关键词： 自动换刀机械手   弧面凸轮   非等价加工   刚柔耦合   动力学分析  

摘要： 本课题以双弧面凸轮式自动换刀机械手为研究对象,基于Creo软件完成了该换刀机械手的设计,并建立了其整机的三维数字化样机。对弧面凸轮的非等价加工方法进行了研究,计算并推导了五轴非等价加工的刀位控制方程。在双弧面凸轮换刀机构多自由度动力学模型的指导下,建立了该机构的多刚体动力学数字样机以及刚柔耦合动力学数字样机,并进行了相应的动态仿真及分析。本文主要从以下几个方面展开研究:首先,基于凸轮及自动换刀机械手的基本理论知识,设计满足换刀需求的运动循环图,并以此循环图为基础,设计双弧面凸轮自动换刀机械手及此装置中所用到的弧面凸轮。基于Creo软件建立了该换刀机械手整机的数字样机,为随后的动力学研究奠定了基础。其次,以基于中点偏置的刀位补偿法作为基础理论依据,分析研究了弧面凸轮的非等价加工方法,推导并计算了非等价刀具在加工过程中的补偿量和补偿方向;研究了五轴机床中弧面凸轮的等价加工和非等价加工方法,利用坐标变换法计算并推导了五轴等价加工的刀位控制方程;按照刀位补偿法推导出五轴非等价加工的刀位控制方程,获得了对实际加工有指导意义的非等价加工刀位控制方程。最后,基于实际工作情况,创建了双弧面凸轮式自动换刀机构的多自由度刚柔耦合动力学模型,并推导出其动力学方程。通过ADAMS软件,创建了该机构的多刚体动力学数字样机,并对其动力学性能进行了分析;依据动力学模型,通过ANSYS软件对其关键构件进行了柔性化处理,并逐个导入到多刚体动力学数字样机中,完成了换刀机构的刚柔耦合动力学数字样机的建立,之后分析了该机构的动力学性能,此分析过程尽可能模拟了换刀机构在实际工作过程中的情况,其结果对换刀机构的设计、加工和生产都具有指导性作用。

关键词： 现代化技术   工程车辆   液力机械传动   传动系统   动力性  

摘要： 工程车辆如装载机、推土机等为了提高对高强度负载的适应能力,主传动系大部分采用液力机械传动方式.然而,液力传动的传动效率较不高,如果遇到高强度负载需要传动系统输出较大功率的情况下,液力变矩器的传动效率相反大程度下降.导致作业效率降低,造成了能源的浪费.浪费的能源转化为热量使油温升高,造成机械的运行环境出现恶化情况,从而直接影响到液力传动系统性能.鉴于此情况,本文针对工程车辆液力机械传动系统的动力性进行分析.

关键词： 机械工业   分行业   主营业务收入   机械行业   汽车行业   电工电器   机械工业联合会   智能制造   同比增长   创新发展模式   装备研发  

摘要： 2017年8月8日,2017年上半年机械工业运行情况发布会在中机联举行。中国机械工业联合会执行副会长陈斌、中国汽车工业协会常务副会长董扬、中国机械工业联合会统计工作部副主任田淑坤出席,会议由中国机械工业联合会执行副会长兼秘书长赵驰主持。陈会长指出,考虑

关键词： 转轨机械手   结构设计   动力学仿真   同步带   振动特性  

摘要： 随着我国生产制造业转型升级的步伐加快,自动化生产线应用日益广泛。工业机械手作为自动化生产线的关键设备,其开发研究越来越受到重视。本文设计研究的转轨机械手主要用于新能源汽车驱动电机的自动化装配生产线中,可以实现电机转子的自动转移拼装,解决了人工搬运效率低及稳定性差等问题,加快了装配线的生产节拍,提高了装配线的自动化程度。转轨机械手的结构创新和工作性能的研究对于提高自动化装配线的生产效率具有十分重要的意义。本文在研究以往机械手的基础上,根据具体的应用要求,设计了一种在竖直方向可以两级升降的新型转轨机械手。转轨机械手整体上采用桁架式结构,其中竖直方向运动的机械臂采用内臂和外臂相嵌套的结构,在外臂升降的过程中,利用同步带拖动内臂运动,达到了双节倍速的效果。该创新结构有效降低了机械手对空间的高度要求,增加了机械手的稳定性。其次,本文研究了转轨机械手的动态性能。利用ABAQUS软件对机械手的整体结构进行动力学仿真,包括模态分析和谐响应分析,获得了机械手的低阶模态振型和频率响应曲线。针对机械手的第3阶固有频率容易发生共振的情况,本文提出了对机械手立柱施加固定连接的优化措施。经过再次谐响应分析,验证了优化措施的有效性。最后,针对转轨机械手应用中的关键技术,即同步带传动的振动特性研究,本文在理论分析同步带不同振动特性对机械臂稳定性影响的基础上,利用RecurDyn软件构建了基于有限段法的同步带仿真模型。研究了其在不同张紧力作用下的运动过程,得到了同步带的横向振动振幅曲线,为同步带预紧力的设置提供了参考。

