研究了全自动折叠舞台折叠与展开过程的运动状态并做出详细动力学分析。对单组舞台板进行动力学理论建模,得到各机构动力学解析式,采用MATLAB软件绘制动力变化曲线。选择适当舞台参数建立动力学模型,基于ADAMS软件进行动力学仿真,将仿真结果与理论分析值进行对比,验证分析的正确性。该动力学分析可为舞台详细设计及优化创新提供依据及思路。

在分析国家、地区和企业层面可持续性评价相关研究的基础上,探讨工艺层面可持续制造评价指标选取的准则;并依据可持续发展的三重底线原则,识别出工艺层面可持续制造评价指标体系;运用DEMATEL方法分析指标的重要性和因果关系,依据分析结果进行指标筛选,明确原因因素和结果因素,以使制造企业进行可持续改进时有所依据。

面齿轮轮齿刚度是面齿轮传动动态分析及优化设计的重要参数,面齿轮设计参数对其轮齿刚度有重要影响。建立了面齿轮传动模型,运用有限元分析软件Ansys Workbench和Ansys Classic对面齿轮不同啮合点处的轮齿刚度进行了联合仿真,研究了面齿轮主要设计参数对其轮齿刚度的影响。结果表明:面齿轮轮齿刚度沿齿根到齿顶方向逐渐减小,随着面齿轮模数、压力角及齿宽的增大而相应增大;面齿轮轮齿刚度沿齿根到齿顶的变化率随着模数的增大而变小,随着齿宽的增大而增大,而压力角对其变化率基本没有影响。

渐进结构优化方法通用性好,程序实现简单,能获得一系列黑白分布的优化拓扑,但它难于求解多约束拓扑优化问题。为了将渐进结构优化方法拓展到求解多约束拓扑优化问题,针对多位移约束下结构体积最小的结构拓扑优化问题,采用有理分式材料模型,建立刚度与拓扑变量的关系;构建求解多约束拉格朗日乘子的近似优化问题模型和其光滑对偶算法;而后,给出单元灵敏度数计算公式和渐进结构优化算法;最后给出了两个验证算例,所得结果验证了该方法的正确性和有效性。

针对神经网络和梯度投影法求解七自由度机械臂逆运动学存在的可靠性差及累积误差等问题,充分考虑机械臂构型特点和自运动特性,提出一种几何法和解析法相结合的冗余机械臂逆运动学新方法并进行仿真验证,通过位置误差和姿态误差来衡量该方法的可行性。实验结果表明:采用该方法对机械臂逆运动学进行求解,机械臂末端位置最大误差不超过0.015mm,平均运行时间为0.455ms,满足实时控制要求,为具有横滚转动副机械臂关节角度求解提供了一种新的思路。

采用H13模具钢粉末进行选区激光熔化成型工艺实验,并对成型试样的致密度和显微组织进行了分析。实验结果表明,过高和过低的线能量都不利于试样致密度的提高,当线能量为0.45J/mm、激光功率为180W及扫描速度为400mm/s时,试样的致密度为最高值94.27%。在成型过程中激光功率对致密度的影响程度高于扫描速度对致密度的影响程度,不合理的工艺参数组合会导致内部组织不均匀,产生裂纹+孔隙等缺陷,从而降低成型试样的致密度。

集配是汽车总装物流中减少装配线线边存储、顺畅车间物流,以及提高生产效率的有效途径。为了降低汽车总装物流成本,描述了集配系统中2种不同的物流配送模式;针对2种不同配送模式建立了成本模型并对其进行分析;通过实例研究,得到了某种零件在不同配送模式下最小物流成本变化的趋势,明确了消耗量对物流成本的影响,从而为不同零件、不同消耗量情况下选择合适的配送模式提供理论基础,使集配系统更好地发挥其优势。

讨论了全地形车(All-Terrain-Velicles,ATV)平顺性建模方法,应用多体动力学软件建立能反应手把处和座位处振动的刚柔耦合模型,总结了平顺性评价方法。在考虑发动机激励的情况下,对该车在随机路面输入下进行平顺性仿真。通过正交试验法探讨了悬架、座垫等参数对手把处和座位处振动的影响。结果表明,前后悬阻尼对座位处和手把处振动影响很大,但影响不一致,应进行合理配置。座垫的刚度阻尼对座位处振动影响较大,适当减小座垫刚度和阻尼是改善座位处振动的有效办法。

