龙门式混联机床的静刚度分析

静刚度是机床设计的重要指标之一.为了解基于平面三自由度并联机构的龙门式混联机床的静刚度性能,提出了一种分析方法,此方法同时考虑了并联支链和铰链的变形.根据微分误差模型,建立了机床刚度矩阵,得出了机床位置刚度和转动刚度的分布情况,着重讨论了铰链刚度对机床刚度的影响.结果表明 在工作空间内沿Y方向位置刚度具有对称性,转动刚度具有不对称性; 铰链刚度对机床刚度影响很大,在并联机床或者混联机床设计中必须选用刚度好的铰链连接形式.     

齿轮系统谐波共振频率因子与主共振响应研究

在已建立的考虑动态刚度、传递误差及齿侧间隙单对直齿轮传动系统动力学分析模型基础上，将齿侧间隙引起的刚度非线性函数按7次多项式拟合。运用多尺度方法分析了系统中存在的多种谐波共振频率因子，导出了系统在内部激励作用下主共振响应时稳态振动的频率响应方程，绘制了相应的频率响应曲线，并分析了系统中的静态栽荷、动态栽荷及阻尼对主共振响应的影响。     

3-RPS并联机构静刚度建模方法

以三自由度并联动力头A3(3-RPS)为研究对象,提出了一种基于子结构综合和静态凝聚技术的静刚度建模和自重变形求解方法.建模过程中,将机构划分为动平台和RPS伸缩支链子结构,并综合考虑了铰链和支链弹性对静刚度的贡献.其中,球铰和转动副处理为具有等效刚度的集中质量虚拟弹簧;伸缩支链借助有限元软件和静态凝聚技术,建立了支链子结构质量矩阵和刚度矩阵;动平台处理为刚性质量块.通过引入变形协调条件,建立系统的整体刚度矩阵.研究结果表明,整机主刚度随机构位姿的变化而变化;在动平台连体坐标系下,3个方向线刚度呈对称分布且w向刚度最大;运动部件自重会导致动平台末端产生较大弹性变形.该方法所得静刚度变化规律通过实测结果进行了验证.     

并联机器人机床运动学正,逆解

基于一般ＳＴＥＷＡＲＴ机构研制的并联机器人机床是新一代智能化金属切削加工机床。然而，机床的运动学位置正、逆解呈强非线性，求解困难，出于机床精度的需要，本研究的模型样机在结构上采用了滚珠丝杠传动，因此又带来了关节运动耦合，导致机床运动学位置正、逆解求解更加复杂。利用运动学等效的原则，引入整机等效串联机构及分支等效串联机构，以等效广义坐标为中间变量建立机床运动学正、逆解求解迭代算法。仿真与控制实验表明     

基于运动元素分解与综合的机构自由度拓扑分析

在分析空间任意单一移动或转动关节在固定坐标系三维坐标轴上分解运动元素的基础上,并通过坐标齐次变换映射得到其在固定坐标系的等效空间运动元素,然后将各关节的等效运动元素再进行空间三维分解,得到对应支链的等效主移动、等效副移动、等效转动运动元素集合。通过构建与固定坐标系三维坐标轴一一对应的三条移动运动元素集合拓扑表示线,并在其右侧对应构建运动元素集合拓扑表示线,将支链上各关节的等效移动或转动元素集合通过水平区间线表示。针对串联、并联、混联机构的不同形式,本文利用运动元素拓扑表示线,对应给出不同的运算和分析方法,从而得到其自由度的构成和数目。     

虚拟P—△效应的巨型钢框架结构实用分析

为了探讨巨型钢框架结构二阶分析的实用方法，在分析巨型钢结构性能及其受力特点的基础上，利用刚度等效原则给出巨型钢框架结构等效模型，进而获得巨型钢框架结构的二阶简化分析模型，并用一个工程实例验证了本模型的可靠性和实用性。此法无需迭代即可获得结构的几何非线性分析结果，大大节省计算机时，提高工程设计效率。     

考虑链间耦合的高速并联机器人惯性参数预估方法

高速并联机器人驱动关节等效惯性参数随位形变化且支链间耦合效应明显,高速运行时惯性参数的改变显著影响系统控制品质.以一种新型四自由度高速并联机器人CrossⅣ为例,在分析其动力学模型基础上,首先建立惯性矩阵,并证明其在全工作空间内具有严格对角占优的特性;其次构造对角占优特性指标,并借此提出一种充分考虑各支链间耦合作用的驱动关节等效惯性参数计算方法;然后具体分析了在全工作空间内,对角占优特性指标的分布特点和等效惯性参数随位形的变化规律;最后通过仿真和试验分析发现,该方法能够显著改善系统阶跃响应特性,超调量和调整时间分别减少了30.7%,和44.3%,.所提方法有效计入了关节之间的耦合作用,可为高速并联机器人的电机选型和高精度控制提供正确的系统参数.     

