打通型双串联与三串联柔性铰链设计与性能比较

平面折展柔顺机构(lamina emergent mechanisms,LEMs)的重要组成部分之一是柔性铰链,因此设计新型的平面折展扭转铰链(lamina emergent torsional joint,LET)能够对其运动起到十分关键的作用.本文提出了一种打通型LET柔性铰链,设计了打通型双串联柔性铰链和打通型三串联柔性铰链的两种结构形式,分别推导出了两种铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过对设计实例的理论分析与有限元分析,验证了等效刚度计算公式的正确性.将外形尺寸相同的打通型双串联、三串联柔性铰链与外LET铰链进行了弯曲以及拉压性能的对比,结果表明,打通型三串联LET柔性铰链在拉压性能下降不明显的情况下,能够较大幅度地提升弯曲性能.     

布料包装设备中翻折机构的结构设计与运动分析

为解决中小型染整企业需要机械设备实现布料包装的问题,利用公理化设计理论,根据用户需求解析其布料包装设备中翻折机构的功能要求和结构设计要素。通过耦合设计分析提出符合独立性公理的机构设计方案。选取右侧由曲柄滑块机构与凸轮机构串联而成的六杆机构作为设计对象,利用位移矩阵法得到曲柄滑块机构尺寸,解析滑块位置与曲柄转角的关系。同时,分别选用等速运动规律和正弦加速度运动规律设计推程阶段廓线和回程廓线。此外,对翻折机构进行运动仿真得到翻折板的角位移、角速度和角加速曲线。研究表明,翻折板的运动特性满足设计要求并符合实际需求。     

欠驱动式手指康复训练装置的结构优化设计

为了使欠驱动式手指康复训练装置可提供的手指关节活动范围满足训练需求,以某一连杆机构为例,通过分析运动学模型空间状态进行结构优化。首先建立机械机构与手指的简化空间模型,以关键构件及手指关节的旋转角度作为空间向量元素,求得某一机械尺寸及手指长度下所有可能的空间向量,形成空间状态集;然后通过考察空间状态集选择最佳机构尺寸,使得手指关节活动范围满足训练需求。仿真及样机佩戴测试结果表明,经过优化设计后的连杆式机构能够辅助手指在所需的关节活动范围内进行屈曲伸展运动,对手指长度变化的适应能力较强。所提结构优化方法对于欠驱动式肢体康复训练装置的结构优化设计具有一定的参考价值。     

变胞装载机械手的虚拟设计

根据功能需求的变化,设计了一种变胞装载机械手。介绍了机械手的组成情况及工作原理,应用设计软件建立三维实体模型,进行虚拟装配及运动仿真验证机械手的运动规律,并制作出机械手的简单模型样机。该机械手在工作过程中,能够通过构件的"合并/分开"改变活动构件数量,从而改变拓扑结构,进行自我重组和重构,能满足不同场合、不同工作阶段的任务需求。设计成果既可用于实践教学,又可用于理论研究,对变胞机构的实际应用提供了一定的参考。     

基于等效耦合刚度的平面折展滑块机构分析

柔性铰链是实现平面折展柔顺机构运动的关键部分。如何设计得到柔度好、精度高的柔性铰链一直是柔顺机构研究的关键问题。综合考虑影响平面折展机构铰链刚度和精度特性的等效弯扭及拉压刚度,以LET铰链为例,分析在不同载荷下各个参数对弯扭与拉压等效耦合刚度的影响趋势,从而提出弯扭与拉压等效耦合刚度的概念。通过大量的实例计算和分析,推导出LET铰链弯扭与拉压等效耦合刚度的经验公式。基于等效耦合刚度经验公式,对平面折展柔顺滑块机构进行分析。应用等效耦合刚度公式与不应用等效耦合刚度公式两种情况的分析结果和有限元仿真结果表明,应用等效耦合刚度经验公式的滑块位移计算精度得到很大的提高,验证了等效耦合刚度经验公式的适用性。     

高速机械压力机综合动平衡优化研究

为了减小机构中由惯性载荷引起的振动,提出了一种平面机构振动力/力矩综合动平衡优化方法.对于给定尺度和驱动特性的机构,惯性力仅依赖于运动构件的质量分布.利用集中点质量表示各运动构件的惯性特性,同时以其位置参数作为设计变量,最终建立了机构的综合动平衡优化数学模型,并将该模型应用于多杆压力机传动机构,该方法适用于一般平面连杆机构.     

