减速机及螺栓刚度对机械臂动态性能的影响

串联型6自由度机械臂末端刚度比较差,在高速运动过程中会出现严重的抖动问题,尤其是在起停阶段该问题更加突出。设计阶段为了避免机械臂出现抖动问题,需要对机械臂的动态性能进行准确地计算和优化。文中将减速机的扭转刚度和螺栓刚度加入到仿真分析中,采用Hyperworks软件建立5个仿真模型,用有限元软件ABAQUS对仿真模型进行求解,获取机械臂的前4阶固有频率和振型。通过振动测试获取机械臂整机的前4阶固有频率和仿真分析结果进行对比,找出准确计算机械臂动态性能的有效方法,并以此仿真方法找出结构刚度的薄弱环节,完成机械臂的结构优化及减速机的选型工作,缩短研发周期,降低设计开发成本。

基于螺栓连接刚度的动力学模型修正

由于螺栓连接具有简单、可靠、安装方便等优点,在实际工程中被广泛采用。螺栓连接的连接刚度介于铰接和刚接之间,工程上一般直接处理为铰接或刚接,简化处理会影响栓接结构的仿真精度。为了提高栓接结构仿真的精度,更真实地反映栓接结构的动态特性,需要根据实验测试数据确定栓接的真实刚度。本文采用六自由度弹簧模拟螺栓连接,建立栓接结构的仿真模型:以栓接刚度为设计变量,以特征向量的数值仿真结果与实验测试结果的残差最小为目标,以固有频率的数值仿真结果与实验测试结果的残差为约束,建立了优化模型。通过迭代求解优化模型得到的栓接刚度,就是使数值仿真结果与实验测试结果相匹配的栓接刚度。用栓接结构的数值仿真结果替代实验测试数据,对修正后的栓接结构进行了静力和动力分析,分析了螺栓连接结构的数值仿真误差。数值算例表明:上述模型修正方法可以确定螺栓连接的真实刚度,能够提高螺栓连接结构的数值仿真精度;可为螺栓连接结构的理论分析和工程设计提供参考。

航空发动机螺栓连接载荷与结构参数对连接刚度影响规律

从航空发动机复杂螺栓连接结构的特殊性出发,根据不同连接形式的螺栓连接结构轴向应力分布,提出了航空发动机复杂螺栓连接结构的连接刚度理论表达式,并进一步研究了航空发动机螺栓连接载荷、结构参数对连接刚度的影响规律。研究结果表明:当螺栓个数n在4~30之间变化时,双层的无量纲连接刚度K在8.9~66.8之间线性的变化;当螺栓预紧力F_p较小时,无量纲连接刚度K随着螺栓预紧力F_p的增加缓慢增加,当预紧力F_p增加到27.5k N时,双层的无量纲连接刚度K为27,且趋于稳定;并且n,F_p对无量纲连接刚度K的影响还与锥形半角α有关。

杠杆力作用下的螺栓联接刚度分析

螺栓联接由于自身简单和实用性强的特点成为工程结构中应用最广泛的联接形式,但是由于几何结构突变造成整个结构刚度的变化,使得螺栓成为整个结构设计过程中涉及参数最多的影响因素,明确刚度特性的变化规律对于进行包含该结构动力学分析是至关重要的前提。针对螺栓联接的一种受力形式杠杆作用分别讨论了两个影响因素:预紧力大小;杠杆力与螺栓中心的距离对联接刚度变化规律的影响。计算结果表明,较大的预紧力可以保证结构的初始刚度,但是影响较为有限,预紧力增加100%的条件下,初始刚度增加13%;杠杆力与螺栓中心的距离越短,联接结构的初始刚度就越大,该距离增加30%,刚度降低60%。并基于分析结果提出了双指数形式的拟合公式,并与计算结果进行对比分析验证了拟合公式的合理性,该计算结果可以为采用螺栓联接的工程结构提供刚度计算分析方法,为此类结构进行动力学分析提供了基础刚度的研究依据。