为实现履带喷雾车车架结构的轻量化,利用Pro/E软件建立了喷雾车车架的三维模型,并导入到ANSYS Workbench软件中,再对喷雾车车架在空载和满载两种工况下进行有限元分析,获得了车架结构的等效应力、总体变形及安全系数云图,找到了车架结构的薄弱和冗余部位,并进行了车架设计参数敏感度分析,在此基础上提出了履带喷雾车车架的优化设计方案。通过对喷雾车车架的优化设计,其总重量由优化前的457kg降为371kg,降幅达 18.82%,结果验证了优化方案的合理性。研究结果对履带喷雾车的车架设计改进具有一定的技术参考价值。

根据弧面凸轮工作廓面方程,利用CREO2.0软件建立弧面分度凸轮的精确三维(3D)参数化模型,与常见的“点—线—面—体”法相比,3D模型更准确,速度更快,给出了具体实现程序。经过装配和修复后,3D模型一致性良好,数据完整。将3D模型数据变换为适用于ABAQUS软件的STEP文件格式,采用ABAQUS软件对其进行模态分析,克服了其他专业有限元分析软件前处理不足的缺点,提高了有限元分析的效率。给出了载荷盘所在输出轴的前6阶固有频率和振型图,并分析了其振动响应的表现形态。

为了减小模具开发周期和提高产品成形质量,CAE软件在板材冲压成形数值模拟分析方面得到了广泛的应用。以某汽车底梁加固件为研究对象,采用Dynaform有限元软件、多工位多工序的建模方法对其进行了冲压成形全工序数值模拟,以FLD图为根据评判制件冲压成形质量,并对底梁加固件进行了级进冲压试验,结果表明数值模拟结果与实际试模效果比较符合,所获得工件厚度值的最大相对误差仅为2.94%,说明所建立的全工序级进冲压有限元模型是合理可靠的,能够有效地指导实际生产。

为了解决智能车库中自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)存取车路径规划问题和克服传统Dijkstra算法时间复杂度高、搜索范围大及搜索效率低等缺陷,提出了一种基于改进Dijkstra算法的泊车系统路径规划方法。首先以智能车库某时刻空闲泊车位的分布情况为背景,创建该时刻目标泊车位的带权无向图;其次,通过更改数据存储结构和引入双向搜索策略对传统Dijkstra算法进行改进;最后,以距离最短为评价指标,以传统Dijkstra算法和改进Dijkstra算法为路径寻优方法,在MATLAB环境下对AGV存取车路径规划过程进行仿真测试。结果表明:改进Dijkstra算法正确、可行及有效,与传统Dijkstra算法相比,能有效节省数据存储空间,减少搜索时间,提高搜索效率,可以满足AGV存取车路径规划要求。

失效分析中的风险优先数(Risk Priority Number,RPN)方法是目前研究的热点。由于RPN方法自身存在的缺陷以及机械系统失效表现出的复杂多因性特点,RPN方法在应用于机械系统失效分析时常导致结果失真。在总结分析RPN方法缺陷及其原因的基础上,提出基于经济损失的RPN方法——ERPN方法,该方法的失效排序将主观性较强的严重度放在定性分析环节,在定量分析中引入反映失效影响更为准确的经济损失来代替主观性较强的难检度,并对概率分析进行了改善,针对机械系统失效的多因性提出了新的失效解决优先值计算公式。ERPN方法有望改善RPN方法的固有缺陷,使分析结果更加客观。

为解决移液管在线定长切割问题,提出了新型在线切割方法。将在线切割运动分解为轴向、径向及割刀旋转三个方向的合运动^[1]。以待切割移液管的出模初始速度、定长切割长度和移液管直径等为初始条件,建立含有初始速度、径向速度以及轴向速度等的变量关系,其运动关系通过数学分析计算,得出控制运动切割速度关系的合理解,实现在线定长切割^[2-3]。该理论方法通过试制样机测试得到验证,并减少了原材料的浪费,提高了生产效率,获得了较大的经济效益。

研究车削参数对GH4079高温合金表面特征的影响规律,为车削加工GH4079高温合金选择合理的加工参数提供实验基础依据。采用车削速度为280~560m/min,切削深度为0.5~1.0mm,进给量为0.035~0.088mm/r的车削参数对GH4079高温合金进行车削加工,并用CALISUM表面粗糙度仪、显微硬度仪及X射线应力衍射仪对GH4079高温合金车削表面特征(表面粗糙度、表面显微硬度及表面残余应力)进行测定。GH4079高温合金车削表面粗糙度值在Ra502~Ra1 121nm范围内变化,表面显微硬度值在570.2~677.3HV范围内波动,进给方向残余应力σ_r(X)呈压应力状态,而垂直于进给方向残余应力σ_r(Y)呈拉应力状态。研究结果表明:表面粗糙度和表面显微硬度对切削速度的变化最为敏感,表面残余应力对切削深度的变化最敏感;表面粗糙度和表面显微硬度均随切削速度的增加而减小;表面残余压应力随切削深度的增大而增大,表面残余拉应力随切削深度的增大而减小。

