码垛机器人转盘结构拓扑优化设计

【目的】在转盘质量不增加的情况下,通过拓扑优化对材料合理布置以达到提高转盘刚度的效果。【方法】笔者以某型码垛机器人转盘为研究对象,运用HyperWorks软件对转盘进行静力学分析,得到转盘在最危险工况下的应力云图、位移云图,再利用OptiStruct根据静力学分析结果以最小柔度为目标函数进行结构拓扑优化,得到拓扑优化云图,寻求其最佳材料分布及传力路径对转盘进行局部重构,并将优化模型通过HyperWorks软件与初始模型进行对比分析。【结果】优化后机器人转盘的质量减轻了1%,转盘最大应力下降了38.6%,转盘最大变形位移下降了19.2%,且前3阶模态和振动性能也有一定的提升。【结论】优化后码垛机器人转盘可以在重量不增加的前提下达到提高刚度的目的,同时在强度和振动性能方面也有所改进,本研究可为机器人其他部件的结构优化工作提供一定的理论依据。     

基于UG和ANSYS的机械手应力仿真研究

【目的】机器人在工作时机械手的强度与效率至关重要。【方法】课题组根据机械手夹持物体的特点,设计了一种齿轮式的末端作业机械手。先利用UG NX软件对末端机械手进行三维建模,在ANSYS Workbench模块导入相应模型,借助ANSYS软件进行有限元静力学仿真分析。采用铝合金材质的机械手,在机械手的齿轮舵盘施加一定转矩,在机械手的末端各施加两个方向相反的法向推力,分不同载荷进行仿真分析。【结果】结合总变形图和应力分布图,仿真结果表明,机械手末端薄壁部分有较大变形,最危险的区域出现在齿轮安装螺栓孔中心及其周围区域,最后调整材料类型或优化机械手的结构。优化后的机械手能够满足材料刚度要求,满足合理的夹持作业要求。【结论】此研究对简化机械结构设计工作,提高设计效率具有重要意义。     

铝合金卡车油箱支架轻量化结构设计与CAE分析

【目的】轻量化是汽车发展的主要趋势之一,采用密度小、比强度高及减震性能好的铝合金制造重卡油箱支架,能够起到减轻零件重量、提高整车性能的作用。【方法】课题组根据钢质油箱支架的结构尺寸特征和铝合金压铸件轻量化设计原则设计了铝合金油箱支架,并基于支架的约束条件,利用有限元分析软件对油箱支架结构进行了受力分析,得出了两种油箱支架的应力和位移云图,最后还对比分析了压铸工艺（铝合金支架）和冲压工艺（钢质支架）的经济性。【结果】钢质和铝合金油箱支架的应力分布情况大致相同,均符合零件的服役标准,但铝合金油箱支架所受的应力、等效应变及最大位移量更小;铝合金油箱支架采用两侧有凹槽和内侧有加强筋的结构,可以明显提高支架的承载能力,其最大等效应力比钢质支架减少145.57 MPa,安全可靠性更高,并且具有明显的轻量化效果及较好的经济性,质量减轻42.2%。【结论】本研究结果证明了以铝代钢制造重卡油箱支架的合理性、科学性及可行性,能为汽车轻量化设计和发展提供新思路。     

环模压块机传动系统的随机振动分析

【目的】立式环模压块机压制燃料过程中产生的振动易对压块机传动系统使用安全产生影响,针对此问题展开研究。【方法】课题组首先使用三维建模软件SolidWorks对压块机传动系统建立三维模型,导出x＿t格式文件后,将其导入有限元分析软件ANSYS Workbench,并使用该软件对其进行模态分析,然后在模态分析的基础上,对压块机传动系统进行随机振动响应分析。【结果】对压块机传动系统进行随机振动响应分析后得出传动系统的位移分布云图和应力分布云图,传动系统压辊处发生位移变形,其位移变形最大方向为Z方向,为0.013 796 mm;其应力分布在压辊与偏心轴的接触处,最大值为0.132 52MPa。【结论】压块机传动系统满足随机振动环境下的振动强度要求,工作过程中产生的振动对系统的影响在安全范围内。     

新型镁合金材料在农业机械装备中的应用

随着农业机械装备的不断发展和进步,材料的选择在提升农业机械性能和效率方面起着关键作用。传统的材料在满足需求方面存在一些限制,因此,新型材料的引入成为改进农业机械装备的重要途径之一。本研究探讨了镁合金作为一种新型材料在农业机械装备中的应用现状,分析了镁合金的特性、优势和潜在挑战,阐述了其在农业机械领域的具体应用。并以基于镁合金的植保无人机滑橇式起落架研究与设计为例,介绍了设计研究过程,分析总结了结果和成效。研究结果表明,镁合金在农业机械装备中具有广阔的应用前景,有望为农业生产带来更高的效率和可持续发展。     