有螺栓预紧力的T型连接初始刚度计算方法

为深入了解螺栓预紧力对T型连接初始刚度的影响,基于连续梁模型对有预紧力时不考虑和考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算方法进行了研究,给出了其初始刚度的计算公式.对影响T型连接初始刚度的翼缘厚度和螺栓位置进行了参数分析,得到不同参数对有预紧力T型连接初始刚度的影响规律.研究结果表明,随着螺栓轴线至翼缘边缘距离的增大和翼缘厚度的减小,螺栓抗弯刚度对连接初始刚度的影响逐渐增大.对于有螺栓预紧力的普通钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度时初始刚度的计算结果较不考虑时提高约6%;但对于有螺栓预紧力的高强钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度的计算结果较不考虑时提高约30%.因此,对于有螺栓预紧力的高强钢T型连接,计算其初始刚度时不可忽略螺栓的抗弯刚度.

带预紧力受剪螺栓连接刚度分析

为了很好的模拟带预紧力受剪螺栓的复杂应力状况,本文应用ANSYS非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真,利用降温法模拟了螺栓的预紧力,给出了螺栓连接刚度计算公式,通过一系列不同厚度构件的螺栓连接刚度计算,得到了构件厚度与螺栓连接刚度间的关系曲线;为复杂结构中螺栓连接的简化计算提供了可靠参考依据。

轮盘-轴组件结合面螺栓等效刚度及其对动力学性能影响的研究

轮盘-轴组件的结合面特性对转子静动特性有着重要的影响,并且螺栓紧固质量是其中重要因素之一。本文以某燃机轮盘-轴组件为研究对象,采用弹簧阻尼单元等效处理结合面的螺栓连接,建立组件整体有限元模型。然后,基于吉村允孝的结合面等效刚度计算理论,提取试验测得的轮盘-轴组件结合面的面压参数,对等效模型中的弹簧阻尼单元各向刚度进行校准。对计算结果进行对比分析,并结合了模态测试的振型和固有频率数据,结果表明,该等效模型能够很好地模拟螺栓连接特性对轮盘-轴组件动态特性的影响。最后,基于该等效模型计算分析了螺栓连接的等效连接刚度大小和离散度对组件动态特性的影响规律。

考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算方法

为深入了解螺栓抗弯刚度对T型连接初始抗弯刚度的影响,探讨了现阶段T型连接刚度的不同理论计算方法,并分析了不同计算方法的优缺点;在此基础上,采用连续梁模型导出了考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算公式;将公式计算结果与可靠的有限元模型计算结果进行对比,验证了公式的正确性;进而对影响T型连接初始刚度的翼缘厚度和螺栓位置进行了参数分析,得到了不同参数的影响规律.研究结果表明:随着翼缘厚度的减小和螺栓轴线至翼缘边缘距离的增大,螺栓抗弯刚度对T型连接初始刚度的影响增大;对于普通钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度时T型连接初始刚度的计算结果较不考虑时提高的幅度不足5%;但对于高强钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度的计算结果较不考虑时提高约30%.因此,对于高强钢T型连接,计算其初始刚度时,不可忽略螺栓的抗弯刚度.

不平行接触下的螺栓连接刚度及其转子动态特性

针对航空发动机的典型螺栓连接结构,以高温合金螺栓连接为对象,提出了考虑螺栓端头支撑面不平行接触下的连接刚度演化机理及其对转子模态的影响规律.将螺栓与被连接件各结合面的几何误差表征为螺栓端头的不平行接触,建立了拧紧过程和轴向加载过程仿真模型.通过改变支撑面的不平行度模拟几何偏差的影响,分析了不平行度从0°到2°时的连接结构力学性能,揭示了非理想接触下螺栓预紧力的变化规律以及应力分布规律,建立了考虑连接结构不平行度的转子模态仿真模型,揭示了连接刚度不均匀分布下的转子模态变化规律,为转子连接结构的设计及服役性能的评估提供参考.

