考虑输出刚度不确定性的柔顺机构拓扑优化设计

为了降低机构性能对输出刚度不确定因素的敏感程度,提出一种考虑输出刚度不确定性的柔顺机构拓扑优化设计方法。采用区间模型描述输出刚度的不确定性,利用多项式混沌展开式(Polynomial chaos expansion, PCE)和Smolyak稀疏网格积分法计算随机响应统计矩,以机构输出位移的期望值最大化和标准差最小化为目标函数,以机构结构体积为约束,建立考虑输出刚度不确定性的柔顺机构稳健性拓扑优化模型,采用移动渐近线优化算法更新设计变量。夹持器和咬合机构数值算例验证提出设计方法的有效性,与确定性拓扑优化结果比较,稳健性拓扑优化设计获得的柔顺机构构型有所不同,机构的输出位移标准差减小,有效地降低机构对输出刚度不确定性的敏感程度。随着加权系数增大,获得的柔顺机构输出位移标准差和期望值减小。随着不确定输出刚度幅值增大,获得的柔顺机构输出位移标准差增大,并且输出位移期望值有所减小。     

3-PUS-PU柔顺并联机构运动学分析与优化设计

提出一种具有高精度、高刚度的3-PUS-PU柔顺并联机构,并对该机构进行运动学分析及优化设计。根据柔性铰链结构与机构间几何关系,对3-PUS-PU柔顺并联机构的运动原理进行阐述,并分析了该机构运动特性。采用空间闭环矢量法建立机构的运动学模型,对机构的输入-输出关系和速度特性进行了分析。基于力学理论,通过求解柔性铰链的极限转角,对机构的工作空间进行分析。根据机构的工作要求,提出定位精度指标和紧凑性指标,并进一步分析机构几何尺寸参数对其性能指标的影响。基于提出的性能指标,采用粒子群优化算法对机构的结构尺寸参数进行优化设计。结果表明,相比优化前,优化后的柔顺并联机构的定位精度提高25%,紧凑性提高81%,机构整体运动性能有了较大的提升,为后续样机研制提供了参考依据。     

基于恒力机构的香蕉落梳装置设计与自适应性分析

针对香蕉机械化落梳过程中出现的自适应性差的问题,设计了基于恒力机构的可自适应环抱蕉茎插切式香蕉落梳装置,并对落梳装置的径向自适应性和转动自适应性进行了分析。采用两斜置压缩弹簧的结构,引入负刚度,再与正刚度的水平压缩弹簧并联组成恒力机构,提高了落梳刀具组对果轴粗细的径向自适应性,对恒力机构的力-位移特性曲线和刚度-位移特性曲线进行分析,并优选关键参数,得出斜置压缩弹簧的刚度系数k1=12 N/mm,水平压缩弹簧的刚度系数k2=3 N/mm,初始状态斜置压簧的倾斜角θ0=36. 87°,恒力行程对应的落梳刀组包络圆直径范围为80～100 mm,对应的恒力f=180 N。在加载有扭簧的虎克铰链基础上设计了可释放两个转动自由度的落梳刀盘,根据测定的香蕉果轴弯曲度设置刀盘旋转角范围为±10°,根据建立的三维模型中的几何参数得出,落梳刀具末端的工作空间是一个半径为300 mm的球面。对落梳刀具末端的柔度矩阵进行分析,结果显示,落梳刀盘旋转角为0°,即刀盘与机架上底面平行时线柔度最大,最大值为0. 818 2 mm/N,落梳刀盘旋转角为10°时线柔度最小,最小值为0. 77 mm/N,说明落梳刀具末端的线柔度随刀盘旋转角的增大而减小。试验结果表明,梳柄切口符合试验指标的蕉梳占所有样本的81. 25%,切口质量良好,该装置设计合理,且满足实际落梳作业的要求。     

考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑构型设计

为了避免大变形引起静强度失效,提出一种考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法.采用Total-Lagrangian描述方法和增量式Newton-Raphson法求解机构的大变形响应问题;采用基于假设密度场的单元势能插值法,从而避免几何非线性拓扑优化出现的数值不收敛问题;以输出位移最大化作为优化目标,采用改进的...     

