基于激光三角法的汽车同步带齿形轮廓参数测量

针对目前汽车同步带齿形轮廓参数测量过程中存在的测量效率低和人为因素影响大等问题,提出了一种基于激光三角法的汽车同步带齿形轮廓参数非接触式测量方案,并设计了相应的汽车同步带齿形测量装置。该装置通过激光位移传感器与汽车同步带传动速度的配合,对汽车同步带齿形轮廓数据进行采集,并提出一种改进后的分割算法对采集到的齿形截面轮廓数据进行特征分割。通过对分割后齿形数据的拟合,实现了齿形轮廓曲线特征的分段重构并获得被测带齿的轮廓参数。基于激光三角法对汽车同步带齿形轮廓参数进行测量,实现了对齿形轮廓参数自动测量提高了测量效率避免了人为因素的影响,保证了测量精度,有望在汽车同步带实际生产中得到应用。

下肢康复机器人轨迹自适应滑模阻抗控制

针对下肢康复机器人训练任务规划和主动康复控制问题,提出了一种能够根据受损患肢病况进行步态轨迹规划的策略,并设计了可实现主动康复训练的控制算法。步态轨迹规划能够根据不同患肢按需自适应调整训练任务轨迹与正常步态轨迹的偏离程度,阻抗控制可以提高训练中受损患肢的主动参与力,自适应滑膜控制可以消除机器人结构模型的参数不确定性和训练过程中因肌肉痉挛等造成的外力干扰,并且对系统的非线性有一定的鲁棒作用。实验结果表明,该方法能够有效地解决不同受损患肢步态康复训练的自适应任务规划和主动康复训练过程中的柔顺运动控制,任务轨迹跟踪精度较高。

三轮一带传动系统噪声仿真与试验验证

为了研究张紧器对同步带传动噪声的影响规律,针对ZA型汽车同步带建立了三轮一带传动系统的有限元分析模型。首先分析了三轮一带传动系统在啮合冲击激励作用下的动态响应,并以动态响应结果作为边界条件,其次基于声学边界元理论直接边界元法建立了三轮一带传动系统的声学边界元仿真模型,得到同步带表面声压分布云图及场点辐射噪声。设计了三轮一带噪声试验台,并对三轮一带传动系统进行了噪声测试,比较辐射噪声的测试结果与数值仿真结果。结果表明:在非共振区,4个场点噪声变化规律一致,且随着啮合频率增加,噪声幅值增加;在共振区,共振噪声的噪声幅值会有不同程度的增加,与理论分析结果相同;共振频率下的噪声源主要集中在带段中间,非共振频率下的噪声源集中在主、从动轮及张紧器位置附近。研究验证了仿真计算结果的准确性与可行性,得到张紧轮对同步带传动系统噪声的影响规律。

气动高压激励的阵列式盘型压电俘能器

提出了利用气动高压激励的阵列式盘型压电俘能器实现气体能量的转化,以满足低功耗传感器的自供能需求。通过压电单晶片将气缸内部高压气体能量转化为电能,设计了阵列式盘型压电俘能器的样机结构;结合气缸的正常工作状态,分析了压电阵列的工作原理并进行了相应的实验。理论分析显示:盘型压电阵列具有较高的电荷量与良好的电容性,适合对具有交变载荷的高压气体能量进行收集。采用外径为12 mm、厚度为0.2 mm的压电单晶片及缸径为63mm、行程为150mm的气缸制作了实验样机,利用气动组件模拟气体环境搭建了测试系统。分别调节压力、周期、流量等参数进行了实验测试。结果表明:在交变的气动高压激励下,阵列式盘型压电俘能器可较好地收集交变高压气体载荷能量,其最佳匹配电阻为600kΩ,最大的瞬时功率为1 052μW,输出功率可满足低功耗传感器的能量需求。

定质量分数交变气体载荷激励下压电阵列发电机实验

提出一种定质量分数交变气体载荷激励的盘型压电阵列发电机,设计了盘型压电阵列发电机的样机结构并对压电阵列的工作原理进行了分析,理论分析结果表明盘型压电片具有良好的承载能力,适合对具有较高压力的气体能量进行收集,压电发电量是由气体压缩过程中的体积压缩量、压缩速度、供气压力、周期及流量等多种要素共同决定的。对盘型压电片进行了有限元仿真分析,分析结果表明盘型压电片适合对高压气体载荷进行能量收集与转换,压电材料的微小变形就可输出较大的电压。采用外径为12 mm、厚度为0.2 mm的压电单晶片及缸径为63 mm、行程为150 mm的气缸设计了实验样机,利用气动组件来模拟气体环境搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量等参数进行了实验测试。实验结果表明,当压力固定时,随着流量的增加峰值电压逐渐升高,盘型压电片并联式具有较好的效果,当5片压电片并联时最佳匹配电阻为3 MΩ且最大的瞬时功率为6.53μW,输出功率可满足低功耗传感器的能量需求。

基于声阵列技术的汽车同步带噪声源识别

通过分析汽车同步带传动噪声产生机理,指出啮合冲击噪声和横向振动噪声是汽车同步带传动噪声的主要声源。基于声阵列测量原理为ZA型汽车同步带设计了传动噪声试验装置。通过不同转速的噪声试验得到了噪声声压分布云图和传动噪声频域特性曲线,验证了汽车同步带噪声产生机理和声源位置。试验结果表明,声阵列技术用于汽车同步带传动噪声源识别准确、可靠,本研究为汽车同步带传动的噪声控制提供了理论依据。

