真进行无急回特性的验证。最后,通过3D打印件等材料制作仿生海扁虫机器人样机,进行水下运动试验,以此验证该设计可行性,在有效减小机器人体积和自身质量的同时,具有更佳的运动性能。

智能手指关节功能康复训练器创新结构设计

因运动、年龄老化等因素导致手指功能损伤患者数量不断增加。针对这类人群进行手指康复器的设计,与传统康复产品相比,具有控制简单、方便、成本相对较低特点。通过分析仿手指运动的自由度,建立了曲柄摇杆机构,可以应用于手指康复器的结构设计;以主要机械构件和手指关节转动角度为参考因素,得出了机构的运动轨迹,在此基础上,得到各机械构件的合理尺寸,从而完成对机械构件的结构设计。通过模拟手指拉伸、弯曲来实现手指的康复功能。通过分析运动的角位移、角速度使得所得的机构更加符合手指的合理运动范围。运动仿真实验表明,该机构能带动手指在一定角度范围进行弯曲拉伸运动,可以满足手指损伤患者的康复训练需求。

振动式大葱分苗装置设计与试验

为了解决大葱秧苗移栽机需人工分苗的问题设计了一种振动式大葱分苗装置,原理是利用斜抛运动的原理,通过曲柄摇杆机构施加一个振动,将堆叠的大葱秧苗分离开来。首先,分析大葱秧苗状态和运动,确定了锯齿板高为10.6mm、长为21.2mm,曲柄半径为13.4mm;其次,对大葱秧苗进行运动仿真,得到不同因素对分苗效果的影响范围;最后,以分苗率为评价指标,以电机转速、摇杆长度、单次投苗数量为试验因素进行三因素三水平的正交试验,确定较优的参数组合。用Design-Expert软件分析得到:在连杆长度为373.943mm、单次投苗数量为15棵、电机转速为368.027r/min时,分苗率达到最佳为78.20%,满足工作要求。

基于多柔体动力学的葡萄挑藤机构参数优化与试验

针对目前中国北方露地葡萄栽培区缺乏春季葡萄藤上架作业机械的问题,该研究提出了曲柄摇杆式挑藤机构,该机构采用曲柄摇杆结构带动推藤杆和挑藤杆运动,推藤杆用于聚拢葡萄藤,挑藤杆按照既定轨迹进行挑藤。采用Matlab软件对挑藤杆的挑藤轨迹进行了参数优化,得到较优的挑藤轨迹。通过物理试验和计算确定了挑藤机构的弹簧预紧力、弹性系数等结构参数,分析了挑藤过程。其次,基于多柔体动力学(multi-flexible-body dynamics, MFBD)仿真技术建立了葡萄藤的柔性体模型与挑藤作业模型,以前进速度、弹簧预紧力和曲柄转速为试验因素,以平均挑藤角度和角度变异系数为评价指标,设计Box-Behnken仿真试验并进行回归分析。依据多目标优化原则,得到最佳参数组合;进一步基于土槽试验,验证曲柄摇杆式挑藤机构优化结果的准确性。仿真优化结果表明,当前进速度为0.2 m/s,弹簧预紧力为128 N,曲柄转速为67 r/min时,其平均挑藤角度最大、角度变异系数最小,分别为40.6°和6.0%。土槽试验的挑藤机构平均挑藤角度为43.2°,与仿真挑藤角度相对误差为6.4%,角度变异系数为14.8%。土槽试验结果表明仿真优化结果可靠,挑藤角度准确且挑藤均匀性较好,满足葡萄藤上架的角度要求。该研究可为后续葡萄藤挑藤绑藤一体机的研制提供参考。

往复直插式麦冬播种装置的设计与优化

为了改善川麦冬播种条件,提高播种效率,基于麦冬苗特性和农艺要求,设计了一种基于曲柄摇块机构的往复直插式麦冬播种装置,实现了以单个电机作为唯一动力完成从苗盘中取苗和播种的动作。运用Matlab编写了播种装置的运动学辅助分析软件讨论部分机构参数对运动轨迹的影响并得到了较优初始值,以理想的播种运动轨迹作为目标对参数进行优化得到了最优结果。运用Solidworks和Adams进行建模仿真,验证了优化结果的可行性。该研究可为麦冬播种机的设计提供理论参考。

