单边双针双线摆动缝合轨迹设计及实验验证

针对单边双针双线缝合头插刺机构无法缝制3 mm以上厚度预制体的问题,提出一种不对称的8字形运动轨迹并对插刺机构的运动轨迹进行了设计。首先,基于单边双针双线缝合工艺对插刺机构运动学进行分析,确定摆动插刺机构各构件的尺寸;其次,在ADAMS中构建机构模型并进行轨迹分析;最后,通过实验样机进行缝合实验。实验结果表明,设计的缝合机构可将实际缝合厚度不足3 mm提高到8 mm,并在缝合过程中形成稳定线环,验证了不对称8字形缝合工艺及摆动插刺机构的可靠性。

网络平台在高等学校基础实验室建设中的应用

在讨论高等学校实验室建设过程中网络平台作用的基础上,提出了实验室网络平台的基本结构和功能要求,据此建立了机械基础实验中心网络平台。运行实践表明,采用现代、科学、规范的网络平台管理实验室不仅给教师和学生带来了极大的方便,提升了实验管理水平和工作效率,而且为实验室全面开放提供了必要条件。

机械基础及纺织装备设计虚拟仿真实验中心建设

天津工业大学机械基础及纺织装备设计虚拟仿真实验教学中心开展了高速度、高精度、低扭矩,体积大、操作复杂的纺织机械的虚拟仿真实验教学,建立了安全可靠、可视化、低消耗的虚拟仿真实验教学平台。中心充分利用学科优势和行业特色,将尖端的科研成果转化为教学案例,通过虚拟仿真的形式展现给学生,开拓其视野、提升其知识结构、激发其科研创新能力。同时,结合机械工程专业的特点和人才培养定位,通过高校与企业共建产学研的实践教学平台,构建了教学、科研与生产实习相衔接的实践教学体系。

数字孪生在纺纱领域应用的关键技术解析

为探讨数字孪生在纺纱领域应用前景及价值,进一步促进纺纱领域的高质量发展,首先围绕提升纱线质量分析了纺纱领域的实际特点,并提出了数字孪生在纺纱领域的应用前景;然后分析了纺纱高质量发展中影响成纱质量的因素,以及相关因素的抽象模型与数字孪生抽象模型间的映射关系,并且在此基础上分析了数字孪生在纺纱领域不同情况下的核心理论,着重分析了非理想状态下的数字孪生优化方案;其次根据纺纱领域的特点提出了数字孪生在纺纱领域具体应用的解决方案及其应用的实际价值;最后提出:数字孪生在纺纱领域的应用要重点结合纺纱领域的特点,实现数据模型与机制模型的深度整合。

间隔织物立体织机电子开口机构优化设计及动力学仿真

针对间隔织物立体织机现有开口机构不能完全满足大间距间隔织物组织结构变换频繁、开口动程大、提综力大的要求,设计了一套伺服电机开口机构;建立了电子开口机构驱动臂转角与综框位移的数学模型,在Matlab中对摆动臂的压力角进行对比仿真,选出最优摆动臂角度;在Adams中建立三维模型并进行仿真分析,得出综框运动曲线;利用ANSYS Workbench软件对关键部件摆动臂的刚度及强度进行有限元分析,运用响应面法对其进行多参数优化,建立电子开口机构刚柔耦合动力学模型并进行仿真。结果表明:优化后摆动臂变形减少30.3%,质量增加了3.85%,开口过程中摆动臂受到载荷发生变形,综框实际位移为78.05 mm。该机构满足大间距间隔织物组织结构变换频繁、开口动程大、提综力大的要求。

碳纤维增强碳/碳坩埚预制体柔性缠绕成形系统设计与实验研究

为解决目前手工增强缠绕碳/碳坩埚预制体无法保证产品一致性及生产效率低下的问题,设计了一种碳纤维增强坩埚预制体柔性缠绕成形系统。基于非测地线法提出了适用于一端平面封头一端椭球封头特殊回转体结构坩埚芯模的线型设计流程,介绍了计算机辅助线型设计的各个模块及实现方法,并对设计线型进行了仿真;根据缠绕特性设计了四自由度专用缠绕机运动机构,基于可编程控制器和触摸屏设计了四自由度缠绕机控制系统,并进行了碳纤维增强缠绕实验。实验结果表明:缠绕机运行稳定,纤维可连续稳定地缠绕在芯模表面,所设计的系统可实现碳纤维增强碳/碳坩埚预制体的自动化缠绕。