预紧力对装配体各零件的结构影响分析

【目的】针对深耕机中紧固件、连接件的疲劳损坏现象,需提高紧固件质量和性能。【方法】课题组以螺栓及其他连接件为研究对象,应用SolidWorks建立三维模型,应用有限元分析法、接触理论、静力学理论对螺栓及连接件的力学性能进行分析和研究。【结果】在螺栓的预紧力作用下,载荷对称和结构对称的零件,其总变形、等效应力、等效应变也是对称的;当螺栓存在预紧力,螺栓的变形、等效应力和等效应变是不对称的;在固定零件时,连接支腿的应力最大值集中在结构突变处。【结论】该研究为农业机械的紧固件的设计、选用和维护等提供了理论依据。     

无人机充电仓多块锂电池充电策略的研究

【目的】锂离子电池为电动无人机提供飞行动力,决定着电动无人机能否飞行和飞行时间的长短,研究锂离子电池的特性、能量密度和锂离子电池系统结构优化对电动无人机以及整个电动航空发展都非常重要。【方法】课题组针对多块无人机锂电池的充电逻辑进行了深入研究,提出了一种实用的多电池充电选择逻辑,详细介绍了其中的单块电池在多种充电情况下不同充电电路的充电策略,并具体探讨了单块电池在恒流、恒压及涓流三种情况下的充电逻辑。【结果】通过MATLAB/Simulink仿真实验,验证了所提出的充电策略的可行性,单块电池经过涓流、恒流、恒压充电和自动断电后,电池电量达到99.8%左右,可以满足用户对电池电量的需求。【结论】该设计实现了对无人机电池硬件的高效利用,降低了充电对锂电池的损耗,大大延长了无人机锂电池的使用寿命。     

基于ANSYS的减速机齿轮箱结构优化

目前齿轮箱的壁厚设计没有特定的标准,会出现在满足工况要求的前提下箱体壁太厚造成材料的浪费。为了使箱体在达到使用要求的前提下实现质量和壁厚减小,针对某齿轮箱质量与壁厚展开分析和优化研究。首先在SolidWorks中建模并与ANSYS对接处理,然后高效划分网格并且施加载荷,通过静态分析得出位移分布云图与应力分布云图,之后对齿轮箱质量与壁厚进行优化。最终在保证箱体强度与刚度的前提下降低了齿轮箱的质量,并且节约了齿轮箱制作过程中使用的材料。为同类产品的研究和制造提供了一定的思路和借鉴。     

甘薯跌落碰撞损伤试验研究与分析

针对甘薯块根在收获过程中关于跌落碰撞力学问题缺少理论研究的现象,通过设计甘薯力学特性试验和跌落冲击试验,以甘薯坚实度为参考指标,进行理论分析,建立跌落高度和冲击力、跌落高度和冲击应力之间的数学模型,测得一定质量范围甘薯的临界损伤受力值及临界损伤跌落高度。通过坚实度试验,得到质量在260～300g之间,大小均匀且表面无损伤的普薯32坚实度σ_极=1.338 5 MPa。通过跌落冲击试验数据曲线分析,得到甘薯从不同高度自由跌落冲击过程中,具有一定粘滞效应和应力松弛特性;在冲击结束后甘薯残余变形会因冲击形变量峰值的增大而增大,变形恢复不可逆。通过回归方程,得到甘薯的临界损伤跌落高度为h=27.18 cm,临界损伤最大冲击力为F=424.20 N,回归方程拟合优度均大于0.97。研究结果对认识甘薯在收获过程中的损伤机理以及如何改进优化相关机构提供理论依据。     

汽车起重机车架的有限元分析及轻量化设计

以某公司25 t汽车起重机车架作为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,通过分析车架在不同作业工况下的应力及变形情况,对车架进行局部优化。比较优化前后车架应力云图可以发现,每个工况下最大应力值都有不同程度的降低、应力分布更加均匀、结构更加合理。优化后的整机投放市场23台套,经使用无一车架失效的质量反馈。经过优化,车架单台重量减少了180 kg左右,降低材料成本约900元,达到了轻量化的目的。     