二自由度平移并联机器人空间静刚度分析

为提高一种二自由度平移并联机器人机构静刚度分析的准确度,该文建立了六维空间静刚度模型,并对主刚度及主方向做出评价.考虑机构的驱动刚度、结构刚度和空间外载荷3个因素对整机静刚度产生的影响,对机构的支链和滚珠丝杠进行静力学分析,求出它们的变形.采用虚拟机构法并根据输入输出之间的速度映射关系分别得到支链和滚珠丝杠引起动平台产生的位姿变形,再由小变形叠加原理推导出机构的整体变形.根据空间外力及外力矩与机构整体变形之间的关系,建立机构的整体空间静刚度模型.基于正交变换法,分析机构的最大最小线位移和角位移刚度的特性.研究结果表明该二自由度平面平移并联机器人机构的静刚度是空间六维的,沿导轨轴线方向的静刚度具有各向同性,垂直于导轨轴线方向的静刚度与其位置有关.     

6－SPS并联机器人单支链精度综合算法

通过对6-SPS型并联机器人位置输入输出方程微分，建立了原始误差存在在单支链上时机器人误差模型，在此基础上，运用误差独立作用原理和原始误差等效作用原则，在该情况下对并联机器人进行精度综合，该办法将并联机器人精度综合这一原本多目标多变量的非线性最优化组合问题转化为线性问题，因而简单可行，具有一定的实用价值。     

五自由度虚拟轴机床刚—柔耦合动力学模型

针对一种用于研磨自由曲面的新型虚拟轴机床，建立基于Lagrange方程的空间刚—柔耦合动力学模型。考虑虚拟轴机床整体的刚性运动与各支链弹性变形间的相互作用或耦合，将机床的各个支链和平台看作独立的子结构，建立各自的动力学方程，根据子结构之间的约束关系建立系统约束动力学方程。该方法为虚拟轴机床动力学研究提供了新的思路。     

钻具螺纹接头力学性能计算方法及其应用

针对钻具螺纹接头轴对称特点以及所承受复合载荷的特点，应用接触力学理论建立了将三维问题退化为拟三维问题的有限元半解析法，推导出钻具螺纹在任意载荷作用下的载荷、位移和刚度矩阵公式，并编制了计算钻具螺纹力学性能的弹塑性有限元力学软件．软件计算结果和实验数据比较一致，表明该力学模型和软件是可靠的．该软件可用于评价API钻具螺纹的力学性能，同时也可用于设计新型钻具螺纹，基于此原理，研制了双台肩钻具螺纹接头并得到应用．     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

并联机床的平行机构对其静刚度的影响分析

为了研究机床静刚度对并联机床性能的影响,以东北大学研制的3-TPT并联机床为研究对象,通过对机床静刚度模型的理论分析,得出了机床静刚度的表达式.利用大型有限元分析软件ANSYS,在机床不同的受力条件下对机床主架静刚度和机床整机的静刚度进行仿真分析,指出了机床刚度的薄弱环节以及平行机构对机床整机的影响.分析结果表明:机床的z向刚度远大于水平方向的刚度;机床整机的刚度远大于机架的刚度,平行机构能使机床的刚度成倍增加,随着平行机构所在位置高度的增加,其z向刚度增大.     