基于动力学模型的手术器械夹持力估计研究

手术器械夹持力估计问题一直是微创手术机器人手术器械研究的重点。在微创手术过程中,夹持力过大会造成组织损伤,夹持力过小会使缝合针等脱落,引发危险。因此,研究如何估计手术器械夹持力是非常有必要的。根据手术器械的结构特点,提出了一种基于动力学模型的夹持力估计方法。建立的模型考虑了手术器械动力学模型、丝传动系统力和位移传递特性和直流电动机特性,得到了手术器械电动机电流和夹持力之间的关系;通过Matlab对夹持力模型进行仿真验证,得到了手术器械末端执行器随电动机电流变化的夹持力变化曲线。仿真结果表明,基于动力学模型的手术器械夹持力估计模型与实际情况相符,为后续的手术器械夹持力安全保障研究提供了理论依据。

基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性,采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响,显著提高模型的识别精度,采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%,实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

具有变泊松运动特性的剪叉式折展机构运动学分析

为提高折展机构的折展率和支撑性能,提出了一种具有变泊松运动特性的剪叉式折展机构并对其进行运动学分析。首先,提出了一种单闭环厚板支撑单元并将其应用于三明治结构,利用ANSYS Workbench软件分析不同形状夹芯层对三明治结构支撑刚度的影响,发现采用厚板支撑单元的三明治结构具有更好的支撑效果和更小的质量,且可通过改变结构设计参数来实现正负泊松比的切换。然后,根据泊松比的定义,设计了一种具有变泊松运动特性的正n边形剪叉式折展机构;基于螺旋理论,通过绘制闭环折展机构的旋量约束拓扑图分析得到其自由度为1,将折展机构分为3种模块并阐述了模块化纵向扩展的原理和过程。最后,建立了m层正n边形剪叉式折展机构的运动学模型并搭建了正四边形剪叉式折展支撑结构实物样机,进一步验证了机构的变泊松运动特性,这可为后续的研究提供理论基础。

微创手术机器人主操作手设计与优化

主操作手作为机器人辅助微创外科手术中人机交互的唯一接口,提高其灵活性和紧凑性,对手术效果具有重要意义。设计了一款8自由度(Degree Of Freedom,DOF)串联型主操作手,其能够实现位置、姿态和开合力矩输出。采用改进的D-H参数法和解析法,分别建立了主操作手正运动学和逆运动学模型,并通过蒙特卡洛法分析了主操作手工作空间,验证了其设计要求;求解了主操作手雅可比矩阵,基于全局灵巧度指标和工作空间利用率指标,定义了主操作手的综合性能指标;利用遗传算法对主操作手的关键连杆尺度参数进行了优化。结果表明,优化后主操作手的综合性能指标相对于优化前提高了18.41%;主操作手在满足工作空间设计要求的基础上,机构更加紧凑且具备了良好的运动性能。

基于表面肌电信号及肌肉疲劳的上肢肌力预测

为解决目前肌肉力测量时用肢体末端力表示实际肌肉力大小,以及未将肌肉疲劳程度考虑在内的问题,本文提出了一种基于表面肌电信号和肌肉疲劳的上肢肌肉力预测方法。利用AnyBody软件建立上肢肌肉骨骼模型,并将上肢末端力经过仿真得到单块肌肉的肌力大小;采用肌肉等长收缩的时间来表征肌肉疲劳程度。10名健康男性受试者进行上肢等长收缩实验,提取实验过程中肱二头肌肌电信号的积分肌电值、均方根、中值频率、平均功率频率、最大小波系数及其对应频率六个特征值;将肌肉力与特征值、肌肉疲劳程度进行分析后发现三者之间高度相关。采用麻雀搜索算法优化BP神经网络的权值和阈值,构造并训练上肢肌力预测模型。经测试集检验结果表明,该方法的误差小于12%,可以对肌力进行较为准确的预测。