Roll-to-roll薄膜烫装拉链机封烫机构设计与优化

针对传统薄膜烫装拉链机制成的预制袋只适用于人工包装的问题,设计一种可再封拉链自动封烫装置。设计曲柄摇杆与双曲柄滑块的组合机构作为封烫机构主传动,弹簧缓冲烫压机构作为执行机构,运用动力学分析,确定机构参数;为减小薄膜融烫张力,增加融烫时间,设计最优曲柄摇杆机构极限角ψ,采用粒子群算法优化曲柄摇杆机构参数,并在Adams中验证机构设计准确性。优化后,封烫机构主传动总行程减小22.45%,间接减小薄膜融烫张力;融烫时间增加12.75%。由Adams分析可知,单根弹簧受力逐渐增加到最大值,起到缓冲作用,同时弹簧最大振幅仅为0.3 mm,满足设计要求。研究结果表明在封烫温度、压力一定时,封烫质量明显提升。研究为自动封烫装置在包装领域的开发应用提供理论支持。

油菜机械直播铲锹式种床整备机振动特性分析与结构改进

针对油菜机械直播铲锹式种床整备机作业时机组振动大,易导致关键零部件磨损、降低整机可靠性的问题,该研究利用Coco-80动态信号测试分析系统对机组在怠速和田间作业工况下的振动加速度进行测试,采用时域和频域分析相结合的方法,确定了两种工况下不同位置测点的振动加速度大小及机组主要激振源,并以此为依据提出了通过优化曲柄相位角排列方式降低整机所受合惯性力、合惯性力矩,减小铲锹式种床整备机振动的方案。进一步地,基于质量代换法建立了整机共10组曲柄摇杆机构的惯性力、惯性力矩受力模型,运用MATLAB软件分析得出整机受到合惯性力、合惯性力矩最小的曲柄相位角排列方式,在此排列方式下,整机合惯性力基本平衡,绕x、y轴的合惯性力矩绝对值均值分别降低了37.40%、30.09%。对改进后的机组在振动较大处采集加速度时域信号,与改进前相比,测点振动总量在怠速和田间作业工况下分别降低了36.42%、31.97%。该研究可为基于平面连杆机构群的农业机械减振研究提供参考。

一种苦草种植湿地生态修复机械的设计

针对湿地水体富养化这一生态环境问题,基于苦草可以通过吸收水中的氮、磷等元素来治理水体的这一特征,设计了一款苦草种植湿地生态修复机械设备。该设备总体结构包括驱动部分、储苗部分、送苗部分、苗板部分和植苗部分五个模块,通过运动传动机构和植苗机构的设计,确定了苦草种植机械的总体结构数据。设备采用曲柄摇杆机构中的连杆构件作为执行构件种植苦草,避免了摇杆构件的急回特性,解决了以往苦草种植的成功率不高、运动不平稳的问题,同时装置还采用电路控制手段实现各模块的独立运动和总体协调运动。经过现场操作和实地测试,实现了小车行走、运输、种植苦草等预想目标,对提高工作效率、减少人工成本、降低水体富营养化等具有重要意义。

仿生挖掘机器人结构及运动特性研究

为了更好地完成仿生鼹鼠挖掘机器人地下挖掘工作,文中对挖掘过程的运动轨迹进行了分析,提出了一种由曲柄滑块机构与曲柄摇杆机构组合构成的挖掘机构。为分析挖掘机构中不同长度的曲柄摇杆机构连杆对机构运动状态的影响,采用动力学软件ADAMS分析了一个运动周期内挖掘机构的运动特性随时间变化的运动规律,并采用双摇杆机构进行对照,确定了选用曲柄摇杆机构的优越性,选取了构成挖掘机构的最优长度组,并确定了曲柄滑块机构对曲柄摇杆机构的运动影响。结果表明:构成曲柄摇杆机构的连杆长度组合为80 mm与46 mm时,挖掘机构的工作范围更合理,运动过程中各个阶段的速度、加速度变化趋势更平稳,并且能够满足机构的设计要求,该机构能够为挖掘机器人研究提供理论支撑。

