软性磨粒流加工方法及近壁区域特性

为了解决模具细微结构化表面难以光整加工的问题,提出固-液两相软性磨粒流(SAF)无工具精密加工方法.通过为结构化表面配以约束模块,以构建磨粒流湍流流道,利用软性磨粒流与被加工表面的"无缝"接触特性及壁面效应,实现模具表面的无工具无死角光整加工.以Nikuradse实验方法为理论依据,分析软性磨粒流中固体相在近壁区的运动学和力学特性,得到适用于软性磨粒流加工的摩擦系数公式.采用标准k-ε模型和欧拉多相流模型对软性磨粒流进行数学描述;利用压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,对不同入口速度时流道内的固体相压力分布进行数值分析研究.数值模拟结果表明,软性磨粒流固体相的压力衰减程度与入口速度成反比,并且固体相在流道内的运动轨迹呈无序状态.利用动态分析三维显示系统对流道内的颗粒运动轨迹进行实验研究.结果显示,固体颗粒运动轨迹呈无序漩涡状,符合湍流形态的运动规律.搭建软性磨粒流加工平台并进行加工实验.实验结果表明,采用软性磨粒流的加工方法能够使工件表面粗糙度达到61.8nm.

基于空间模型技术的新型正交5-DOF并联机床的运动学传递性能分析

提出了一种新型正交5-DOF并联机床,研究了这种新型机床的运动传递性能.推导出这种机床的运动传递平衡方程,定义了运动传递性能评价指标、速度各向同性性能评价指标及各全域性能评价指标,应用空间模型技术,绘制了各全域性能图谱,为这种新型正交5-DOF并联机床的参数优化奠定理论基础.这种新型正交5-DOF并联机床具有结构简单、承载能力强、初始装配位姿解耦、工艺性好等优点,适用于空间曲面(磨具、叶片等)零件的加工及气囊抛光等领域.

并联机器人刚度与静力学研究现状与进展

并联机器人的刚度与静力学分析,对于机构力学性能研究具有重要的理论价值和意义.本文围绕杆支撑、绳牵引和钢带传动3种结构形式,详细阐述了国内外并联机构刚度和静力学分析的研究现状.着重从有限元、解析模型和性能分析3方面分析了杆支撑并联机构的刚度研究进展.讨论了有关绳牵引并联机构中绳拉力、动载荷频率、绳牵引预紧力与刚度、静力学之间关系的研究成果.根据钢带并联机器人结构的特殊性,对钢带并联机构的刚度与静力学分析中可能遇到的失稳与振动问题进行了探讨.最后,对并联机器人技术发展情况进行总结与展望,指出随着刚度分析与静力学分析的不断深入,并联机器人的力学理论将会日趋成熟和完善,为并联机器人机构优化设计提供更深入、系统的理论依据.

并联机构运动学与奇异性研究进展

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.

基于水平集方法的软性磨粒两相流场特性分析

为了解决模具结构化表面精密加工(SAFM)过程中软性磨粒两相流场特性参数难以求解的问题,提出一种基于水平集法(LSM)的磨粒流场特性分析方法.基于LSM结构拓扑变换原理,结合流体体积模型(VOF)计算方法,建立面向软性磨粒两相流湍流流型分析的动力学模型.通过高阶TVD Runge-Kutta、迎风格式以及高阶本质无振荡(ENO)方法分别对水平集时间项和空间项进行离散,且利用N-S方程和压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,实现软性磨粒两相流场的压力、速度等特性参数的求解.以工程中常见的90°方形弯管为具体仿真实验对象,研究软性磨粒两相流流经管道过程中的速度场与压力场变化.实验结果表明,数值计算结论与直管处速度场试验结果是一致的,验证了该方法的有效性,为软性磨粒流精密加工方面的研究提供了可靠的理论依据.

基于螺旋理论的钢带并联机器人力学特性数值分析

为了克服传统的并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,拓宽并联机器人的应用领域,提出一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式.阐述了钢带并联机器人结构组成、工作原理、钢带运动副关键技术,并对不同结构的钢带进行了有限元分析,得到结构参数改变时钢带能承受的失稳力.基于螺旋理论建立了钢带并联机器人力学模型,对刚带并联机器人受力进行数值计算,得到钢带并联机器人不同位姿与结构对各钢带受力的影响规律,为优化钢带并联机器人的结构与运动参数提供理论依据.研究结果表明：弯曲截面结构的钢带承压能力较好,钢带失稳力随钢带圆弧截面中心角、钢带厚度增大而增大,随钢带长度增大而减少.其他结构参数一定,载荷力为400 N时,动平台外接圆半径为210 mm,动平台沿Z轴运动范围受卷筒装置中钢带长度的限制,沿Y轴运动范围为-745~680 mm,沿X轴运动范围为-675~675 mm,动平台绕Z轴旋转角度范围为-87°~87°,绕Y轴旋转角度范围为-77°~77°,绕X轴旋转角度范围为-90°~66°.

薄壁管管端成形的有限元分析

针对管端成形过程中金属塑性流动引起的轴向伸缩及卸载回弹导致的成形精度问题,研究金属的塑性流动和回弹对管端成形的影响。以不锈钢卡压式直通管件为研究对象,运用LS-DYNA的有限元显式算法和隐式算法对薄壁管管端成形进行数值模拟,得到管材的金属流动分布和卸载后的回弹结果,并进行了实验验证。研究表明,管端扩孔和缩孔中,在变形急剧处,金属出现一定程度的累积,壁厚有较明显地增加。金属的流动对管端的径向尺寸影响可以忽略,但是对管端的轴向尺寸影响较大,需对坯料进行补偿;管端卸载后的回弹尺寸影响成形的精度,需通过模具进行补偿。对金属塑性流动和回弹进行有限元分析,能有效地指导管端成形的模具设计及优化加工工艺,极大缩短产品开发和模具设计周期。

温度对铌酸锂晶片磨削减薄的影响

目的研究温度对铌酸锂晶片的磨削减薄影响。方法利用恒温水浴装置对磨削减薄过程中的铌酸锂晶片进行温度控制,将铌酸锂晶片减薄至80μm,并将温度分别控制在室温25、45、60、75℃,所用设备为卧式减薄机,杯形砂轮的转速为200 r/min,工件进给量为0.002 mm/min。结果 SEM结果显示,铌酸锂晶片磨削后会有不同程度的断裂。利用TEM测试发现,温度为25℃时,铌酸锂晶片是单晶结构。温度为45℃时,内部既有单晶结构,也有多晶结构。随着温度的上升,铌酸锂晶片多晶结构的比重逐渐增大,单晶结构越来越少。因此,温度对改变铌酸锂晶体的内部结构有着十分重大的意义。利用仿真软件COMSOL Multiphysics中特有的压电模块及多场耦合功能对本实验研究对象进行模拟仿真,结果表明,随着温度的变化,铌酸锂晶片的变形位移逐渐增大,铌酸锂晶片所受到的应力也逐渐增大,且边缘部分应力最大。结论温度会直接影响铌酸锂晶片的内部结构,甚至会导致断裂破损量的增大,所以在加工过程中,需要控制温度的变化,以避免温度的不良影响。