平面轨迹机构多目标的运动精度可靠性评价

提出了一种多尺寸概率综合法,对考虑构件杆长公差和运动副间隙的平面轨迹机构进行了运动学设计.构建轨迹点运动误差的概率模型,以运动精度最大失效概率最小化为目标,将可靠性和运动无缺陷作为性能概率约束,建立了机构运动精度可靠性概率优化设计数学模型,并验证了模型的有效性.在满足给定运动输入输出关系的前提下,优化出了各配合方案的最优杆长及允差等设计参数.根据铰点配合方案及优化获得的杆长尺寸公差均值,得到了不同铰点配合间隙对机构运动精度可靠度的影响程度;结合预估制造成本,进行方案综合评价.研究结果表明铰点B,C,A和D的配合间隙对机构运动精度可靠度的影响程度依次增大.兼顾成本和可靠度,给出了最优设计方案.     

基于Inventor概念草图仿真在机械原理中的应用

用Inventor草图作为机构的骨架进行装配,得到与机构运动简图完全一致的结构,仿真后得各构件的运动规律或构件上特定点的运动规律及轨迹,为机构的运动分析提供了一种思路.     

平面铰链四杆机构运动学最优化综合的目标函数

机构最优化综合欲发展成为机构学领域的一个分支,对于体现最优化综合全过程的三个主要方面——数学模型、优化方法及计算机程序——进行统一体系的工作是必须的。笔者试从平面铰链四杆机构运动学最优化综合的目标函数问题始做探讨。 本文以各类运动构件的位移矩阵作为算子、以结构偏差为优化准则提出结构偏差表达式及其函数逼近处理,用它们作为目标函数的构成单元来导出各类基本综合问题的目标函数及相应的设计变量。     

单铰运动链的型综合——拓扑胚图的构建

运动链构型综合是机械创新设计的重要途径之一,提出了一种基于拓扑理论的运动链型综合方法,通过机构的自由度、构件数与运动副数的关系,确定杆型组合,再利用结构树法构建机构拓扑胚图,从而为下一步拓扑图的有序构建打下基础。     

单铰运动链的型综合——拓扑胚图的构建

运动链构型综合是机械创新设计的重要途径之一,提出了一种基于拓扑理论的运动链型综合方法,通过机构的自由度、构件数与运动副数的关系,确定杆型组合,再利用结构树法构建机构拓扑胚图,从而为下一步拓扑图的有序构建打下基础。     

急回运动平面连杆机械的解析设计及优化设计

采用平面连杆机构并通过适当的设计措施使其运动输出构件具有急回，是机械设计中用来提高机械的工作效率，改善机构的运动和动力性能的一种常用的设计手段。但长期以来人们一直沿袭采用传统的图解设计方法，从而制约了设计精度和设计效率的提高，更重要的是：由于图解法难以把机构综合与优化设计很好地结合起来，从而也制约了机构设计质量的提高，笔者首先志出了具有急回运动平面连杆机构（主要是曲柄摇杆和曲柄滑块机构）运动综合的解析设计方程，从而解决了图解设计带来的上述问题，采用CAD技术不仅大大地提高设计精度和设计交，而且通过对机构进行运动和动力的多目标优化设计，获得了一些重要结论，这些结论对指导这类机构的设计有指导意义。     

力封闭自适应机构的创新设计方法

提出了选择初始运动链中适当的构件作为力封闭构件设计力封闭自适应机构的创新设计方法.根据初始运动链的自由度特征,指出了自适应机构设计需解决的主要问题,详细介绍了运动链的选择方法,给出了自适应机构设计的基本原则和方法,通过不同类型的设计实例,论证自适应机构设计方法的可行性,对自适应机构的创新设计,具有重大的理论意义和工程实用价值.     

Dynamic modeling and motion analysis of wipe off bamboo surface layer machine

通过建立凸轮机构的数学模型,得到去青机器的运动规律.首先提出去青机器的结构,介绍机器如何实现去除毛竹青色表皮,凸轮机构输出的往复运动是机器的主运动.按质量等效、刚度等效原则简化凸轮机构,建立凸轮机构动力学模型,依据动力学模型与Koster模型建立凸轮机构数学模型,反映出从动件位移、速度和加速度的关联;根据余弦加速度运动与多项式型运动规律,与凸轮机构边界条件推导出从动件输出端运动规律的多项式;结合去青机器的运动参数,简化运动微分方程,推导出从动件输入端运动规律方程组,得到主运动的运动规律,并进行参数扰动分析,作为去青机器设计的理论依据.     

