以一种三自由度支链嵌套并联机械手为研究对象,针对该机械手启/停过程中的残余振动问题,基于非对称输入进行了实验研究。首先通过调节非对称系数确定了在不同位移下的关节轨迹。然后采用非对称曲线加减速方法对电动机输入信号进行规划。最后通过搭建振动检测系统测试了在不同输入下的机械手动平台的振动图样。实验结果表明通过调节非对称输入的参数可以抑制机械手的末端残余振动,提高其运行平稳性。

在离散制造企业的实际生产中,相关工件的车间调度问题普遍存在。讨论了相关工件车间调度问题的定义和数学描述,建立了一种以加工周期最短为目标的偏序关系(Partial Relation,P-R)图模型,详细介绍了P-R图模型的建立方法、建模规则以及建模步骤等。为了求解P-R图模型,设计了基于影响程度的双序算法,并用十字链表这种数据结构来表示P-R图模型的计算机存储形式。最后通过实例验证了P-R图模型与算法的有效性。

为了降低数控车削的加工成本和加工过程中的碳排放量,在分析加工成本和碳排放量与车削切削参数关系的基础上,建立了数控车削加工过程的成本估算函数和碳源特性函数,以机床的主轴转速、进给量和背吃刀量作为优化变量,考虑机床性能参数和加工质量等约束,提出碳效益这一评价指标,建立了基于碳效益的数控车削切削参数优化模型,并通过一个示例,运用遗传算法对模型进行了求解,验证了该模型的有效性。

针对滚齿加工过程中的碳排放定量计算问题,提出了一种滚齿加工过程碳排放定量计算模型及其优化方法。对滚齿加工过程中的物料、能源消耗和碳排放特性进行定量分析,以零件和零件加工时间为单位对各类碳排放量进行分摊,完成批量生产中对单个齿轮碳排放的定量计算;建立以完工时间和加工质量等为约束,以滚齿加工的主轴转速和进给量为优化变量,以碳排放量和加工成本为优化目标的多目标优化模型;采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)进行优化求解,旨在碳排放量得到较大改善的同时可以降低加工成本,通过仿真计算验证了定量计算模型及优化方法的可行性。

运用3种工业工程常用技术对某汽车企业侧围外板生产线提出改善方案,为了比较3种技术对汽车生产线的改善效果,分别运用了逼近于理想解的方法和灰色关联度方法对改善方案进行评价,结果得出基础工业工程改善技术对汽车生产线的改善效果最理想,价值流分析技术其次,防错法技术最后。

针对按订单生产(Make-To-Order,MTO)模式的制造系统中,企业管理者需要从若干备选订单中选择性接受部分订单并制定生产计划的问题,引入订单等级这一要素,并结合混合整数规划模型,构建基于二次选择算法的决策支持模型。运用改进的TOPSIS方法对订单进行分级处理,并综合考虑企业生产能力有限、交货期和生产顺序等约束条件,完成对订单的分步筛选及排程,旨在最大化按订单生产型企业的区间收益。利用CPLEX技术对算例进行求解,得出最终的订单选择结果及排程计划,验证了模型的有效性。

随着钛合金的广泛应用,改善其切削加工性、提高加工表面完整性的试验研究也已得到广泛重视,但对该过程的仿真分析尚不成熟。通过Deform 3D仿真软件建立有限元仿真模型,模拟钛合金Ti-6Al-4V在干切削、普通冷却及高压冷却环境下的车削过程,研究切削环境对切削力、切削温度等加工过程量的影响,获取已加工工件距离加工表面不同深度的残余应力分布,分析高压冷却对钛合金Ti-6Al-4V加工表面残余应力的影响规律。通过钛合金Ti-6Al-4V车削试验测量切削力及刀具表面切削温度,并与有限元仿真模型对比,以验证其可靠性。仿真结果表明:随着切削液压强的增加,切削力增加,刀具表面切削温度降低,高压冷却可有效增强切削液的冷却作用。干切削时,已加工表面(d₂=0)为残余拉应力;随着切削液压强的增加,已加工表面残余应力状态逐渐由残余拉应力向残余压应力转变,当切削液压强为200 bar时,已加工表面残余应力为残余压应力,且此时已加工表面残余压应力为最大值。随着测量深度的增加,残余应力值增大,在所有切削试验中,最大残余压应力值均在距离已加工表面相同距离。仿真结果与试验结果的对比证明了有限元仿真模型的可靠性,为钛合金Ti-6Al-4V高压冷却加工热力耦合分析和优化设计提供了理论依据。