箱式内燃电传动机车动力包设计

【目的】动力包是内燃电传动机车的核心动力源,广泛应用于路外机车和调车机车等内燃电传动机车中,因而需要综合考虑用户需求以及动力包的性能和稳定性,探寻最佳的设计方法。【方法】本研究针对内燃电传动机车实际需求,设计制造了一种额定功率为250 kW的箱式内燃动力包,根据需要进行动力包的零部件选型以及结构设计,使用三维建模软件对整个动力包进行数字模型的建立,并利用该模型对所设计结构的强度、疲劳、模态、减震进行仿真计算,最终对动力包进行性能测试。【结果】1）母材最大应力为281 MPa,位置在柴油机安装座处;焊缝最大应力为216.3 MPa,位置在柴油机安装座焊缝处。2）母材疲劳最大应力为87.6 MPa,焊缝疲劳最大应力为39.5 MPa。3）减震器的变形量在X方向和Y方向都为0,Z方向的最大变形为3.9 mm。【结论】所有应力计算结果均小于许用应力,证明所设计动力包结构有较好的稳定性,能够满足各种工况的使用要求。     

基于ABAQUS的飞机起落架扭力臂拓扑优化分析

起落架是飞机在起降过程中重要参与部件,也是飞机主要承重受力部分,对飞机起落架扭力臂的轻量化设计具有重要的研究意义。以飞机起落架的扭力臂为研究对象,利用仿真软件ABAQUS对其建模,导入优化设计模块,使用该软件自带的条件算法对飞机起落架扭力臂进行拓扑结构优化。拓扑优化后,与其初始设计模型相比,在承受的载荷基本不变情况下,应力减少了4%,体积减少了50%,满足扭力臂轻量化设计需求。     

单旋翼植保无人机喷杆悬架机构设计与分析

传统单旋翼植保无人机其喷杆固定在悬架上,作业时随无人机飞行姿态变化,喷杆倾角也发生相应的变化,为研究其对喷雾效果的影响程度,改进喷杆连接方式是研究的首要任务。根据建湖田间试验采集得到的单旋翼植保无人机飞行姿态谱,采用欧拉角法和四元数法解算出单旋翼植保无人机在作业过程中pitch方向的角度变化范围为-18°～18°,roll方向的角度变化范围为-15°～14°,并根据机身姿态变化范围、无人机机身结构和最佳旋翼风场条件建立喷杆悬架机构模型,其中对喷杆角度调节范围进行合理放大,时roll方向的角度调节范围为-20°～20°,pitch方向的角度调节范围为-30°～30°。使用ANSYS workbench对机构模型进行静力学分析和模态分析,在静力学分析中得到机构的最大应力发生在俯仰支架上,且最大应力为13.33 MPa,而铝合金的许用应力为280 MPa,表明结构满足要求;在模态分析中可以得出,从第5阶开始机构的固有频率明显增大,从振型云图上可以看出除喷杆的最大变形为60.153 mm,而其他连接结构变形较小,满足振动要求。     

直齿锥齿轮机构瞬态动力学分析

【目的】更加全面、精准地模拟出锥齿轮在整个传动过程中的啮合受力情况,提高锥齿轮设计精度和耐用程度。【方法】依据某设计公司自主研发的输送机当中的直齿锥齿轮机构,利用有限元软件ANSYS Workbench进行瞬态动力学分析,对主动轮分别设置30 r/min、60 r/min、90 r/min三种不同转速,获取其工作工程中的应力应变最大值以及其最大等效应力随时间的变化曲线。【结果】1）最大等效应力值分别为288.6 MPa、274.3 MPa、272.85 MPa。2）当主动轮受到的阻力一定时,随着转速的不断递增,锥齿轮所受的最大等效应力将不断减小,且趋于稳定集中。3）最大等效应力值与最大等效应变值均出现在直齿锥齿轮大端位置处。【结论】不同转速下的最大等效应力均小于材料的许用应力值295.8 MPa,该设计满足强度使用要求,可为直齿锥齿轮传动系统参数设计及动态特性控制提供一定的参考。     

汽车仪表板横梁设计要点及刚度分析

【目的】仪表板横梁设计不合理会导致产品在试制过程中频繁出现异响问题,需要拆卸整个仪表板总成进行分析,工作量巨大,因此其设计至关重要。【方法】本研究介绍了汽车仪表板横梁的设计要点,分析了汽车仪表板横梁的作用、常用材料、定位安装策略以及主管梁和各安装支架（转向管柱安装支架、仪表板横梁下部支架、保险丝盒支架等）的结构设计参数,并利用有限元分析方法计算了横梁在20 N外力作用下的变形量。【结果】横梁的变形量为0.431 4 mm,刚度及强度满足设计要求,设计合理。【结论】本研究设计的仪表板横梁满足江西五十铃汽车有限公司的规范要求,避免了后续因横梁设计不合理导致的返工费用,可为后续车型横梁的设计提供相应参考。     

