机构概念设计中运动等效机构演化生成的代数方法

提出了一种运动等效机构演化生成的代数方法 ,使得机构的创新及演化生成在方法上更具系统性和可操作性。同时 ,符号推演有助于机构概念设计走向程序化和自动化。

一种面向室内测试开发的等效运动靶标

提出了一种面向室内测试开发的等效运动靶标的设计思路,采用“静态黑体+动态遮挡”的布局,通过等效运动模拟实际目标的运动轨迹在垂向的投影。利用合理的优化设计,兼顾了靶标系统的通用性和可靠性。相较于其他同类产品,造价低廉,泛用性强,便于调测且易于调整修改。该方案可模拟一定距离外由地面发射的目标在垂向的等效运动,亦可在简单修改后模拟更多种类的目标。

非对称3-PRS机构运动等效机构演化及约束性能对比分析

少自由度并联机构存在运动等效机构,表现为多种结构不同的机构运动学完全相同而性能各异,从具有运动等效特性的一组机构中遴选出性能优异的机型具有重要意义。基于运动等效机构的演化机理导出了一种非对称3-PRS机构的三种无过约束和三种含过约束的运动等效机构。基于运动/力传递指标对非对称3-PRS机构及其运动等效机构进行了优化设计,得到了优化尺寸区域。针对非对称3-PRS机构及其运动等效机构运动学相同而约束不同导致机构约束性能各异的特点,建立了此类机构的约束性能指标,在运动/力传递性能优化尺寸下,绘制了各机构的约束性能图谱,求解了各机构的全局约束指标,完成了此类机构的约束性能对比研究,实现了非对称3-PRS机构及其运动等效机构兼顾传递和约束性能的机构优选。

与串并联机构运动等效的新型并联机构综合方法研究

为简化串并联机构结构,使该类机构得到更好的应用,提出一类与串并联机构运动等效的并联机构,其特点在于没有中间平台,两个并联机构通过对应分支直接连接或共用部分运动副连接在一起融合为一个整体机构。基于螺旋理论,提出了这类并联机构综合方法,给出了综合条件,制定了综合流程。采用该方法,对与三转动机构和三平移机构构成的串并联机构运动等效的新型6自由度并联机构进行了综合,综合出多种新机构,丰富了并联机构构型。新型6自由度并联机构结构上具有结构简单、紧凑,轻量化的优点。对综合出的机构进行约束力分析表明,球面三转动子机构力学分析中不存在静不定问题。综合的6自由度并联机构以其在结构和分析上的优点,在指向隔振等领域具有良好的应用前景。

基于等效运动模型的高速机构转速波动条件下的动平衡研究

为更真实地反映高速机构的动平衡状态,建立了机械系统的等效运动模型,研究了系统等效转动惯量与输入转速波动的关系,进一步分析出输入转速波动的增大会恶化机构的动平衡状态。以一个典型曲柄滑块机构及其平衡机构为例,从增大系统等效转动惯量和降低等效转动惯量波动两个方面分别讨论了降低输入转速波动的可能性。分析结果表明,通过附加运动构件来增大系统等效转动惯量对降低输入转速波动及改善动平衡状态具有更好的可操作性。该结果为研究机构实现动平衡效果和进一步提高动平衡设计提供了理论依据。

不同水温下的中子输运等效质量热运动模型

为了解决蒙特卡罗模拟S(α,β)模型只能求解特定温度条件下中子输运问题的局限性,建立了中子在不同温度液态水中输运的等效质量热运动模型。在分析自由气体热运动模型的基础上,采用不同的等效质量对中子与水中氢原子的弹性散射模拟过程进行改进,对中子穿过水层后的流量进行模拟计算,通过与S(α,β)模型的计算结果的比较,得到了5个不同的温度点水中氢原子的最佳等效质量。根据5个不同温度点的数据拟合给出了最佳等效质量和温度的函数关系。采用该模型计算得到的中子在不同温度条件下水中输运参数与S(α,β)模型相符。等效质量热运动模型突破了S(α,β)模型只能计算有限温度点的局限性,能有效处理300～800 K任意温度水中的中子输运问题。