基于曲柄连杆传动的舱口盖启闭装置多体动力学仿真

舱口盖启闭装置是保证舰船安全的重要分系统,其运动控制技术是实现船体水密和装甲防护等功能的关键。本文基于多体运动学和动力学理论分析,建立曲柄连杆结构舱口盖启闭装置的动力学仿真分析模型,进而结合各种海况下的经验方程对舱口盖进行受力分析,计算得到了装置中曲柄连杆机构各个部件在开关盖过程中的支反力、转矩以及输出功率等参数,为曲柄连杆传动模式的舱口盖启闭装置结构优化及电机选型提供理论依据。

格拉斯霍夫定理的另类表述和另类证明

格拉斯霍夫定理是德国机械工程学家格拉斯霍夫(Grashof)于1883年提出的著名定理。文中用中国人的思维和逻辑方法对格拉斯霍夫定理重新进行了表述。这种表述方法虽然与主流书籍上的表述方法有所不同,但实际上更准确和更易被人读懂。文中还用纯粹的平面几何学方法证明了这个定理,这种证明方法也更易被人接受。

基于ADAMS的包装箱翻转装置优化设计及仿真分析

针对人工翻转包装箱时存在劳动强度大、效率低等问题,设计了一种包装箱自动翻转装置,采用两组曲柄摇块机构将气缸活塞杆的往复移动转换为左、右翻板的90°翻转,实现了包装箱的两次90°翻转功能。为减小装置翻转所需的气缸最大驱动力,利用ADAMS软件在给定的设计变量范围内对优化目标进行求解。研究结果表明,翻转机构优化后,初始翻转抬升瞬间所需最大驱动力减小了25.6%,仿真分析验证了优化后的机构参数满足预期要求和结构设计需要,工作效率得到了有效提升。

用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置

针对林幼苗栽植环节在实际治理过程所存在的环境恶劣、人力成本高、工作效率低等问题,本文设计了一种用于林幼苗栽植挖坑的耦合装置,该装置利用曲柄摇杆机构进行上下动作、基于双摇杆机构进行开合、联合使用耦合的双摇杆机构及反平行四边形机构。该装置采用一机多用的方式,不仅减少了人力成本和劳动强度,而且节约了机器使用的维护成本。

基于曲柄摇杆式的马桶蹲坐起身辅助装置设计

针对老人或腰部受损患者在入厕过程中蹲坐困难的情况,设计一款曲柄摇杆式的马桶蹲坐起身辅助机械装置。该装置应用机械结构设计、运动过程设计、控制系统设计、三维仿真与动画模拟等方法进行前期设计,通过机械加工、部件组装与调试等进行实物制作,经实践测试与改进,各功能达到理想效果。

基于红外检测技术的精播机设计

为了实现播种间距的精确控制,基于曲柄摇杆机构和红外检测技术,设计了精播机。变量播种器基于曲柄摇杆机构设计,通过步进电机带动丝杆,改变曲柄长度实现传动比改变,进而控制播种间距。建立了变量播种器传动比和播种间距模型,进而建立变量播种器步进电机角位移和播种间距模型,实现播种间距控制。采用两组红外传感器设计播种间距检测系统,当有种子下落时,记录相邻两下落种子时间间隔Δt,结合播种机前进速度,计算红外检测播种间距。对红外检测系统和播种间距控制系统进行测试,结果表明:检测率分布区间为97%~99%,播种合格率分布区间为96%~91%,变异系数分布区间为6.2%~13%。

基于Creo骨架模型的摆布机构自顶向下设计

在设计新型染整设备过程中,为了了解印染设备摆布机构码放整齐的结构原理,研究曲柄摇杆式摆布机构理想的设计方法,通过分析机构的运动原理与几何图形,推导出摆布长度、摆角、摆臂半径等尺寸参数与曲柄摇杆摆布机构四杆长度之间的关系及设计计算方法。分析自底向上设计方法的不足,介绍了自顶向下设计理念的优势,并结合摆布机构的设计详细介绍了基于Creo骨架模型的自顶向下设计方法,最终完成实体零部件的设计,并且完成摆布机构的运动仿真。实践证明:利用Creo骨架模型自顶向下设计可以有效地提高设计以及更改效率,提升设计质量。

偏心圆弧面磨削自动摆动机构设计

针对诸如逆止器楔块等机械产品中的一些零部件存在偏心圆弧面而不能整周回转加工的问题,设计了一种利用磨床动力自动摆动1/4圆周的磨削机构,为偏心圆弧面的磨削加工提供一种新的加工方法。