分别采用常规热处理和氮气辅助热处理对制冷机械外壳材料进行了退火处理,并进行了材料的显微组织、耐磨损性能和阻尼性能的测试与分析。结果表明,与常规热处理相比,氮气辅助热处理显著改善了材料的耐磨损性能和阻尼性能;使材料的25℃和150℃磨损体积分别减小65%、77%,25℃阻尼性能增加84%;随着频率从0.2Hz提高到1.0Hz,材料的阻尼性能从84%降至35%。

针对GH4169高温合金高效插铣工艺,研究了不同冷却方式对插铣刀具寿命的影响。设计CO₂低温微量润滑冷却系统,进行了CO₂低温微量润滑冷却插铣刀具磨损切削试验,并与其他冷却方式进行对比。从磨损曲线、磨损影像及磨损率3个角度对刀具磨损量、刀具刃口磨损形貌及磨损速度进行了分析。试验结果表明,CO₂低温微量润滑冷却对提高刀具耐用度有显著影响,有助于减缓刀具磨损,改善切削环境。可以通过改变冷却条件方式提升GH4169高温合金插铣刀具使用寿命。

产品质量是企业树立品牌的前提和增加企业效益的源泉。针对金属冷热切圆锯片,首先分析其生产工艺流程;然后,利用质量功能展开(Quality Function Deployment,QFD)方法,应用质量屋将客户反映的需求展开成为质量特性,再将质量特性展开为关键工序,并从市场竞争性和技术竞争性两方面综合考虑,确定企业质量改进关键点;最后,对关键工序热处理进行多因素多指标正交试验设计,以寻求影响热处理因素:材质、淬火温度、淬火时间、回火温度、回火时间和油温的最优组合及其影响因素主次。降低了企业冷热切圆锯片的不合格品率,提高了顾客满意度,效果显著。

汽车转向器是汽车中的重要组成部分,它的整体安全性和舒适性是评价整车性能是否良好的重要指标。转向阀是液压助力转向器(HPS)中的核心部件。针对转向阀的对中打销工序设计了一款随行夹具,该夹具可以实现对转向阀上件、寻找灵敏度中点、打孔、压销和复检(力特性试验)等工序的一次完成,并经过检测得到良好的结果,输出合格的灵敏度曲线和力特性曲线等。

对陶瓷管正交通孔内壁相贯线倒角的数控加工技术及工艺进行了系统研究,建立了内壁相贯线数学模型和刀具路径插补函数模型,设计了专用倒角加工刀具和加工工艺路线。手工编制了内壁相贯线倒角数控加工程序,并在三轴加工中心上进行了实际加工验证,收到良好效果。实现了陶瓷管内壁相贯线倒角的数控加工,提高了倒角加工的精度、质量和效率。

厚度精度是衡量板带材轧机生产质量的一个重要标志。而高精度的板带材出口厚度需要通过厚度自动控制系统实现。为了提高成品板带材厚度精度,将模糊控制、生物免疫系统的反馈机理和传统PID控制相结合,构造了带钢厚度控制系统的模糊免疫PID控制器,利用免疫算法和模糊逻辑在线调整PID参数。仿真结果表明,基于模糊免疫PID控制器的轧机厚度控制系统在响应速度、超调量、稳定性和鲁棒性等方面均优于基于常规PID控制器的厚度控制系统,能够显著提高出口厚度精度。

异形管钢筋骨架自动变径滚焊机是生产钢筋骨架的主要设备之一,该设备中被控电动机的数量多、种类多,且I/O点数多,其控制系统结构复杂。基于485总线和ZigBee技术开发了一种高可靠性滚焊机控制系统,该系统中每个执行机构均有基于485总线的独立底层控制器,将运动控制功能和I/O点控制功能分离,同时利用ZigBee技术实现了对滚焊机主花盘上48台电动机的无线控制,既避免了电动机随着机构旋转而产生的接线缠绕问题,又满足了控制系统的功能需求。该系统实现了钢筋骨架全自动焊接、焊接参数的采集和显示、滚焊机运行过程的图形化显示以及故障报警等功能。实验结果表明,该控制系统运行稳定可靠,实时性好,具有很好的实用和推广价值。