基于相位补偿和等效运动的太赫兹SAR运动目标成像方法

太赫兹合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)带宽大,能够对运动目标高分辨成像,但目标运动导致成像移位和模糊。针对不同的运动形式,分别提出基于相位补偿和等效运动的运动目标成像方法。首先分析不同运动参数对成像的影响,然后通过补偿相位和等效载机速度获得运动目标聚焦、背景模糊的图像。通过恒虚警率(constant false alarm rate,CFAR)检测和逆成像处理获得目标和背景分别聚焦的图像。最后对两幅图像进行叠加,实现了在静止背景上对运动目标的准确成像。不同信噪比条件下的电磁计算数据仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于等效运动副化及运动副退化的公差分析法

针对公差不仅在数值上具有随机性,其所约束的几何特征在空间的位置姿态上也具有随机性的特点,提出了公差约束等效运动副化及运动副退化法。等效运动副化将公差约束的几何特征转化为被运动副控制的几何特征,该等效运动副本身是虚拟的具有多自由度的等效运动副,将公差约束的几何特征转化为被多自由度运动副控制的几何特征,装配体转变为一个无误差的开环机械臂,考虑到因装配工艺而产生的不同运动副自由度之间的相互制约的现象,采用运动副退化法去除冗余自由度,由此建立装配体公差分析模型,并将装配体公差模型分析的数值与加工装配体的实验检测值进行对比。

基于支链运动等效的柔性连杆并联机构构型设计

弹性杆/板的连续变形使得柔性连杆并联机构具备灵活运动和被动顺应的能力,但同时也给构型设计带来了很多困难。基于柔度矩阵的主轴分解,建立刚性转动关节和弹性杆/板中离散单元的对应关系,提出一种柔性运动链的设计方法。在此基础上,从刚体2SPR-RPS并联机构的支链出发,得到对应等效柔性运动链的构型方案,并采用以弹性势能最小为目标的优化模型对其最佳等效的存在性进行验证。进一步地,通过对刚性支链的整体替换设计一种柔性类2SPR-RPS并联机构,并采用运动静力分析对其自由度特性和工作空间进行讨论。运动学研究的结果表明文中柔性连杆并联机构设计方法是正确且合理的。

曲柄滑块机构等效转动惯量

在平面连杆系统动力分析中,需对平面连杆机构系统建立等效动力学模型,其中等效转动惯量是一个很重要的量;目前对它的算法少,且存在理解困难=、形式复杂的特点,而作为基础的机构运动分析较少见。以机构运动分析为重点,分别以行程位置和曲柄转角为变量,借用等效运动机构,建立了单自由度曲柄滑块机构等效转动惯量模型;最终以Matlab工具加以分析计算,得出机构等效转动惯量曲线。

匀变速直线运动规律的研究

匀变速直线运动是高中物理中的重点知识点,许多的高中生对匀变速直线运动的运动规律不能很好地掌握。本文从匀变速直线运动的公式选择、矢量性和运动的等效性三个方面阐述了其运动规律,对于深刻理解匀变速直线运动具有一定的参考价值。

曲柄滑块机构等效转动惯量的公式及曲线

平面连杆系统动力分析中,等效转动惯量是一个很重要的物理量。目前对它的算法不多,且现有算法存在理解困难,形式复杂的特点,而作为基础的机构运动分析较少见。本文借用等效运动机构,以机构运动分析为重点,分别以行程位置和曲柄转角为变量,建立了单自由度曲柄滑块机构等效转动惯量模型;最终加以分析计算,得出机构等效转动惯量曲线。

等效方法在中学物理中的应用

等效方法是科学思维的基本方法之一,其实质是在效果相同的条件下,将复杂的实际研究对象,变换成简单的理想研究对象,然后进行分析和讨论。在中学物理中,合力和分力,合运动和分运动,总电阻和分电阻,总电容和分电容,平均值,交变电流的有效值等,都是根据等效概念引入的,从而使研究的问题由繁变简,由难变易,由抽象到具体,因此等效思维具有普遍的指导意义。针对这个问题,我们介绍几种常见的等效方法在中学物理中的应用。

