纵向振动超声变幅杆的设计与仿真分析

随着生产中对细粉及超细粉加工的需求,利用超声技术进行粉碎得到了越来越多的关注。通过理论计算求出超声变幅杆的参数。通过有限元分析软件ANSYS Workbench对设计的圆锥形过渡段阶梯形复合超声变幅杆进行了模态分析和谐响应分析。通过模态分析和谐响应分析能够直观验证所设计的超声变幅杆的性能指标,为超声变幅杆的设计提供了一种校核方法。     

基于ABAQUS的超声变幅杆设计及有限元分析

超声变幅杆是超声振动复合加工工艺中超声振动系统的重要部件。利用特征参数进行理论计算对超声变幅杆进行了设计。基于有限元分析软件ABAQUS对阶梯形超声变幅杆进行了模态分析,得到了符合设计要求的模态振型及固有频率,进行了谐响应分析,针对结果中出现的变幅杆应力集中现象在截面突变处添加过渡圆弧进行优化设计。最后,分析了不同半径的过渡圆角与变幅杆固有频率及最大应力的关系,结果表明,增加过渡圆弧可以改善应力集中现象,避免疲劳断裂达到优化设计的目的。     

金刚石线锯超声复合加工系统锥形超声变幅杆的研究设计

对金刚石线锯超声复合加工系统中的超声变幅杆进行研究,利用超声变幅杆的特征参数,选取调质过后的45号钢进行理论计算,设计了半波长锥形超声变幅杆,调试能够达到预期的振动效果。     

基于超声振动加工变幅杆的优化设计

为确定超声振动加工机床变幅杆的类型和参数,分析了超声变幅杆在超声振动加工的主要作用,提出了一种优化设计超声变幅杆的方法。结合工程实例,建立了变幅杆的数学模型,得到变幅杆的基本尺寸参数,用SolidWorks软件建立超声变幅杆的三维模型,使用有限元分析模块进行模态分析和谐响应分析,根据分析结果确定优化参数,使用SolidWorks优化算例进行优化。结果表明,优化设计的超声变幅杆可以满足超声振动加工机床的需求,且工作性能有较大的提升,理论求解-有限元分析优化方法在设计变幅杆上具有准确性和高效性的特点。     

农用超声喷雾变幅杆的结构设计与分析

超声喷雾应用于植保机械具有重要意义,农用变幅杆是超声喷雾纵振系统的关键组成部分。根据简单机械振动和超声波传播的原理,对农用超声喷头变幅杆进行理论设计。同时,利用有限元分析软件ANSYS workbench15.0求得农用超声变幅杆三维模型的固有频率,仿真出压电陶瓷激振下喷头的振动幅值,与动力学方程计算的结果进行比较,得出理论计算与仿真分析的误差值,最后通过试验比较验证了超声喷雾效果好于气力式喷雾。     

基于里兹法的变幅杆—齿轮系统三维谐振特性分析

在超声齿轮加工振动系统设计时,需要将齿轮和变幅杆作为整体建模,由于现有求解方法对变幅杆采用一维振动理论、对齿轮采用二维振动理论,使二者的耦合边界条件难以匹配,同时两个理论对振动方式的描述也不完善,求解精度差。针对这些不足,提出基于里兹法,应用三维弹性动力学方程与能量变分原理建立数学模型,通过将变幅杆―齿轮系统划分为三个积分区域,求得关于系统谐振特性的特征值方程,避免了对变幅杆―齿轮接触处边界条件的耦合设置,并全面反映了系统的振动特性。求解结果表明:使用该方法求得的数值解与ANSYS分析结果接近,且模型避免了ANSYS分析不同对象模型时所需的复杂前处理过程。该方法具有较好的收敛特性,利于计算机编程求解,易于实现参数化设计。     

大尺寸圆锥形超声变幅杆谐振频率的瑞利修正

根据瑞利近似理论,对大尺寸圆锥形超声变幅杆的纵向振动的谐振频率进行修正,并推导出了修正频率的表达式。利用有限元分析软件ANSYS对一些大尺寸圆锥形变幅杆进行模态分析。将修正前和修正后的结果与ANSYS分析结果相比,发现修正后的值更接近于有限元模拟值。     

基于超声振动的土壤切削挖掘装置设计与试验

针对农业装备触土部件工作阻力大、耗能高等问题，提出了利用超声波高频振动辅助土壤切削挖掘从而降低阻力的技术方案，设计了超声振动土壤切削挖掘装置。选定20kHz作为超声激振频率，基于耦合谐振效应的目标，分析、设计了夹心式换能器和圆锥形变幅杆等关键部件的结构参数。建立了变幅杆有限元模型，利用仿真方法对其进行模态分析和谐响应分析，仿真结果显示，变幅杆轴线伸缩固有频率接近20kHz，与设计值吻合。搭建了超声振动土壤切削挖掘阻力试验测试平台，进行了有、无超声波振动土壤切削挖掘阻力土槽对比试验，结果表明：相比无振动刚性挖掘铲，超声波振动挖掘铲能够有效降低土壤切削挖掘阻力，在1.5、2.5、3.5MPa 3种土壤硬度条件下，超声波振动挖掘铲所对应的降阻率分别为35.1%、40.7%和44.3%，土壤硬度越大，超声波振动挖掘铲的降阻效果越明显。当土壤含水率为20%~48%时，不论有无振动，土壤切削挖掘阻力均随着土壤含水率的增加先迅速降低后又缓慢回升。由于超声振动激励需要额外消耗能量，故振动挖掘总耗能并未降低。试验验证了超声振动土壤切削挖掘降阻方案的可行性以及参数设计的合理性。     