以某车型车身与车架系统为研究对象,应用声学有限元方法与有限元仿真分析软件建立了车辆车身与车架的声学有限元计算模型,对车辆驾驶员右耳怠速振动噪声进行了分析与计算,并与试验测试数据进行了对比,仿真计算与试验结果的吻合度较好,证明了分析模型的有效性和数值仿真方法的可行性。在此基础上,进行了模态贡献量分析,指出了特定频率贡献较大的模态阶次,提出降低噪声的措施。通过这些降噪措施,有效地降低了驾驶员耳旁噪声。

为满足汽车生产线上大量使用的光滑规的定期检测需求,需要找到一种提高影像测量仪现场测量精度的快速标定方法。通过对影像测量仪标定方法进行分析,提出了影像测量仪标定要利于消除光滑规表面质量和仪器误差对测量结果影响的观点。在此基础上,提出了基于光栅的影像测量仪快速标定方法。该方法直接利用待测光滑规作为标定物,克服了光滑规表面质量对测量结果影响的缺点。在介绍这种方法的标定原理基础上,归纳了该方法的优点,并对其进行了误差分析,误差分析结果说明这种标定方法可以达到使用要求。按这种标定方法对两种不同精度的影像测量仪进行标定,并分别对Ø6～Ø40mm之间4种光滑规实测,经过对各组测量数据的方差对比表明,采用光栅和待测光滑规进行标定能获得更稳定的测量结果。

针对离散制造现场质量数据采集效率低、数据采集设备智能化程度低等问题,提出了一种智能数据采集终端的设计方案。在硬件构成上考虑了多种类型数据接口设备并用和结果可视化的需求,在软件设计方面则充分考虑了与制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)的无缝联接,提出了面向检验任务的微制造环境构建与数据封装方案,建立了测量设备自动识别、配置与防错过程模型,给出了基于预控图的产品质量状态自动感知方法,以及现场质量数据的组织策略。应用表明,该系统可有效提高生产现场质量数据的采集效率,提高用户发现和预防质量问题的能力。

针对塔机起重臂易受起升、制动和风载等载荷的影响产生共振的现象,在大型有限元软件ABAQUS中建立其三维模型,对其进行模态分析,得出静定和超静定约束对起重臂固有频率的影响,并根据最大起吊载荷对臂架进行谐响应分析,得出臂架结构对不同频率载荷的位移响应特性,为起重臂的合理设计和设备的安全使用提供科学的指导。

风力机齿轮箱的故障率在所有风力机部件中占的比例最高,而且带来的经济损失也最大。准确科学地描述齿轮箱的动力学行为对大型风力机的智能检测、故障诊断、可靠性及维修决策极为重要。在建立风力机齿轮箱的非线性动力学方程中,将柔性支承的风力机在受到随机风载作用下所产生的各部件的激振和弹性形变作为反馈考虑进去。分析过程考虑了齿面摩擦、时变啮合刚度和啮合综合误差等因素。最后应用Matlab/Simulink软件进行仿真模拟求解,并与刚性支承性下的响应做对比,在理论上得到更加符合实际的齿轮传动系统各部件的动力学特性。在后续的工作中,可以此为基础,分析零/部件设计参数和布置状况对风力机系统性能的影响,为风力机齿轮箱的稳健性和结构优化设计奠定基础。

为了满足“工业4.0”制造模式下全过程、客户化、个性化及端对端集成的制造业服务新需求,结合离散制造过程管控特点和云服务优势,提出具有快速重构、计量收费等系列特性的面向云服务的信息物理系统(Cloud Service Oriented Cyber Physical System,CSOCPS)参考架构。在该参考架构中,阐述了CSOCPS抽象模型的运行机理,并与传统信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)抽象模型在环境感知层、服务链断裂点等方面进行了对比分析。在此基础上,以3种典型云服务模式为基础,详细介绍了基于功能服务的CSOCPS体系参考架构,并根据云服务部署方式的特点选取公私兼备的混合云服务作为最优部署策略。另外,提出了与功能体系参考架构相对应的物理配置参考架构,详细阐述了实施细节和安全策略,提高实施过程中的兼容性和可操作性。最后,通过一个实践范例验证了参考架构的合理性和可用性。

逆向工程技术在人工骨骼的修复与制造中的应用是逆向工程技术研究的一个重要方面。人工关节置换手术日益普及,但关节置换手术后存在感染问题,骨水泥间隔器作为人工关节的暂代物在术后治疗中取得了较好的效果。由于骨水泥硬化速度快及医生制作熟练度等原因,医生制作骨水泥间隔器过程中存在间隔器制作精度低且难以与人体骨骼达到较好的匹配等问题。基于上述问题,提出了以逆向工程为基础的骨水泥间隔器阴模的设计流程,实现其阴模的快速设计,为骨水泥间隔器的制造提供一种简便、高效的方法,并以人体膝关节假体为例,实现整个设计流程。