针对激光选区熔化(SLM)316L不锈钢成型件表面质量无法满足装配精度,仍需进行铣削加工的要求,设计正交试验方案,并将铣削路径与激光扫描路径的夹角作为表面粗糙度影响因素之一,利用多元回归分析法,建立铣削参数预测模型,并对该模型进行回归方程和回归系数显著性检验,结果表明,夹角、每齿进给量、铣削速度和铣削深度对表面粗糙度的影响均显著,但夹角的显著性F检验结果仅约为每齿进给量检验结果的1/8。模型的预测结果可为SLM复杂结构件在加工中提供铣削参数选择依据,并为增减材制造提供理论基础。最后使用粒子群算法,找到最佳的铣削参数,从而提高加工的表面质量。

针对当前下肢残障患者众多、人口老龄化问题突显而护理康复训练设备短缺的状况,设计出一种多功能的医用护理康复训练器。详细介绍了该训练器的结构及功能,包括训练器的设计参数、电动与手动升降机构、张角调整机构和折叠机构。根据第一代样机的设计经验及反复论证,最终确定以脚踏滑块方式作为手动驱动的设计方案,并在AUTODESK Inventor CAD开发环境下完成了器械的所有零/部件的三维建模及整机装配,同时借助MATLAB仿真平台完成了关键机构运动状态的分析。仿真实验结果表明,该训练器具有足够的强度、刚度和稳定性,符合预期设计的要求。

针对高空幕墙清洗强度大、效率低及存在安全隐患等问题,设计了一种基于STM32和LPC4300的清洗机器人控制系统。首先提出了以电动推杆、伺服电动机和真空吸盘为基础的系统控制方案;其次,为了提高清洗机器人的智能化水平,提出了以图像传感器OV9715作为图像采集单元和以LPC4300作为图像处理器的机器人视觉控制系统;然后,针对机器人在清洗过程中的图像识别问题,提出了基于HSI颜色空间的图像识别方法;最后,对清洗机器人进行了人机交互界面的设计。测试结果表明,该清洗机器人控制系统具有操作简单、控制灵活及实时性高等特点,具有良好的应用前景。

现如今仓储、物流行业不断发展,在重复搬运重型货物时工作人员劳动强度极大。为了减轻工作人员负担,提高仓储、物流设备体系的自动化水平,提高工作效率,设计了能够搬运重型箱体的四轴桁架机器人。该机器人为用户提供多种操作模式,既可以单机运行,也可以联机运行接收总控的调度指令。控制系统的核心为工业控制计算机和可编程多轴运动控制器(Programmable Multi-Axes Controller,PMAC),利用PMAC实现四轴插补联动;执行机构为带有绝对值编码器的安川伺服电动机。

汽车自动紧急制动系统是汽车主动安全的一部分,在车辆行驶过程中能提高车辆应对潜在碰撞危险的能力。若车辆前方出现潜在安全隐患时,驾驶员没有采取制动措施或者施加的制动压力太小不足以避免车辆发生碰撞,系统将协助驾驶员进行制动以避免碰撞事故的发生。为使车辆停止,常采用某一固定主缸压力来使车辆减速,压力太小时,应对突发事件的效果不理想,汽车的安全性得不到保障;制动压力太大时,突然施加的制动压力会使乘坐舒适性大大降低。为汽车提高紧急制动系统在保证汽车制动安全性前提下制动的驾乘舒适性,通过分析汽车紧急制动系统的工作过程,提出了以两车的安全行驶距离为目标,以相对速度和两车间距为输入,以主缸制动压力为输出的模糊控制策略。为此采用Simulink软件与Carsim软件联合仿真的形式建立了紧急制动系统模型,并对汽车紧急制动系统的安全性和汽车紧急制动时的舒适性进行了仿真分析。结果表明,在模糊控制下的汽车紧急制动系统能够实现汽车制动时在保证汽车安全性的同时兼顾汽车的乘坐舒适性。