基于GA-BP神经网络的多层多道焊工艺预测及优化

针对目前多层多道焊工艺参数的选择问题,利用遗传算法(genetic algorithm, GA)对BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)进行优化,提出多层多道焊成形预测及焊接工艺参数优化方法,旨在为工艺参数选取提供有效指导,提高焊接生产效率及焊接质量.首先通过分析多层多道焊图像,提出采用三次样条插值法与自适应分段法进行特征点识别,然后根据焊接顺序、焊道工艺建立焊接过程各焊道横截面积形状预测模型,运用解析法进行焊接工艺参数预测,进一步结合不同焊道工艺参数优选原则,采用改进神经网络进行焊接工艺参数优化,从而建立具有实时性的焊接工艺参数与焊缝轮廓关系模型.结果表明,该方法对多层多道焊中各焊道焊接工艺参数提供有效预测,试验结果满足实际需求,对提高焊接产品质量、简化焊接工艺参数选取具有实际意义.

引入ESO的永磁超环面电机无模型预测电流控制

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐标系下建立该电机的时变数学模型;利用永磁超环面电机系统的输入与输出,建立该电机具有时变比例因子的超局部模型,同时引入ESO对超局部模型的干扰部分进行实时估计,并利用朱利稳定判据证明了ESO的稳定性;结合延时补偿的DPCC预测得到参考电压矢量,从而实现永磁超环面电机的MFPCC-ESO策略。对参数匹配和失配下永磁超环面电机MFPCC-ESO策略与DPCC策略进行对比分析,仿真结果表明:MFPCC-ESO策略下的永磁超环面电机具有优越的动态和稳态性能及强鲁棒性,同时该控制策略还能有效降低永磁超环面电机的输出波动。

基于静态凝聚法的蜂窝芯轴向变胞元非均匀排布优化

为了有效改善蜂窝结构的强度与刚度,提出利用静态凝聚法实现变胞元的几何参数和非均匀排布同时优化的方法。根据卡氏定理,推导胞元的等效弹性模量和泊松比;沿轴向均匀划分蜂窝芯为若干列子结构,利用有限元法得到子结构的刚度矩阵;采用静态凝聚法建立超单元刚度矩阵,依据超单元节点编号装配获得蜂窝芯的整体刚度矩阵;计算蜂窝芯在剪切载荷作用下的结构变形,并与ANSYS结果比较分析。以子结构的个数以及胞元的夹角、夹板宽与斜壁长之比为设计变量,胞元的等效弹性模量最大和蜂窝芯的变形最小为设计目标,利用改进的粒子群算法进行优化并研究蜂窝芯优化前后的静、动态特性变化规律。结果表明:变胞元非均匀排布优化后,最大的位移、应力、应变均明显减小,且激励频率等于第二阶固有频率时振动最为强烈。研究结论可为蜂窝结构变胞元排布的优化设计提供指导。

考虑齿面闪温的风电齿轮箱裂纹故障特征分析

为了研究齿面闪温对风电齿轮箱裂纹故障时系统动力学响应的影响,利用Blok闪温理论分析齿轮啮合时的齿面温度,应用热变形公式计算齿廓形变,进而通过Hertz接触理论获得计及齿面闪温影响的轮齿刚度。考虑齿面闪温、阻尼、时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙,建立含有高速级齿轮齿根裂纹的齿轮箱扭转动力学模型。通过时域图、频谱图、相图和Poincaré截面分析不同裂纹长度下系统振动特性随齿面闪温变化的规律,并比较裂纹故障仿真与实验的时频域结果。结果表明:齿面闪温使时域图上裂纹产生的冲击幅值增大、频域图中故障边频结构更为复杂、相图曲线向外扩展以及Poincaré截面离散点增多,且变化均随裂纹长度的增加越为明显。研究结论可为齿轮裂纹故障状态的诊断与监测提供依据。

精梳机分离罗拉齿轮传动机构优化

混合驱动的精梳机分离罗拉齿轮传动机构的动力学性能直接影响车速的提高,为改善传动机构的动力学性能,首先,分析现有混合驱动的精梳机分离罗拉齿轮传动机构,采用集中质量法建立传动机构的固有频率模型,并计算传动机构在不同精梳机车速下的激励频率,发现当车速为600钳次/min时机构会出现共振;然后,采用导数法建立传动机构固有频率对机构中各个构件转动惯量的灵敏度模型,发现行星轮p的转动惯量对一阶固有频率的影响较大;最后,通过优化传动机构中WW型差动轮系的各个齿轮齿数以改变其转动惯量,使传动机构的一阶固有频率比原先提高了43.44%,避免了机构在600钳次/min时出现共振。