密闭环境气流冲击式压电阵列发电性能实验研究

为实现高压密闭环境的气体能量收集并提高能量转化效率,提出了一种气流冲击式压电阵列发电机。利用压电材料的正压电效应并结合压电本构方程对压电发电机理进行分析,结果表明在高压气体环境下可采用盘型压电片进行气体能量收集,且压电片外圆周需进行机械夹紧固定。设计并制作了一种压电发电阵列实验样机,搭建了实验测试系统。以高压气体为激励源对不同流量、周期及负载条件的改变进行了实验测试。实验结果表明,峰值电压与流量成正比,随着周期的增加峰值电压有小幅度的增长趋势,压电阵列在电学并联的情况下具有最佳的功率输出性能,当周期为0.8 s、流量为200 L/min、压力为0.3 MPa时最佳的输出功率是0.99 mW。

粘弹性传动带横向非线性振动的稳定性与分岔现象

采用弹性力学法建立具有速度波动的横向非线性积分-偏微分控制方程,并对方程进行一阶Galerkin离散.首次理论性导出由平均速度和速度波动幅值共同决定的系统稳定区和超临界区的边界条件;然后,数值模拟分析粘弹性传动带运动系统的分岔现象和混沌运动.最后,利用分岔图和映射图重点分析平均速度、带速波动幅值对系统动力学的影响.结果表明:系统存在单周期、二倍周期、四倍周期和混沌运动,随着参数的增大,系统由单周期变为倍周期运动,最后进入混沌运动状态.通过数值模拟与理论公式计算出的分岔值进行对比,表明二者几乎一致,证明划分稳定性条件的正确性.

基于激光雷达与机器视觉融合的轨道交通障碍物检测方法研究

本文针对目前轨道交通障碍物检测技术难以检测反射率低、体积小、色彩与周围环境接近或在弱光条件下的目标这一实际情况,提出一种利用激光雷达、机器视觉两者融合的障碍物检测技术方案,并深入研究激光雷达及机器视觉的具体检测方法,以达到快速、高精度、检测材料不受限、不受环境光线强弱变化影响的检测目的,更好地提高城市轨道交通系统运营的安全系数。

基于灵敏度分析的XK719数控铣床尺寸优化

为了改善机床动静态特性,以XK719数控铣床为研究对象,采用Hypermesh软件建立数控铣床的有限元模型。在对铣床进行谐响应分析的基础上,得出机床1、2阶固有频率偏低的结论。运用灵敏度分析来寻找关键尺寸,并以关键尺寸为设计变量,以机床的质量和1、2阶固有频率为响应进行尺寸优化。最终,在铣床质量变化不大的情况下,使铣床的1阶固有频率提高了15.8%,2阶固有频率提高了11.3%。结果表明:该设计方法可以为机床零、部件的设计提供借鉴。

反转螺旋型薄壁结构碰撞吸能特性的优化设计

为了使汽车前纵梁在正面碰撞过程中吸收更多的能量,进而达到提高汽车被动安全性能的目的,将折纸工程中的反转螺旋型薄壁结构引入汽车前纵梁的结构设计,利用数值模拟与优化设计相结合的方法,研究和开发一种新型高效吸能结构。为此,根据反转螺旋型薄壁结构的不同形状参数建立相应的有限元模型,利用非线性有限元软件LS-DYNA软件进行碰撞仿真,并以反转螺旋型薄壁结构的截面形状参数、旋角及分段数作为设计变量,以吸能量的最大化为目标函数,利用响应曲面法进行优化计算。得到的最优结构在碰撞过程中,压溃皱纹依次出现在反转螺旋型薄壁结构的折痕处,有效地避免了细长薄壁结构的失稳倒伏现象,是一种吸能效率较高的变形模式。同时,吸能过程平稳,在整个碰撞过程中都保持了良好的吸能特性,与传统的矩形断面结构相比吸能量有了显著的提高。

惰轮对汽车同步带振动影响规律的试验研究

为了研究惰轮对同步带传动振动的影响规律,在理论分析惰轮对同步带传动振动影响的前提下,针对ZA型汽车同步带,在同步带振动试验台上,开展相同试验条件下,三轮同步带传动系统与两轮同步带传动系统振动试验。通过不同转速、不同张紧力的振动试验得到了振动时域特性曲线和幅频特性曲线。通过两组试验的结果对比,得出惰轮对同步带传动振动的影响规律。

XK719数控铣床的结构尺寸优化

为了能够有效地提高数控铣床整机的静动态特性,以XK719数控铣床整机结构为研究对象,利用有限元分析方法对整机进行了建模、分析与优化。首先,对数控铣床的整机结构进行了谐响应分析,分析结果表明:该型号数控铣床的第1阶、第2阶固有频率分别为38和48 Hz,低阶频率偏低。其次,对整机各主要零部件的壁厚进行了灵敏度分析,找出对结构质量和第1、2阶固有频率影响较大的关键尺寸。然后,以质量和第1阶、第2阶固有频率为目标函数,以关键尺寸作为相应的设计变量进行尺寸优化。结果表明:在整机的质量基本不变的情况下,达到第1阶固有频率提高了11%,第2阶固有频率提高了12%的优化结果。该设计方法能够为整机的快速设计提供参考。

反转螺旋薄壁管件液压胀形的仿真与优化设计

反转螺旋薄壁管件是一种新开发的高效吸能的异型零件,由于形状比较特殊,加工过程中的厚度分布不均和过度减薄问题一直没有得到很好的解决。通过建立有限元分析模型,对管件液压成形的过程利用有限元分析软件LS-DYNA进行了模拟。利用响应曲面法进行优化得到液压胀形的最佳工艺参数,优化后的薄壁管件厚度分布更加均匀,减薄率在优化后降低了10.258%。最后通过比较优化前后的薄壁管件厚度和减薄率分布情况对优化结果进行了讨论和分析。