AZ31镁合金的晶体模型及单轴拉伸仿真

本文对于AZ31镁合金的变形的数值仿真模拟,采用Abaqus有限元软件进行。将就所建立的模型,编写UMAT用户子材料程序,并将其导入Abaqus,施于建立的三维镁合金模型,进行有限元模拟,所以这里只考虑基面滑移、柱面滑移和拉伸孪晶的启动。分别对原胞的a轴和c轴分别进行拉伸,得出不同的应力应变曲线,从而讨论各向异对材料力学性能的影响。     

基于ANSYS Workbench的弯头夹具结构优化设计

通过有限元软件ANSYS Workbench对公称直径DN150的弯头夹具模拟工况受压进行了静力学分析,绘出夹具受压下的应力云图、变形位移云图,并且得到最大等效应力、最大变形位移和最小安全系数。进一步对弯头夹具壁厚进行优化设计,对夹具最大半径尺寸参数化,利用ANSYS Workbench对其进行参数优化,在保证变形和强度要求的前提下找到了最优方案,最大程度减少夹具质量。     

便携式植保无人机自主控制模式飞行精度检测系统研究

【目的】提高植保无人机自主控制模式飞行精度的检测能力。【方法】以植保无人机为研究对象,根据NY/T 3213—2018标准要求,提炼出便携式植保无人机自主控制模式飞行精度检测系统性能指标,运用RTK（实时动态）载波相位差分技术原理,搭建便携式植保无人机飞行精度检测系统。系统硬件由基准站（XRTK4）、RTK采集器、数据接收器和测试电脑组成,系统软件设计考虑了软件的模块化、松散耦合、高内聚、易于使用、代码可维护性等原则,整个系统能力框架包含了Mesh网络调试管理模块、设备管理模块、测试任务管理模块、用户管理模块等。检测系统搭建后以3WWDZ-15.2A型农业无人机为测试样机,进行自主控制模式飞行精度试验,对检测系统进行校验。【结果】该检测系统符合标准飞行轨迹检测系统性能指标的要求,可以保证检测系统测量的准确性和精度,测试样机符合NY/T 3213—2018《植保无人飞机质量评价技术规范》要求的自主控制模式飞行精度试验项目。【结论】该检测系统可以提升植保无人机检验检测技术水平,确保植保无人机产品的质量安全,从而提高植保无人机产品综合性能,更好地促进植保无人机产业发展。     

轻型镁合金喷灌移动管道的研制

通过对材料合金成分的对比与筛选,确定了喷灌用镁合金管道的成分配方.设计了用于镁合金管道挤压的专用模具,采用先进的镁合金管道表面防腐处理工艺,在国内首次研制出具有防腐功能的薄壁镁合金喷灌移动管道.经检测,镁合金管道与铝合金管道相比,具有良好的力学性能和机械性能,而且重量轻,便于移动,降低了劳动强度.     

农业植保多旋翼无人机飞行控制系统设计

【目的】为了确保农业植保无人机能够在合适的位置喷洒农药,提高控制精度、作业效率并降低成本,有必要对多旋翼无人机的飞行控制系统进行优化设计。【方法】本研究团队以STM32F428IGT6芯片为核心,设计了农业植保多旋翼无人机飞行控制系统。首先概述了无人机飞行控制系统的整体架构,该飞控系统由主控系统、惯性测量单元、喷洒系统、空速测量系统等构成。其次,详细分析了无人机飞行控制系统的电源供电系统设计、通信设计、传感器选择、喷洒系统设计等硬件设计。最后,阐述了无人机飞行控制系统的算法设计,主要包括无人机姿态解算和PID控制算法,并介绍了该系统应用优势。【结果】该系统各模块之间执行SPI和CAN总线协议,可以将传感器实时采集的高度、速度、偏航角等参数传输到主控系统中,利用MCU芯片完成参数的分析处理,在此基础上发出新的调控指令,让多旋翼无人机沿着既定航线飞行,在到达特定位置后启动喷洒系统并完成喷药作业。【结论】该系统能让无人机在合适位置喷洒农药,达到远程控制、自动作业的效果,提高了植保作业效率,有利于促进现代农业机械化高质量发展。