谐波减速器中波发生器不同安装深度下柔轮变形与应力研究

柔轮作为谐波减速器中的核心部件,其性能直接决定着整个减速器整机的传动性能.因此为了探究波发生器不同安装深度对其性能影响的基本规律,从而能够更好地控制性能,本文在建立谐波减速器三维模型基础上,采用有限元法分析了波发生器在不同安装深度下柔轮的变形规律与应力分布.分析结果表明:波发生器安装深度从0.35mm增加到1.15mm时,柔轮最大变形量相对增加了3.43%左右,最大应力相对增加了3.80%左右.波发生器安装深度的变化对柔轮在长轴和短轴处的变形影响较大,并且对柔轮长轴处、短轴处、齿圈前端和筒底过渡区的应力影响较大,而其他位置影响较小.该结果也为其他相关研究提供了有益参考.

基于自适应分层的3D打印成型方向优化

在3D打印中,成型方向的选择是影响产品成型质量的关键因素之一。针对目前算法仅考虑在等厚分层的前提下进行优化的问题,提出基于自适应分层的模型成型方向优化算法。首先结合3D打印层层叠加的特点,在分析不同成型方向对产品表面精度影响的基础上建立了以模型成型方向为变量、最小体积误差为目标的优化函数;然后通过STL模型的坐标变换、自适应分层等步骤并利用遗传算法在全局范围内搜索最优解,得到最佳成型方向。实验结果表明,该算法能够找到在自适应分层前提下的最佳成型方向,与现有算法相比能够进一步降低体积误差,提升表面质量。

基于瓶颈指数的生产物流瓶颈监测研究

为实现计划期内不同时刻生产物流瓶颈的动态监测,研究了瞬时瓶颈的监测方法.基于产品制造过程中输入、生产、输出各阶段的相关数据,综合考虑制造单元的产能负荷、产品质量及等待时间对瓶颈度的影响,建立瓶颈指数的修正模型;并提出瞬时瓶颈的概念,以瓶颈指数为基础,构建包括瞬时瓶颈识别、转移判断的监测模型和动态监测流程,为生产物流瓶颈的动态监测及事中控制提供决策依据.算例应用结果表明,数据易获,方法可行.

增材制造适用材料及产品机械性能研究

对增材制造技术原理和特点进行了介绍,从非金属和金属两方面对增材制造适用材料及其产品机械性能进行了研究,并分析了增材制造产品机械性能变化原因,同时提出了改进机械性能的方法。

改进小波阈值函数在手部姿态获取中的应用

针对手部康复系统对手部姿态获取的同步性及精准性要求,基于极限的思想,提出了一种改进的小波阈值函数。该算法解决了传统软、硬阈值函数的不连续、失真等问题,且没有额外添加调节参数,减少了阈值去噪中的计算量。仿真结果表明:本文算法去噪效果在信号整体平滑度和精度上都有明显提升,能够在保留原始信号特征的基础上,抑制重构信号振荡。通过手部康复系统实验测试,算法可有效提高手部姿态、手指弯曲度等信息获取精度,以及系统映射的实时性。

压电微夹钳钳指位移与夹持力的检测

为避免在利用压电微夹钳夹持微对象过程中可能造成微对象的损伤或脱落,提出用电阻应变片来检测压电微夹钳的钳指位移与夹持力。采用柔性杠杆放大机构设计了微夹钳,该微夹钳结构微小且紧凑、钳指可平动、指尖夹持灵敏度高。基于悬臂梁弯曲变形理论及有限元方法,分析了用于检测钳指位移与夹持力的微夹钳弹性敏感单元的应变特性。分析结果表明:敏感单元的最大应变部位靠近其底端,钳指位移与夹持力同敏感单元的应变成正比;实验标定了钳指位移与夹持力同弹性敏感单元应变的关系,标定结果表明两种关系均为线性关系;最后实验测试了钳指位移与夹持力的大小。结果表明:在150V的最大电压下,不夹持微对象时钳指的最大位移为78.35μm,夹持Φ0.3mm、长8mm的微轴时钳指的夹持力为9.24μN。

压电微动平台的定位控制

为使压电微动平台定位速度快、定位精度高,采用复合控制方法来对其进行定位控制。基于保证模型精度并使精度在整个阈值区间变化尽量均匀的要求,来使阈值最优化,进而建立了压电微动平台的迟滞模型。基于所建平台迟滞模型,设计了其前馈控制器;为抑制平台的超调,在常规数字增量式PID中引入滤波器设计了其反馈控制器;将前馈控制与PID反馈控制相结合,设计了平台的复合控制器。实验结果表明:所建平台迟滞模型仅有7个算子,且均为有效算子,在16.3μm的最大实测位移下,模型最大误差为0.208μm;在复合控制作用下,平台达到5μm目标值的响应时间为0.173 s,虽慢于前馈控制,但明显快于PID反馈控制;在最大位移为17.155μm的参考输入作用下,若不考虑传感器噪声,平台的定位误差几乎为零。