微型双自由度全柔性五杆机构设计与分

分别采用伪刚体模型和拟柔性模型对双自由度全柔性五杆机构进行了分析,建立了不完全分布柔度全柔性五杆机构的伪刚体模型和拟柔性模型,推导出外载荷与位移关系的一般公式.设计了一微型对称全柔性五杆机构,利用刚性五杆机构几何关系和迭代程序,给出了该机构拟柔性模型的理论计算结果,同时用ANSYS对该实例进行了分析.通过实例的理论计算和有限元分析结果的比较,验证了理论推导的正确性,同时也验证了拟柔性模型分析方法的有效性.     

自激振动力补偿红枣振动采收试验装置设计

针对传统的树冠强迫振动方法作业过程中采收效果差及伤树(枣)率高等问题,提出一种将自激振动理论与力补偿理论相结合的振动采收方式,并设计出一种基于自激振动力补偿的红枣采收试验装置,以提高振动采收效果,降低红枣与果树的损伤。为此,介绍了试验装置的结构与工作原理,并对关键工作部件进行了设计。通过对激振装置主要运动部件的运动过程进行理论分析,获得了拨杆滚筒的运动学方程,得出了拨杆滚筒的振幅表达式并分析了主要影响因素,同时计算出拨杆滚筒需要力补偿控制系统进行激振力补偿的扭转角度阈值为1 9.4°,为红枣采收试验装置的试验研究提供了理论基础。     

多功能装载机特殊八杆机构工作装置设计分析

研究了多功能装载机特殊八杆机构工作装置的主要性能、特点、变化规律、机构和结构设计中的参数关系,以及参数变化对性能的影响,得出了有关特殊八杆机构工作装置的一些设计经验和理论。     

喷雾机喷杆有限元模态分析与试验

针对喷杆喷雾机在田间正常作业时由于路面凹凸不平所引起的喷杆振动问题,对一种五段式喷杆进行了研究。利用Pro-E建立了该喷杆的三维几何模型,并采用ANSYS对该喷杆的有限元模型进行模态分析,求解出喷杆的前8阶固有频率和模态阵型,结果显示:前6阶固有频率均在10Hz以下,喷杆容易发生共振。通过锤击法对该喷杆进行模态试验,对比有限元试验与模态试验,结果发现:喷杆前8阶共振频率差均小于10%,各阶振型所对应的模态置信准则都大于0.8,验证了理论分析的准确性。此次有限元分析可为喷杆的进一步优化设计和动力学分析提供理论依据。     

行星架式伸缩杆齿拾膜机构的改进设计及试验

为了克服伸缩杆齿式拾膜机构结构复杂的缺点,对其进行了改进设计,并对杆齿拾膜轨迹进行了理论和仿真分析。同时,通过土槽台架试验系统对影响机构拾膜性能的机具行进速度、拾膜杆齿末端挑膜线速度与机具行进速度比和杆齿入土角度3个主要因素进行了正交试验。试验结果表明:当机具行进速度为0.9m/s、拾膜杆齿末端挑膜线速度与机具行进速度比为1.2、杆齿入土角度为55°时,拾膜率较高。     

禽蛋大小头自动定向排列中翻转运动机理研究

为了探讨禽蛋大小头自动定向排列关键技术的设计计算方法,对禽蛋在输送辊上的翻转运动进行了机理研究,并进行了不同输送辊直径、输送辊间中心距、不同品种禽蛋的试验验证。研究表明,禽蛋在输送辊上的翻转运动符合凸轮传动原理,构建了禽蛋与输送辊和导向杆之间的传动关系模型,建立了禽蛋翻滚距离和导向杆作用距离的理论计算方法,以及处理通道宽度和导向杆弯曲段长度的设计计算方法,禽蛋翻滚距离和导向杆作用距离理论计算结果与试验值吻合,禽蛋翻滚距离和导向杆作用距离与输送辊中心距呈线性负相关关系,与输送辊直径呈线性正相关关系,决定系数都大于0.94。用凸轮传动原理分析禽蛋在输送辊上的翻转运动是正确的、可行的。     