关键词： 微纳米谐振器   表面效应   非线性动力学   表面吸附   模态耦合   原位实时检测  

摘要： 微纳机电系统是机械、力学、微电子、化学等多学科交叉的前沿性研究领域,在机械电子、信息通讯、航空航天、生物医学与能源环境等领域有着重要应用价值。微机电系统的日趋成熟和纳米技术的迅猛发展为机械动力学与振动学科提出了前所未有的巨大挑战,同时也带来了全新的机遇。高性能微纳米机械谐振器作为微纳机电系统的核心功能器件,其设计对动力学理论与分析方法提出了新的挑战:机械结构固有表面效应、吸附诱导的表面效应、表面作用力等表面效应显著,工作环境复杂等。为此,本文在微纳米机械谐振器表面效应的力学模型表征、表面效应的作用机制以及其对器件动力学性能的影响规律、表面吸附作用下实验检测机理与方法等方面开展了系统的研究,主要研究工作如下:针对微纳米机械谐振器中结构固有的表面效应问题,本文提出了表征机械结构固有表面效应的修正连续介质力学模型和半连续介质力学模型。首先,提出了一种考虑表面层厚度的纳米机械结构固有表面效应的修正core-shell模型,揭示了表面层厚度对器件结构动力学特性的影响规律。与已有实验数据对比验证了该修正core-shell模型的合理性;与不考虑表面层厚度的表面效应模型对比,论证了当纳米线谐振器直径小于100 nm时考虑表面层厚度的必要性。其次,基于上述修正core-shell模型,进一步发展了表面弛豫和重构作用下表面效应的半连续介质力学模型,该模型能从原子层面揭示固有表面效应的形成机理,且其本构关系满足表面平衡条件。采用分子静力学方法建立了表面弛豫和重构现象的力学模型,得到了表面效应的连续介质力学模型与原子晶格模型之间的关联关系,推导了半连续介质力模型的本构关系,并与已有实验数据和理论结果对比验证了模型的有效性。结果表明:表面弹性和表面密度主要取决于表面弛豫,表面残余应力主要取决于表面重构。本文还将上述修正core-shell模型用于评估光热诱导的过渡性表面层等效杨氏模量和等效厚度,从理论和实验上研究了光热诱致的表面不稳定现象的形成机理,揭示了当宽度增大时表面褶皱从一维有序平行褶皱过渡到二维无序褶皱的力学成因,为基于表面褶皱的无显影光刻技术提供可能性。在上述微纳米机械谐振结构固有表面效应的表征模型基础上,本文研究了表面效应的作用机制以及其对谐振器动力学性能的影响规律。首先,基于非局部弹性理论,提出了纳米机械谐振器内模态耦合非线性效应的理论模型,分析了非局部效应对张力诱导的内模态耦合强度作用机制、模态耦合对双固支梁式谐振器吸合特性和谐振频率的调节作用。结果表明:当尺度减小时,第一阶面内与面外方向模态之间的耦合强度显著增大,其物理成因是非局部弹性理论的引入使机械模态之间能量转移更易产生。其次,研究了表面效应对纳米机械谐振器复合型裂纹扩展与其动力学特性的影响规律,揭示了表面效应与复合型裂纹扩展的内在关联关系,分析了表面效应作用下纳米裂纹梁的动力学特性。提出了斜边缘裂纹效应的概念,阐明了表面效应和复合型边缘裂纹扩展的固有关系;将表面残余应力引入到裂纹尖端力场中,推导了I型和II型边缘裂纹的应力强度因子和相应柔度系数的解析表达式;提出了一种纳米裂纹梁修正的连续介质动力学模型。结果表明:由于残余表面应力改变了复合型裂纹的断裂韧性,故裂纹引起的附加柔度系数关于残余表面应力对称分布,且当?0（27）-10 N/m,表面残余应力可延缓复合型裂纹的扩展。针对表面吸附诱导的表面效应,本文进行了表面吸附作用下为微纳米机械谐振式传感器的传感机理与实验研究。首先,基于修正Langmuir吸附动力学模型,提出了一种微米机械传感器的慢时变参数动力学模型,揭示了流体环境作用下吸附诱导的表面效应对微机械谐振传感器非线性时变参激振动特性的影响规律,研究了原位实时检测的机理与延时特性。通过引入分析物浓度慢时变特征修正了Langmuir吸附动力学模型,建立了表面吸附与结构固有表面效应耦合作用下微机械谐振传感器的慢时变参数动力学模型,分析了吸附诱导的表面效应形成机理与吸附诱导的传感器频率偏移特性。其次,研究了分子吸附下悬浮式多层石墨烯传感器的非线性吸合动力学特性。引入残余built-in应变和双向边缘效应,发展了一种机电耦合动力学模型来描述石墨烯传感器的吸合行为。与已有实验数据对比验证了该模型,讨论了悬浮式多层石墨烯传感器吸合电压的调节方法,比较了石墨烯传感器的断裂和吸合两种失效形式,推导了zigzag型和armchair型石墨烯传感器的临界轴向预应力。再次,本文还针对石墨烯气体传感器的选择性检测原理,分别从理论建模、密度泛函理论仿真和实验测试等方面研究了石墨烯固体表面的吸附动力学特性。采用基于DFT的第一性原理仿真方法计算了气体分子在石墨烯表面的吸附能、电荷转移和吸附平衡距离。基于吸附诱导的非线性刚度弹簧假设,还提出了单气体分子与石墨烯表面之间的吸附非线性刚度模型,计算了不同气体