基于压电作动器驱动的微操作机构设计与运动控制

设计了一种由压电作动器驱动的微操作机构。基于柔顺机构原理设计了桥式位移放大机构,以改善压电作动器的输出位移。利用伪刚体法和Euler-Bernoulli柔性梁理论建立微操作机构的静力学模型,并通过Lagrange方法推导出其动力学方程,进而获得机构的自然频率。借助于差分进化算法进行柔性铰链几何尺寸优化,并与计算机有限元仿真分析进行交叉验证。最后,实验验证了所提出微操作机构能够获得位移放大倍数为9.8和行程为180μm;在基于观测器PID控制下,机构位移均方根误差和最大位移误差分别为0.071、0.128μm。本文提出的微操作机构具有精度高、鲁棒性强的运动效果。     

基于动态特性的复合桥式微动平台优化设计

为了实现复合桥式微动平台的精确运动,提出一种基于其动态特性的优化模型并对其结构参数进行优化。采用虚功原理推导出平台的运动、刚度和强度特性模型。采用伪刚体法和Lagrange方程建立平台的动态特性模型。建立的所有模型是以结构参数为变量的封闭形式,为平台优化设计提供理论模型。由理论模型与有限元分析的结果比较分析可知,两者所得的结果误差范围为6.0%~9.3%,表明所推导出的特性模型的正确性和精确性。根据固有频率和放大倍数封闭形式的模型,分析其对结构参数的灵敏度,由此选出对平台动态特性影响较大的优化设计变量。提出一种以平台的动态特性固有频率和放大倍数为目标,铰链强度、输入刚度和几何尺寸为约束的优化模型。结果表明优化后的平台能获得更大的固有频率和放大倍数,说明方案能满足其优化设计要求。     

基于人机工程的轿车换挡机构的优化设计

根据人机工程学对轿车变速换挡机构所提出的换挡力和换挡行程要求,针对某款自动挡轿车的换挡力过大问题进行原因分析。通过FTA方法对整个变速系统的影响因素逐一研究,确定换挡机构本身换挡力大是主要原因。通过换挡机构的换挡行程和换挡力计算校核和换挡机构自身结构分析,对杠杆比、梯形齿挡位角度提出优化建议,优化后的换挡机构的换挡力经过试验验证符合要求。     

基于空间机构学的赛车转向梯形机构优化设计

为了提高赛车的转向性能,应用空间机构学理论建立赛车转向梯形机构的优化数学模型,通过MATLAB软件编程,采用复合形法对转向梯形机构进行了优化设计。优化结果表明,基于空间转向梯形模型优化后的赛车内外轮实际转角与理论转角关系曲线吻合程度高于基于平面转向梯形模型的优化结果,从而提高了设计精度,改善了赛车的弯道行驶性能,为赛车转向系统设计提供指导。     

基于ADAMS的椭圆齿轮分插机构运动仿真及改进

利用UG对高速旋转式水稻插秧机分插机构的各部件进行建模并完成整体装配,通过ADAMS进行运动学仿真。针对特定参数下轴心在焦点的椭圆齿轮分插机构秧针尖点的运动轨迹不符合农艺要求的问题,通过调整椭圆齿轮的轴心位置对分插机构进行改进。结果表明,改变椭圆齿轮的轴心位置可以达到较好的作业要求,为分插机构的改进与优化设计提供了依据。     

基于运动学分配性能的并联机构优化设计

根据给定的并联机构末端执行器的任务要求,在其结构参数优化设计中,为保证各分支运动学传递性能相对均较优,利用离差的性质,定义了局域和全域运动(速度)、力及功率分配性能指标,以此反映各分支共同承担负载要求的能力。对于单驱动分支功率输出,探讨了速度和力两个可变的物理量对功率的作用大小,并定义了运动、力作用系数,以此对机构的工作空间进行了分析。最后以用作姿态调整部件的3-RPS空间并联机构为例,对上述指标进行了详细的求解,在改进的设计空间中叠加性能图谱,优化了机构的结构参数尺寸,同时求出了相应的工作空间。     