液压升降折叠宽幅喷杆喷架的结构设计

针对目前植保机械中所使用的喷杆喷架稳定性差、折叠伸展需要人工辅助等问题,设计出了一种液压升降折叠宽幅喷杆喷架。对喷杆喷架的升降装置、90°液压油缸折叠机构、180°液压油缸折叠机构和整体宽幅喷架进行了理论分析和结构设计,并建立了关键部件的三维模型。通过田间试验验证了该装置设计方案的合理性,为研发先进适用、具有自主知识产权的液压升降折叠宽幅喷杆喷架奠定了基础。     

Deform-X柔性铰链设计与分析

设计了一种Deform-X柔性铰链,利用微积分的思想分析了其等效刚度,推导了Deform-X柔性铰链弯扭耦合等效刚度的理论计算公式。通过一组实例的理论分析和ABAQUS仿真分析,验证了Deform-X柔性铰链等效刚度理论计算公式的正确性。选取外形尺寸相同的X型柔性铰链与Deform-X柔性铰链进行了性能比较分析,在相同转矩作用下,Deform-X柔性铰链弯曲变形转角约为X型柔性铰链的3倍。分别对X型柔性铰链和Deform-X柔性铰链进行了弯曲失效分析,结果表明Deform-X柔性铰链的可使用范围大于X型柔性铰链。设计了基于Deform-X柔性铰链的平面折展四杆机构的实物模型,通过实物测试和仿真分析表明Deform-X柔性铰链能够实现预期变形。最后,对尺寸相同的基于X型柔性铰链的四杆机构和基于Deform-X柔性铰链的四杆机构在相同力矩作用下的变形进行了分析,结果表明基于Deform-X柔性铰链的四杆机构变形更大。     

三关节位姿约束单驱动非圆齿轮五杆手指机构研究

为了克服传统多杆手指机构的不足并且满足更多仿生手指的应用要求,本文提出一种基于三关节位姿约束的单驱动非圆齿轮五杆手指机构设计方法。根据手指实际尺寸以及运动位姿,建立n位姿点约束条件,采用运动学映射理论以及矩阵奇异值分解法求解了满足给定约束条件的铰链点曲线,进一步根据两个驱动输入杆转角关系设计满足位姿点要求的非圆齿轮副,并推导单驱动非圆齿轮五杆手指机构的IO方程。在此基础上,以三关节的5位姿约束条件为例,并根据杆长、误差、铰链点选取范围、非圆齿轮传动等其他约束条件,确立铰链点A和B的可行曲线解域,并最终得到满足全部约束条件的单驱动非圆齿轮五杆手指机构参数,设计了手指机构样机并进行相关试验。该试验样机表明本文提出的设计方法是正确和有效的。     

基于微分平坦与自抗扰控制的伸缩臂抖动抑制研究

采用主动抑振系统快速抑制冲击作用下的套叠结构臂体振动。考虑到臂体末端变形量不易测量的问题,将伸缩臂模型等效为由扭簧连接的两刚性杆系统,以变幅力矩为输入、两杆仰角为输出,建立拉格朗日动力学模型。将第1杆仰角与第2杆末端加速度合成微分平坦输出,构建单输入、单输出的二阶系统。采用线性自抗扰控制器,根据杆长变化实时更新扩张状态观测器和控制回路参数,使系统参数的物理意义明确,简化了整定过程。仿真和实验结果表明,在不同臂长条件下,均能实现2 s内消除抖动并保持仰角设定值稳定的效果。该方法整定过程直观、简便,在简化模型条件下,根据外伸长度调整控制系统参数,保证了系统的抗扰能力持续有效。     

喷杆式喷雾机关键部件设计与研究

随着保护性耕作技术的推广,大型喷杆式喷雾机的需求逐渐增加,为克服目前国内普遍使用的喷杆式喷雾机喷幅小、喷杆架升降连续性差、喷杆平衡机构复杂等突出问题,对3WF-1000型喷杆式喷雾机的关键部件进行了设计,通过对升降、喷杆架平衡等机构进行了理论分析和机构设计,使之具有升降机构工作更加连续稳定、平衡调节简单有效等优点。同时,进行了不同压力对分布均匀性影响的试验,结果表明,在喷雾机标准工作压力0.4MPa、喷雾高度500mm时,沿喷杆方向的多喷头雾量叠加均匀性变异系数为3.5%,喷雾均匀性较好。该研究为后续喷杆式喷雾机的研究提供了一定的参考。     

矮化密植红枣收获机捡拾装置的设计

针对红枣人工捡拾劳动强度大、作业效率低、生产成本高等问题,设计了一种矮化密植红枣收获机捡拾装置。该装置与红枣收获机联合作业,能够实现红枣一次性捡拾收获。为此,介绍了捡拾装置的结构与工作原理,并对关键工作部件进行了设计。采用复数矢量法对捡拾机构进行运动学分析,确定了偏心轮、吊杆、连接杆等关键工作部件的结构参数。通过对捡拾拨杆进行运动分析,获得了工作过程中拨杆端点的运动方程,并确定了红枣抛送初速度与偏心轮转速之间的关系,为红枣收获机捡拾装置的试验研究提供了理论基础。