基于某SUV车型,分别建立了HybirdⅢ假人和THUMS人体的正面碰撞下乘员侧约束系统有限元模型。对该模型的力学特性进行了分析,并对比试验结果,两者吻合较好,从而验证了其可靠性。利用该模型,对HybirdⅢ假人和THUMS人体的运动和伤害情况进行了分析。结果表明:针对HybirdⅢ假人进行匹配的安全气囊和安全带不再适用于THUMS人体;THUMS人体模型可以更加直观和全面地展现人体的伤害状况,较HybirdⅢ假人有更大的优势。

为了克服列车高速行驶时空气阻力大的缺点,真空管道磁悬浮列车这一概念被提出。作为一种新型超高速地面交通工具,真空管道磁悬浮列车具有广阔的发展和应用前景。对真空管道磁悬浮列车的悬浮支承系统进行研究,针对单一悬浮支承方式的不足,设计了一种永磁电动与电磁混合悬浮支承结构。使用Ansoft Maxwell软件对混合悬浮支承结构进行仿真计算,分析结果表明,该混合悬浮支承能够有效降低起浮速度,减小磁阻力,增大浮阻比,降低系统能耗,更加适用于真空管道磁悬浮列车。

基于可调Sigmoid力学模型,对磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,MRD)的阻尼动态特性进行辨识拟合,建立1/4车半主动磁流变悬架系统模型。在混合阻尼控制基础上,利用模糊控制器,提出一种混合阻尼模糊电流控制策略,实现对MRD等效阻尼系数的连续可调与阻尼分配系数的自动调节,增加其灵活控制性与自适应性。在此基础上,同时分别在冲击路面与随机路面激励下,将该算法与混合阻尼开关电流控制和被动控制进行仿真对比分析,结果表明所提控制策略具有更好的减振性能。

基于圆柱面参数方程,建立了空间任意平面坐标系,得到空间任意圆柱面的参数方程,并且提供了一种复合式的螺旋线进给轨迹加工方法。通过实验研究,利用电火花电极以圆柱螺旋线轨迹运动得到了侧面与底面粗糙度相同的空间圆柱面。该加工方法缩短了加工的时间,并且提高了加工精度,为电火花加工空间圆柱面提供了一种有效的方法。

目前使用的内燃双头轨枕螺栓扳手(简称内燃螺栓扳手)不能实时显示拧紧扭矩,难以满足对轨枕螺栓紧固作业精度和效率的要求。对现有的内燃螺栓扳手进行数字化改进,增加扭矩测量及显示功能。在添加的扭矩测量装置中,使用电阻应变式压力传感器测量压缩弹簧的压力;对安全离合器模型进行简化并分析,确定了弹簧压力与拧紧扭矩之间的线性关系;用改进后的设备分组进行实验,使用SPSS软件进行数据分析,建立起弹簧压力与拧紧扭矩之间的线性回归方程;将理论分析和实验分析得到的结果进行对比,验证了理论分析结果的正确性,也验证了该方案的可行性。对现有内燃螺栓扳手进行数字化改进成本较低,改进后的设备大大提高了路务工人的作业效率和精度。

重型切削硬质合金刀具磨/破损严重将导致其加工质量、生产效率的降低,以及生产成本的增加,因此对刀具的磨损状态监测就显得尤为重要。对近年来在学术期刊上发表的关于刀具磨损在线监测研究文献中采用的方法和技术作了简要的回顾,对整个智能刀具磨损监测系统作出了详细的分析。通过比较各种方法的优缺点,提出了多传感器信息融合技术将作为智能刀具磨损监测技术的主要研究方向。总结了目前刀具磨损监测系统存在的问题,并提出了相应的解决思路。通过借鉴普通切削加工刀具磨/破损监测技术,在重型切削过程中引入刀具磨/破损智能监测方法,可以解决以往重型切削需要通过预先频繁更换刀片的方式来保证工件加工质量的问题,在重型切削领域具有重要的应用价值和发展前景。

在柔度法测量金属材料裂纹长度的基本力学原理基础上,介绍并讨论在裂纹预制过程中影响测量三点弯曲(SEB)试样裂纹长度准确性的因素。通过试验研究发现:弹性模量对于裂纹初始长度计算非常重要,F-s关系的线性决定了试验过程中裂纹长度的估算准确性,柔度法的测量结果与裂纹实际长度存在一定误差。