基于遗传算法齿轮连杆组合机构优化设计

分析了齿轮连杆组合机构的工作原理。采用遗传算法对机构进行合理优化,设计出具有停歇精度高,满足曲柄存在条件和传动角γm in≤[γ]传力性能的组合机构,解决了传统组合机构设计中参数难以确定的问题。     

基于浮点编码遗传算法的钢闸门主梁优化设计

针对目前钢闸门结构优化设计中存在的问题，建立了钢闸门主梁多目标优化的数学模型，提出了将浮点编码遗传算法与最小偏差法相结合，并将其应用到平面钢闸门主梁的多目标优化设计中，以主梁的重量，主梁抗弯截面模量与截面积的比值为目标函数进行了优化设计。优化结果表明，此方法能够克服传统优化算法极易陷入局部最优的缺点，而且收敛速度快，计算精度高。     

汽车转向机构稳健设计研究

基于稳健设计理论对汽车转向机构进行了设计研究。以转向过程中运动精度为目标函数,以主销中心距、轴距、梯形底角和转向梯形臂长度为设计变量,以安装误差、尺寸误差为噪声因素,以最小传动角及最大角度误差等为约束条件,建立了基于田口方法的转向机构稳健设计模型。最后,比较了田口方法与确定性优化方法的设计结果。结果表明,基于田口方法设计的转向机构可靠性强,稳健性能好。     

主副连杆式曲柄连杆机构运动学的集成化设计

根据主副连杆式曲柄连杆机构独特的运动规律,基于UGNX软件实现了使主、副气缸的活塞运动行程、位移、速度和加速度差异最小化的连杆机构的最佳几何参数,并以参数化曲线的方式再现了运动学之变化历程,为后续的动力学分析和发动机整机开发打下了基础。     

液态施肥机椭圆齿轮扎穴机构优化设计与仿真

为减少深施液态肥时土壤回带现象,建立了扎穴机构数学模型,利用VB编写了计算机辅助分析软件,并仿真得到影响施肥效果的因素以及喷肥针长度、摇臂长度、喷肥针与摇臂的夹角、行星架的初始位置等有关参数。其中一组优化后参数为：摇臂长度197mm,喷肥针长度180mm,喷肥针与摇臂的夹角76°,行星架的初始角度31°,行星轮轴心和喷肥针尖D的连线与行星架中心连线的初始夹角-70°。通过验证,优化后扎穴机构大大减少了喷肥针土壤回带现象。     

基于稳健设计理论的汽车转向机构集成化设计

应用稳健设计理论采用集成仿真技术,以转向梯形底角、转向臂长度、主销中心距和轴距为设计参数,传动角为约束,以转向时内轮实际转角与理论转角的误差最小为目标函数,同时考虑零件制造精度对转向性能的影响,采用具有正态分布参数的蒙特卡罗法和多目标遗传算法对转向机构进行稳健优化设计。结果表明,该集成仿真方法与传统数学模型设计方法相比较大地提高了分析研究效率,而且当设计参数存在微小变化时,能有效保证转向系统的运动轨迹精度和传动稳定性。     

基于MatLab玉米脱粒机清选机构优化设计

为了减小大型玉米脱粒机在工作过程中清选运料机构的振动,提高轴承等机械部件的使用寿命,对5 TY-1 9 0型玉米脱粒机清选机构进行了运动学分析,选用机构的平动性、运动稳定性作为优化目标,以机构的清选筛拉杆的横纵坐标作为优化变量,采用解析法建立了清选运料机构的数学模型。在清选运料机构—曲柄和双摇杆运动分析基础上,利用Mat Lab中Simulink模块进行了运动仿真和优化分析,优化了清选运料机构的机构参数,即当摇杆1为675mm、连杆2为3 425mm、摇杆3为605mm、连杆4为350mm、连杆AB为2 946mm、连杆BC为4 7 9 mm时,机构传递效果最好,振动最小。为了验证优化结果 ,进行了实际脱粒试验,通过对不同结构参数组合整机及运料机构的振动情况来看,优化后的结构参数在脱粒过程中运行平稳、振动小。该研究形成的清选运料机构的运动规律为大型农机具运料机构的运动平稳性研究提供了参考,具有一定的指导意义。