关键词： 教材   高等学校   机械动力学  

ISBN: (纸本)9787030534477

摘要： 本书系统阐述了机械系统运动学与动力学的基本理论和方法。作者对本领域的大量文献进行筛选与分类，将确实行之有效的建模方法，根据作者对机械系统动力学体系的理解奉献给读者。

关键词： 机械臂   运动学   轨迹规划   静力学   动力学  

摘要： 以机械臂为代表的机器人在工业已经取得了长足发展,渗透入各行各业,并在各行各业中扮演着重要的角色。本课题基于山东省重点研发计划"太极推手机器人关键技术研究",以机械臂的研究为项目开发工作的出发点,为项目的开发、设计打下理论基础,论文内容包括以下几个部分:(1)首先,论文的第一部分首先对机械臂的相关技术的发展和国内外的研究情况进行了概述。然后,论文对机械臂的运动学进行了研究。运动学的研究包括机械臂建模的数学基础、关节坐标系建立、D-H表示法建立运动学方程,以及逆向运动学求解基本问题。根据项目需求,需要设计仿人机械臂,基于人体生物力学参数确定机械臂设计的尺寸数据,根据数据由D-H表示法构建机械臂的运动学方程并求出正逆运动学的解。然后通过MATLAB对正逆运动学方程解的表达式编程运算,根据D-H参数在Robotics Toolbox工具箱建立仿真模型,通过对比编程计算的计算结果和工具箱计算的结果对运动学方程解的表达式进行验证。(2)其次,研究机械臂的轨迹规划方法,研究涉及关节空间和笛卡尔空间两个方面。其中关节空间的轨迹规划是对机械臂各关节运动参数的规划,运用插值函数规划运动参数保证机械臂在运行时的平滑和稳定;笛卡尔空间的轨迹规划满足了机械臂末端在操作空间按期望路径运行的要求,是对机械臂末端运动参数的规划。本部分,论文阐述了相关插值算法的具体生成方法。(3)对机械臂的力学分析包括两个方面,一是机械臂处于平衡状态时的静力学研究,二是机械臂处于运动状态的动力学研究。静力学描述的是机械臂末端受力与各关节受力平衡的状态,通过雅克比矩阵得到对应的静力学方程;动力学研究的是机械臂的运动参数与各关节受力的关系,目的是得到为使机械臂达到某一期望运行状态所需的关节力矩输出。本文根据拉格朗日力学分析方法建立了动力学方程。(4)最后,论文分别对机械臂的轨迹规划算法和动力学进行仿真分析。利用Matlab/Simulink对轨迹规划方法进行仿真,分析仿真结果比较轨迹规划方法的应用效果,验证了算法的正确性和合理性。将UG下的实体模型导入ADAMS中,建立仿真模型,得到了期望轨迹下对应的各关节的力矩曲线。