考虑多种非线性变形的RC框架单元模型

提出一种钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析的杆件单元模型 ,着重介绍节点滑移子单元和剪切子单元的柔度矩阵的建立过程 .该单元模型把框架结构构件 ,由分布弹塑性梁子单元、节点滑移子单元和剪切子单元等 3个在节点上串联的子单元组成 .这两个子单元模型能够分别考虑纵向钢筋在节点内的粘结滑移 ,构件关键受力区域的剪切变形随复杂加载历史的变化过程 .该法从子单元柔度矩阵的计算到单元刚度矩阵的建立过程 ,力学概念明确 ,大大简化多种变形成分和复杂加载历史下 ,构件单元刚度矩阵的建立过程 ,可应用于非线性地震反应分析     

基于有限元法的龙门式机床横梁静态特性分析

针对龙门式机床横梁结构的静刚度问题,通过建立龙门式机床横梁的三维实体模型和有限元模型,利用ANSYS软件对横梁进行了有限元分析,得出了横梁在最不利工况下的应力和变形分布情况。通过将横梁上移动部件进行拟静态化处理和载荷等效,获得了横梁上移动部件不同位置对横梁受力和变形的影响。     

恒扭矩工具组合式非标碟簧试验与数值分析

恒扭矩工具是一种运用在石油钻井领域的高效破岩工具,影响该类工具性能的关键因素是非标组合式碟簧的力学性能。采用Almen-Laszlo(A-L)法与有限元法(finite element method, FEM)对组合式碟簧按不同叠合片数、摩擦状态进行静力分析,得到载荷-变形曲线、等效加载/卸载刚度、功损比、极限载荷变化曲线;对组合式碟簧进行动态响应分析,得到在不同加载速率、预压量、载荷幅值、加载频率下的力学性能。结果表明:考虑大变形与塑性变形的有限元结果与试验结果吻合度更高,A-L法产生偏差与实际等效摩擦因数不在设定的标准区间内有关;考虑系统稳定性与阻尼耗能,优选出碟簧组的组合形式为4片叠合,最小对合单元预压量取3 mm,对合组数20组。研究结果对该类工具的研发具有科学的指导意义。     

利用MRD实现并联机床振动控制的研究

为解决并联机床实际结构动态特性差的弱点,将并联机床简化成黏性阻尼动力学模型,根据振动理论,分析了改变阻尼减小振动的机理.只有在外激励输入频率与结构固有频率的比值超过某一比值时,采用变阻尼控制才有可能同时取得位移峰值和加速度峰值的减少,取得减振控制效果.探讨了半主动控制提高并联机床的动刚度原理,提出采用磁流变液阻尼器作为减振器,提高其动态特性的方法.根据磁流变体的宾汉塑性模型,结合并联机床的特点,设计和制作了并联机床磁流变减振器虎克铰.     

滚动直线导轨热变形对接触刚度的影响

以HSR15A滚动直线导轨为研究对象,基于赫兹接触理论,分析了滚动直线导轨在考虑预载和热变形情况下的弹性受力变形,建立了滚动直线导轨结合面变形的几何关系,从而推导出结合面热变形对接触刚度影响的理论模型.通过有限元软件仿真分析了滚动直线导轨在不同垂直载荷下的温度分布,以及热变形对滚动直线导轨刚度的影响规律.分析结果表明:随着垂直载荷的增大,滚动直线导轨上滚道刚度逐渐增大,下滚道刚度逐渐减小,等效刚度也逐渐减小;热变形可以使滚动直线导轨刚度减小,且随着载荷的增加热变形对刚度的影响越来越显著.     

镐头机拆除工况下机场水泥道面的力学行为

以ABAQUS作为分析平台,建立了考虑接缝传荷以及层间接触效应的双板有限元分析模型,可用于模拟镐头机拆除工况下水泥道面的力学行为.针对机场典型拆除工艺参数及道面结构参数,系统分析了镐头机拆除工况下拆除板和周边保留板的变形、拉应力以及层间剪应力的分布特征,揭示了镐头机拆除工况下周边保留板发生破坏的力学机理.分析了面层厚度、接缝传荷能力等参数对拆除时道面力学响应的影响规律,提出了镐头机拆除施工应注意的问题.     

铸钢件连接钢框架梁柱节点初始转动刚度计算

提出了一种铸钢件连接钢框架梁柱节点初始转动刚度计算的方法．静载试验研究获得节点变形特性,根据变形特性提出了铸钢件受拉、受弯以及连接的刚度计算模型．采用ANSYS软件进行参数分析,验证该方法的适用性．结果表明：连接的转动变形主要由铸钢件、柱翼缘、柱腹板、螺栓的变形组成,其中铸钢件变形包含受拉和受弯2部分．本方法所得结果与...