基于模态试验的螺栓联接刚度识别与应用

使用模态测试和有限元优化相结合的方法获取了螺栓联接的等效刚度。对处于安装状态的光栅尺支架进行模态测试,获取前两阶模态参数;基于该模态参数,通过有限元优化获取螺栓联接的等效刚度;将该等效刚度应用到光栅尺支架的结构拓扑优化中,通过对比固定螺栓孔的拓扑优化结果,证明了获取螺栓联接等效刚度的必要性。

螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

针对螺栓刚度及预紧力对装配体模态、传递函数影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略问题,利用有限元计算、试验结合对比方法分析、研究。用ANSYS软件预应力模态分析及谐响应分析对装配体进行仿真计算;对三种刚度螺栓分别施加相同预紧力,对钢制螺栓施加六组不同预紧力进行试验;分析对比计算值与试验值误差。结果表明,忽略接触阻尼的计算值与试验值存在最大误差约15%;同一预紧力时,随螺栓刚度的提高固有频率呈增大趋势,各阶频率的最大变形量随之增大;随预紧力的增大,结构传递函数趋于明朗化。

栓接结合部刚度建模与特性分析

为在图纸设计阶段准确获取数控机床关键功能部件中栓接结合部的动态特性,综合考虑结合面和螺栓两部分因素,运用WM函数和功率谱函数表征表面微观形貌特征,利用统计学方法和Mindlin理论建立结合面刚度模型,最终建立栓接结合部法向与切向刚度模型,根据模态试验与有限元法对比验证所建模型的正确性。通过分析表面粗糙度、法向载荷和栓接结合部刚度之间的关系,结果表明:法向载荷的大小影响结合面微观形貌特性,载荷越大,真实接触面积越大,表面粗糙度越小;在相同法向载荷下,表面粗糙度越小,栓接结合部的刚度越大;栓接结合部的刚度随着法向载荷的增加而递增,其速率是先快后慢,且相互之间呈现明显的非线性关系,但当载荷较小时,栓接结合部的法向刚度与法向载荷呈线性关系,可采用线性化方法获取栓接结合部的动态特性。

螺栓预紧力对振动试验夹具动态特性的影响

夹具动态特性影响着振动试验的质量。螺栓结合面刚度与螺栓预紧力密切相关,从而影响到夹具的动态特性。基于模态试验数据建立了4种不同螺栓连接方式的有限元模型,确定了合理的螺栓动力学简化方法。在此基础上,采用数值计算、试验验证与理论分析相结合的方法开展螺栓预紧力对夹具模态的影响规律分析,数值计算结果与试验结果高度吻合,简化振动试验系统力学模型中第1阶整体频率随预紧力的变化趋势与数值计算结果具有一致性,计算结果表明:螺栓预紧力在10~45 kN递增时,夹具各阶模态振型不发生改变,固有频率数值呈对数函数趋势增长,存在饱和预紧力现象。

基于螺栓拉伸刚度的地铁盾构隧道纵向刚度计算

针对现有盾构隧道纵向刚度计算方法缺乏试验验证且未考虑螺栓拉伸刚度等因素影响的不足,首先,理论推导盾构隧道纵向刚度的解析计算方法;然后,以上海地铁盾构隧道为背景,设计并开展缩尺模型试验,通过实测结果验证解析计算方法;最后,以珠三角地区盾构隧道为工程背景,计算盾构隧道纵向刚度。结果表明:由于螺栓预紧力的存在,跨中加载较小时的实测隧道纵向刚度偏大,但随着跨中加载的增加,实测结果与理论计算结果趋于接近,验证了解析计算方法的合理性;珠三角地区盾构隧道在弹性阶段、塑性阶段和塑性变形后的纵向螺栓拉伸刚度依次为2.1255×10^(6),0.9859×10^(6)和3.1856×10^(6) N·m^(-1),纵向刚度依次为3.3068×10^(8),1.5345×10^(8)和4.9543×10^(8) N·m^(2);考虑到地铁盾构隧道发生纵向变形时,一定范围内的纵向螺栓所处变形阶段存在差别,在实际纵向刚度取值时应根据隧道最大变形导致的纵向螺栓拉伸量来具体分析确定。

系泊绞车底座连接螺栓拧紧力矩及强度计算

本文介绍了系泊绞车底座连接螺栓的拧紧力矩及强度计算方法。