全位置MAG焊缝成形控制技术及研究进展

全位置焊在石油化工、管道等行业中的应用日益广泛,提高其焊接效率具有重要的现实意义。针对目前全位置焊存在的问题以及所采取的应对措施,对全位置高效化焊接控制策略——熔池快速凝固控制策略和熔池稳定成形控制策略进行了归纳总结,分别回顾了其研究应用发展史,并对各自的优缺点进行了分析。对磁控技术在全位置焊中的应用进行了阐述,提出在全位置焊中利用外加高频交变磁场产生电涡流力,可用于抵消熔池重力作用,抑制金属流淌,对于实现全位置高效化焊接具有积极意义。

激光粒度分析仪的关键技术及研究进展

激光粒度仪采用光散射原理测量颗粒的尺寸及其分布,可实现从亚纳米到微米测量范围的全覆盖。针对激光粒度仪的研究与应用热点,对光散射理论、测量技术、分形理论和传感器的优化设计等方面进行了深入的文献研究。阐述了静态光散射法和动态光散射法的原理及其适用条件;总结了国内外激光粒度测试技术研究的进展;分析了主要激光粒度仪产品的关键技术和性能指标。研究结果表明,激光粒度分析仪设计的关键技术是光学对中技术、激光检测器的优化设计及仪器校准技术、样品分散技术;激光粒度仪的发展趋势是测量准确度的提高、复杂信号的处理能力的增强,仪器设计的智能化和模块化水平的提高;最后指出了我国国产激光粒度检测仪发展的三大优势。

超短筒谐波齿轮柔轮筒底负载应力研究

为了揭示负载状态下超短筒柔轮筒底应力的分布规律,提出了柔轮筒底负载等效应力的理论计算方法。将柔轮筒底简化为中心固支圆板,建立了波发生器作用下柔轮筒底的弯曲对称变形模型,求解由装配变形引起的弯曲正应力和剪应力及负载转矩作用下的剪应力;基于Mises屈服准则,获得柔轮筒底负载等效应力的理论表达式;建立有限元模型,对柔轮筒底装配和负载应力的理论解进行数值验证。研究表明,弯曲径向正应力为柔轮筒底装配应力的主要应力;额定转矩作用下的柔轮筒底剪应力在45°处最大;随着负载转矩的增大,最大剪应力逐渐过渡到固定端,等效应力在固定端均匀分布;在瞬时容许最大转矩时,剪应力为筒底负载等效应力的主要应力。研究可为柔轮筒底强度设计提供指导。

Mo含量对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)高熵合金涂层组织与性能的影响

目的研究Mo含量的变化对激光熔覆CoCrFeNiW_(0.6)高熵合金涂层的影响。方法使用RFL-C1000光纤激光器,在45钢基体表面制备CoCrFeNiW_(0.6)Mo_(x)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)高熵合金涂层,并利用Leica DVM6光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪、显微硬度仪、电化学工作站对熔覆层的宏观形貌与稀释率、相结构、微观组织结构、硬度、耐腐蚀性能进行测试与分析。结果加入Mo元素后,结合状态与表面形貌良好,当x=0~0.4时,涂层微观组织主要呈树枝晶形态,且晶粒逐渐变细。当x≥0.6时,涂层表面开始有裂纹产生。随着Mo元素的添加,涂层逐渐析出σ相,晶粒尺寸逐渐减小。当x=0.8时,有共晶组织形成。涂层显微硬度随Mo元素的增加而增加,但由于x=0.8时出现较多裂纹,裂纹的出现影响了涂层硬度,导致x=0.8时的硬度减小。当x=0.6时,涂层平均显微硬度最高,达到了959.69HV0.3,约为CoCrFeNiW_(0.6)涂层平均硬度的20.32%。当x=0~0.6时,涂层耐腐蚀性能随着Mo元素含量的增加逐渐提升。当x=0.8时,耐腐蚀性能变差,其原因是裂纹的出现以及σ相的形成使得涂层耐腐蚀性变差。在x=0.6时,涂层耐腐蚀性能最好。结论Mo元素的加入使得涂层微观组织出现σ相,同时有细化晶粒的作用,可以显著改善涂层的硬度以及耐腐蚀性。