并联波纹管式气动柔性机械臂的动力学分析

柔性机械臂相较于刚性机械臂具有更强的环境交互性和适应性,运动学和动力学建模对于其特性研究非常重要,以此特点介绍一种气动并联柔性机械臂,以橡胶波纹管作为执行单元的气腔主体设计制造柔性机械臂模型。根据气动柔性臂空间动作特点,利用几何法建立运动学模型,得到柔性臂的等效几何参数、柔性臂末端中心坐标及各驱动气腔压力之间的映射关系,利用拉格朗日法建立动力学模型,得到柔性臂各执行器单元长度与输入气压之间的关系,实验测试柔性臂的空间运动性能,验证运动学及动力学模型的有效性,可应用于空间范围内物体的定位抓取。

刚性球体三维高速垂直自由入水载荷

入水结构体在从空中弹道转入水下弹道的入水阶段,其周围的流体将呈现出强非线性性质,本文针对传统基于Wagner理论的结构体入水载荷计算模型不能很好描述流体三维流动的情况,基于无黏不可压流体流动模型,考虑流体弹性,采用微元边界运动等效方法对运动边界进行分段分析,计及入水过程中系统的动能损失,根据能量守恒,对刚性球体高速垂直自由入水过程中流体的三维流动进行了理论分析,建立了基于无黏不可压弹性流体的刚性球体垂直高速入水载荷计算模型,并与基于多介质任意拉格朗日欧拉方法的有限元模型进行了对比分析,验证了该方法的可行性。基于此模型,本文进一步分析了入水载荷的影响因素。该方法提供了一种计算结构体垂直高速入水载荷的思路,具有一定的理论意义和工程应用价值。

压缩机网状阀悬臂式弹簧的计算

建立压缩机网状阀悬臂式弹簧物理模型,分析悬臂式弹簧刚度特性、运动等效质量及应力。通过分析网状阀工作过程可知,当悬臂式弹簧变形大于其临界变形时,刚度特性由线性变为非线性,线性区与非线性区的刚度需分别计算。运用瑞利法分析悬臂式弹簧的运动等效质量,用于模拟气阀运动规律。运用第三强度理论对悬臂式弹簧所受应力进行分析,用于指导其可靠性设计。

空间机器人遥操作地面验证技术研究

针对空间机器人遥操作任务需求,建立了一套遥操作地面验证了系统.该地面验证子系统由天地通信模拟模块、空间机器人动力学模块、物理验证模块及星载验证模块组成.天地通信模拟模块对天地通信链路的时延和带宽进行模拟,动力学模块根据遥操作命令计算系统的动力学响应,物理验证模块和星载验证模块分别对空间机器人的末端运动、中央控制器的运算能力和执行时序进行验证,实验结果表明了该子系统的有效性.

螺旋锥齿轮机床五轴联动数学模型创成算法

研究螺旋锥齿轮机床五轴联动数学模型创成新算法;通过空间运动等效转换,得到准双曲面齿轮加工由机械型机床向五轴联动机床转换的解析解公式;用麦克劳林级数拟合机床各轴的非线性运动方程,推导出螺旋锥齿轮制造最复杂的工艺方法即HFT(Hypoid format tilt)加工方法下螺旋锥齿轮机床五轴联动数学模型。由五轴联动运动方程在机床坐标系下虚拟制造准双曲面齿轮齿面与GLEASON公司的理论齿面进行比较,通过对比验证五轴联动数学模型的准确性与精度。研究结果表明:本文提出的螺旋锥齿轮机床五轴联动数学模型创成新算法原理正确,转换精度高。

连续纯方位系统的可观测性分析

证明了连续纯方位观测系统可观测的一个充分必要条件是存在4个方位构成的可观测判别式不等于0,其特点是仅利用方位信息而无需导数信息和求解微分方程。分析了系统不可观测时观测器的运动形态,指出纯方位系统不可观测时,观测器的运动轨迹是一种等效的匀速直线运动观测轨迹。应用这些结论得到了约束假定条件下目标机动的一个判断准则。

自由飘浮空间机器人地面实验系统

针对空间机器人的运动的地面模拟,基于运动学等效原理提出一种用固定基座机器人模拟空间机器人运动的方法。运用该方法,在地面用两个基座固定的六自由度工业机器人组建了一套空间机器人的地面模拟系统。应用该系统成功模拟了自由飘浮空间机器人捕获自由运动目标的运动,实验结果证明了该方法的有效性。