关键词： 柔性关节/柔性臂杆机械臂   动力学建模   阻抗控制   粒子群优化   自适应阻抗控制  

摘要： 随着空间探索的不断推进,面对复杂太空环境以及危险作业任务,空间机械臂作为辅助工具,起到不可或缺的作用,但由于机械臂本体结构的特点,在运动过程中会造成关节变形以及臂杆变形,使机械臂末端运动轨迹和接触力的控制难度增大。针对这一问题,本论文主要研究空间柔性机械臂动力学特性及机械臂末端接触力控制,设计阻抗控制算法,进而实现接触过程的柔顺化。具体研究工作如下:首先,基于KANE方程,研究空间柔性机械臂变形条件下的动力学方程。针对关节柔性以及臂杆柔性,分析不同变形条件下的动力学特性;分析空间柔性机械臂在接触条件下及未接触条件下末端的变形量,并通过MATLAB软件平台进行仿真计算。其次,考虑机械臂的关节柔性及臂杆柔性,研究空间柔性机械臂变形性条件下的阻抗控制算法。充分考虑机械臂的关节柔性和臂杆柔性特征,基于其动力学方程推导阻抗控制算法,分别研究机械臂在自由运动时对末端笛卡尔轨迹跟踪的响应及机械臂末端存在接触时对期望力的响应,并与不计入关节柔性和臂杆柔性的阻抗控制结果对比,通过MATLAIB/Simulink软件,验证控制算法的正确性与有效性。然后,针对外界环境不确定性及动力学模型不精确等问题,设计自适应阻抗控制算法,同时引入粒子群算法,对控制过程中的目标阻抗参数进行优化。对比分析粒子群优化算法的有效性,同时以不同外界环境为条件,研究自适应阻抗控制算法的鲁棒性,并通过MATLAB/Simulink软件平台,验证算法的正确性。最后,基于ADAMS和MATLAB/Simulink平台进行联合仿真。在Adams仿真环境下完成机械臂模型子系统的建立,同时在Simulink仿真环境下完成控制模块子系统的建立。最终建立机械臂模型子系统与控制模快子系统的联合仿真模型,验证方案的可行性。

关键词： 劳动力   农业机械   替代弹性  

摘要： 粮食生产中,全程机械化大规模推进后,必然会改变传统粮食耕作方式,尤其是要调整各类生产要素的投入比例结构,换句话说,土地面积一定情况下,农业机械数量增多后,就会要求减少劳动力,而这两个要素的增加与减少并非是随意进行,要保证具备合理可行,这就需要对二者之间的替代弹性做出研究,基于此,本文的研究具有十分重要的现实意义。

关键词： 空间机械臂   重力   驱动力   柔性关节   轨迹跟踪  

摘要： 空间机械臂在太空中协助或者代替宇航员完成一些复杂、精细或重复的操作,在空间站建设与维护中发挥着不可替代的作用。在空间机械臂系统设计中,能耗与控制精度是较关键的性能指标,然而由于缺乏长时有效的微重力环境模拟手段,在轨服役的空间机械臂系统性能难以保证。为了解决这一问题,本文提出改变关节轴线取向进行空间机械臂地面模拟试验的方法,分析了不同重力环境下的驱动力及模型差异,并分别针对刚、柔性机械臂设计适用于不同重力环境下的轨迹跟踪控制器,解决了空间机械臂地面装调与空间应用的矛盾与关节柔性带来的高频谐振问题。首先,针对四自由度仿人机械臂,考虑关节摩擦进行不同重力环境下的驱动力仿真,通过改变摩擦、关节角速度、负载等分析不同重力环境下的驱动力差异及关键影响因素。并通过改变关节轴线取向进行空间机械臂地面模拟试验,实验结果与仿真对比验证了该方法的可行性,并基于试验数据进行摩擦特性曲线拟合得到实际摩擦模型。研究结果表明,针对小惯量机械臂系统,摩擦是影响其空间驱动力的关键因素。由于重力释放及其带来的摩擦系数的改变,空间微重力环境下的驱动力变化规律与幅值与地面相差很大。其次,针对漂浮基刚性空间机械臂,设计自适应反演滑模控制器实现不同重力环境下的轨迹跟踪控制。将重力与系统建模误差视为总和扰动,采用自适应律对其进行在线估计,并采用滑模控制器的切换控制项对系统不确定性进行补偿,从而保证系统的鲁棒性。采用李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性。采用所设计控制器进行仿真并与PD控制器对比,仿真结果验证了控制器的有效性与优越性。最后,针对柔性关节空间机械臂,设计奇异摄动自抗扰控制器实现不同重力环境下的轨迹跟踪与抖振抑制。基于奇异摄动理论,针对慢变子系统设计了加入前馈补偿的线性自抗扰控制器,采用状态观测器对重力、建模误差、系统扰动等进行估计并在控制律中予以补偿,并加入前馈补偿以减小观测器带宽。采用李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性。采用不同的线性反馈控制律进行仿真并与奇异摄动PD控制对比,结果验证了控制器的有效性与鲁棒性。