压电自感知微夹钳

研制了不需要外部附加微位移与微力传感器、采用自感知方法来获取压电微夹钳的钳指位移与夹持力的压电自感知微夹钳。根据压电陶瓷晶片在驱动电压与外力作用下发生变形会在其表面产生电荷的思想,提出了基于积分电荷的钳指位移与夹持力的自感知方法;基于Jan G.Smits的压电悬臂梁弯曲变形理论,给出了钳指位移与夹持力的自感知表达式,即用钳指上压电陶瓷晶片表面的电荷来表达钳指位移与夹持力。设计了获取晶片表面电荷的积分电路,给出了其平衡条件为晶片电容与其绝缘电阻之积同积分电容与反馈电阻之积相等。自感知验证实验结果表明:修正后在31.59μm最大钳指位移范围内的自感知位移最大偏差为0.78μm;在35.91mN最大钳指夹持力范围内的自感知夹持力的最大偏差为0.24mN。实验结果验证了所提自感知方法是有效的。

串联死区算子的压电微夹钳PI迟滞模型

针对Prandtl-Ishlinskii（PI）模型要求被描述对象的初载曲线为凸函数,且模型与其逆模型都应关于算子中心对称的不足,通过引入死区算子对PI模型进行改进,以使其更好地描述具有非凸、非奇对称的压电陶瓷材料的迟滞特性。基于实测的压电微夹钳初载曲线,采用等分阈值方式,并通过使改进PI模型与实测初载曲线间的误差函数为最小,辨识出改进PI模型的参数,建立了压电微夹钳的迟滞模型。实验结果表明,在微夹钳15.2μm的最大位移范围内,模型误差的变化范围为-0.310～0.156μm,所建模型能很好地描述压电微夹钳的迟滞特性。

基于最小速比偏差的注塑机双曲肘合模机构优化设计

注塑机合模机构的性能直接影响注塑制件的质量、效率以及注塑设备的寿命.以企业指定380T锁模力的双曲肘合模机构为研究对象,提出将肘杆机构原型速比曲线与理想速比曲线的最小偏差值加入优化函数,结合机构总长、行程比、力放大比等进行多目标优化设计,并进行仿真验证.结果表明:在合模机构总长、移模行程满足要求的基础上,力放大比增大12.24%,临界角处速比降低14.49%,且合模周期减少6.6%,可有效提升合模机构的综合性能.

基于贝叶斯网络的机械产品再设计构件变更概率研究

为了对机械产品再设计时构件的变更风险进行量化评估,并为不同变更方案的设计复杂度评估提供依据,提出了一种基于贝叶斯网的构件变更概率计算方法。首先,参考FBS(Function-Behavior-Structure)理论,从功能、行为、结构三个层面对构件间的关联关系进行分析,建立机械产品构件的二级网络模型以描述构件间的关联关系。然后,对机械产品的变更情况建立贝叶斯网,根据构件间的关联关系确定了贝叶斯网的结构,通过数据分析确定了贝叶斯网的参数,并基于贝叶斯网的查询推理求得各构件的变更概率。最后,结合共享单车发生设计变更的实例,验证了该方法的可行性。

谐波减速器参数化建模装配一体式设计

谐波减速器体积小、传动比大、传动精度及效率高,在医疗器械、航空航天、机器人等领域应用广泛。基于Visual Basic对SolidWorks软件进行二次开发,搭建了谐波减速器参数化建模装配一体式平台,以实现高效准确的三维数字化建模。参数化设计过程中,对柔轮的公切线式双圆弧齿形进行了细致建模;对十字交叉滚子轴承等部件采用了子装配体参数化设计方法,使建模更加快捷;运用逐步装配方法进行虚拟装配,以便观察内部结构并检查尺寸及干涉情况,更加适用于工程实际。

压电微夹钳的复合控制模型及实验

为提高压电微夹钳的夹持性能,设计复合控制系统对其控制.通过引入死区算子对PI模型进行改进,建立了微夹钳的迟滞模型,进而设计出其前馈控制器;对常规PID算法进行改进,设计出抛物线积分与微分先行的微夹钳PID反馈控制器;将前馈控制同PID反馈控制相结合,设计出微夹钳的复合控制器.在复合控制作用下,微夹钳达到5μm阶跃目标位移的响应时间为0.09 s,略快于前馈控制,明显快于PID反馈控制;在最大位移为15.2μm的参考输入作用下,若不考虑传感器噪声,复合控制的稳态误差几乎为0.实验结果表明,同前馈控制与PID反馈控制相比,复合控制具有良好的综合控制效果,即响应速度快、稳态精度高.

RV减速器全参数化三维数字建模系统设计

RV减速器具有体积小、传动比大、承载能力强和传动效率高等特点,被广泛应用于工业机器人、航天设备等领域。为了实现高效准确的三维数字化建模,采用Visual Basic 6.0为开发工具对SolidWorks软件进行二次开发,搭建了一个全参数化三维数字建模系统平台。用户通过平台交互界面将图纸数据、设计参数输入系统,通过程序调用三维建模软件,即可实现RV减速器零部件的参数化建模。参数化建模设计过程中利用SolidWorks方程式驱动直接修改渐开线方程,相较于传统的样条曲线拟合方法更加精确高效。并且考虑了渐开线齿轮的变位、磨削,以及摆线轮修形等实际问题,更加符合工程实际应用。