为明确铁磁构件疲劳过程磁记忆信号的变化规律,实现疲劳损伤的量化评估,选取带中心圆孔的Q235钢试件进行轴向拉伸疲劳试验,通过三维运动平台实现磁记忆信号的稳定连续采集,以小波变换为信号多尺度分析工具,对磁记忆信号进行降噪,并采用小波包进行磁记忆信号分解与重构,提取信号的小波包能量、奇异性指数作为特征量,得到了不同频带上相对能量分布和奇异性指数的变化规律,并将能量、奇异性指数与信号梯度峰值相结合,共同构成评估疲劳损伤的多特征量。试验结果表明:试件疲劳损伤过程中能量、奇异性指数和梯度峰值变化显著,随着循环次数的增加,低频段能量不断增加,高频段能量占总能量比例不断降低,总能量分布向低频段偏移,同时奇异性指数不断减小,而各阶段梯度峰值逐渐增加。通过能量、奇异性指数和梯度峰值的多特征量的研究可以弥补单一特征量存在的不足,研究结果可为金属构件疲劳损伤程度的评估提供技术支撑。

逆向工程中的参数化建模方法是逆向建模研究的重要方向之一。通过对目前广泛应用的逆向参数化建模方法进行分析,提出了基于逆向建模元素的产品模型设计,将功能分析和形态分析相结合,用于提取建模元素,建立基于功能-形态-参数模型的建模方法,并详细介绍了这种建模方法的优势及其一般流程。同时以逆向参数化建模软件Geomagic Design X为平台,通过典型医疗器械实例的参数化建模验证了该建模方法的优势,为个体化医疗器械逆向建模提供了一种更加有效的建模方法。

针对公共电动自行车充电困难的问题,提出了一种基于太阳能供电的无线充电系统设计方案。介绍了系统的功能和组成,详细说明了系统的谐振电路、高频逆变电路、整流滤波电路以及Boost升压电路等硬件设计,提出了系统的主要软件设计流程,并通过实验验证了输入/输出功率以及效率随传输距离的变化曲线,对目前的无线电能传输研究具有较大的参考价值。

针对某弓锯床下料效率低、下料精度差和劳动强度大的问题,设计了一款弓锯床的自动送料装置,该装置能实现气动夹紧工件、轧辊支撑工件及步进电动机自动输送工件的功能。对其进行了整体结构设计,关键零/部件选型计算。通过对水平夹紧机构进行有限元分析,进一步来验证结构设计的合理性,最终做出实物样机。经过调试,自动送料装置的送料效果达到预期目标,该装置的设计与应用对废旧设备进行改造有一定的参考和实用意义。

为了探究气门间隙异常故障的诊断方法,分别通过仿真模拟与实验探究,运用ADAMS软件对配气系统核心部件进行建模,对不同气门间隙下部件的动力学行为进行模拟,探究故障机理和故障敏感特征。基于Teager能量算子,探究实际机组振动信号中气门间隙异常故障敏感特征的精确提取方法。在一台TBD234柴油机中模拟该故障,采集缸盖振动信号。结果表明,随间隙增大开启冲击相位推迟、关闭相位提前,峰值能量增大,验证了故障特征的敏感性和故障诊断方法的有效性。

利用有限元分析软件对单腔赫姆霍兹共振器进行数值仿真,对比了共振频率在集中参数模型下的理论值和仿真值的差异,分析了共振腔高径比对共振频率的影响。由于单腔共振器的共振频带非常窄,可采用腔体串、并联的几何结构扩宽共振频带。对由周期性赫姆霍兹共振器构成的一维超材料进行分析计算,证实这种结构具有良好的低频降噪性能。

综合应用试车场道路载荷谱、刚柔耦合多体系统动力学模型和道路模拟虚拟迭代等技术,在车架开发的结构设计阶段实现车架疲劳寿命的有效预估。提出一种多通道道路模拟试验与CAE相结合的摩托车车架疲劳寿命分析方法。利用车架多通道道路模拟试验台,以实测载荷谱为初始输入,基于力-位移耦合控制系统迭代得到近似实际路面激励的等效激励信号。应用模态应力恢复理论和线性疲劳累计损伤理论,建立车架的疲劳分析模型,以等效实际路面激励信号为输入得到车架的疲劳寿命分布并预估车架疲劳寿命。