曲柄滑块机构的概率设计及精度综合

针对曲柄滑块机构机构设计时虽然达到较高的精确,但构件制造时出现的误差及运动副的配合间隙等因素,会使机构装配后产生输出误差这些问题。采用概率法进行机构设计,即考虑构件的随机变化,以保证机构运动的精度在允许的误差范围内。也可以根据机构运动允许的误差,配备构件的公差。在MATLAB下运行通过概率设计和精度综合编写的M文件,设计的结果准确、快捷、适合大批量机构设计,有很大的工程意义。     

双层LEMs提升机构设计与分析

设计了基于平面折展扭转铰链(LET)和长铰链的双层平面折展机构(LEMs)提升机构,给出了设计结构,推导了长铰链的等效扭转刚度计算公式,建立了机构的伪刚体模型,并利用虚功原理推导了机构输入力与输出转角的关系式,计算了提升高度.对设计实例进行了理论计算和有限元仿真分析,得到机构提升高度的理论值及仿真值,其相对误差都在3%以内.利用聚丙烯材料按照设计尺寸制作了该双层LEMs提升机构,在滑块位移相同的情况下,机构提升高度的实测值和仿真值基本一致.     

基于工作空间的4RRR冗余并联机构支链优化

工作空间分析是机构设计及运动控制的基础,传统的分析方法限于理论计算,缺乏对机器实际安装效果的研究。该文基于运动学模型及支链运动约束方程,完成了一个4RRR冗余并联机构的支链优化设计。利用Newton-Raphson法和D-H法得到机构的运动学正解和逆解方程,通过分析机构全部5种支链构型下的运动约束,结合运动学模型得到各种构型下的实际工作空间,并依此得到了该4RRR机构的最优支链构型。研究表明:在机构运动学模型中添加构件运动约束方程,能模拟机构的真实运动,其工作空间的分析结果能够用于机构实际安装形式的优化,该方法是对传统的并联机构支链优化方法的有益补充。     

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算

曲柄滑块机构是一种典型的四连杆机构,尽管设计时理论计算可以达到很高的精度,但是由于构件的制造误差及运动副的配合间隙等因素,会使机构在运动中产生输出误差,有时还会显著超出机构设计的允许误差。依据概率统计的相关理论进行机构设计,即考虑构件制造尺寸的随机误差,以保证机构运动的精度在允许的误差范围内。利用MATLAB进行仿真计算和实例研究,得出了理论设计和精度分析的计算结果。该方法准确、效率高、而且适合其它类型的机构设计,具有较大的工程实际应用价值。     

基于李群理论的2R1T并联机构构型综合

应用李群理论,对2R1T(两转动—移动)并联机构的型综合问题进行了系统地研究. 通过分析满足2R1T自由度性质的动平台的李群代数结构,并依据李群代数结构与刚体运动的对应关系,确定出各支链的李群代数结构和它们的等效运动链,最终综合出4394种2R1T并联机构新构型,并绘制了支链机构简图和部分机构简图. 研究结果表明,该方法简单、规范、有效,可作为构型评价及优化的基础,也适用于其他类型并联机构的型综合研究.      

可折展空间八转动副连杆捕获机构的设计

为实现几何形状未知与运动参数不确定的空间目标捕获,提出了一种由8个转动关节依次连接组成的可折展空间连杆捕获机构。利用螺旋理论对该机构进行自由度分析,得到其在分岔位置的3个瞬时自由度;采用几何法对该捕获机构进行运动学分析,将其运动解耦为球面4转动副机构,建立了其在一般位置下的环路方程以及发生运动分岔的条件方程,进而得到捕获机构的包络空间;采用四元数法建立目标运动的数学模型并得到其运动包络范围,通过对比分析得到该机构实现目标捕获的条件并进行仿真验证;基于运动学模型设计原理样机并开展针对3种不同尺寸目标的捕获试验,验证了该捕获机构的功能。试验结果表明:该空间8个转动副连杆捕获机构能够利用折展功能形成大包络空间以实现对目标的捕获,并具有控制系统可靠性高、对目标定位要求低的特点。