机械设计

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张照煌, 李魏魏, 肖鹏飞

机械设计. 2020, 37(11): 1-11.

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作为替代化石能源的一种新能源,风能发电因其占地面积小、发电成本低、环境友好等优点得到广泛的关注与应用。作为风能转化媒介,风力机叶片的效率决定了风能转化为电能的效率。文中简述风力机专用翼型、弦长扭角确定方法及叶片增效装置方面的成果,简述部分增效方法的理论基础及工作原理。

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基于功能使用、行为相似及制造可行性的可变功能机械系统模块划分研究

翁力炜, 邓益民

机械设计. 2020, 37(11): 12-20.

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可变功能机械系统通常具有功能多、整体结构复杂的特点,适宜于采用模块化方法进行产品设计和设计管理。针对该类产品模块化设计的模块划分研究还相对较少。文中通过对可变功能机械系统各功能使用情况、相应行为的相似程度及构件组合的制造可行性等的分析计算,建立功能构件间的相关度矩阵,然后应用模糊聚类法得到多种模块划分方案,最后借助模块连接复杂度和再设计复杂度建立数学评价模型,对方案进行评估,最终获得最优模块划分方案。通过对家用套装工具箱中的多种工具进行模块化设计,获得一个可用以设计可变功能组合工具的最佳模块划分方案,验证了文中方法的可行性。

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小尺寸闭式过盈联接型膜盘联轴器配合压力解析表达构建研究

王国平, 程爽, 刘吉轩, 门静, 张琛

机械设计. 2020, 37(11): 21-26.

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文中针对小尺寸闭式过盈联接型膜盘联轴器联接单元配合压力设计应用不便、数值计算繁复这一问题,通过研究已有文献关于闭式过盈联接装配压力数学模型通解的特点,构建了薄壁闭式过盈配合压力分布的解析计算公式,求解了各待定系数,给出了联接单元和膜盘结合处弯矩和剪力的求解方法,实现了大非线性过盈配合压力的解析表达。最后,通过算例分析验证了解析式的正确性,极大地方便了该过盈连接的设计与应用。

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超高加速宏微运动平台振动能量分析

马兵, 张璐凡, 聂福全, 周强, 李虎

机械设计. 2020, 37(11): 27-32.

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针对宏微运动平台加速度难以提升的问题,采用串联思想,构建了一种以“多宏+单微+多宏”驱动的浮动定子式的超高加速宏微运动平台。首先介绍了超高加速宏微运动平台的结构组成并搭建了其整体动力学模型。其次,从振动能量角度出发,选取不同驱动方式和浮动定子模式,并通过改变不同音圈电机的级数 n,探究了平台系统振动能量衰减率的变化规律。最后,通过选取 n = 1 的超高加速宏微运动平台作为试验对象,试验结果表明:当分别采取双浮动定子模式和单浮动-单固定模式时,系统振动能量衰减率 β₁₁ 和 β₂₁ 分别约为 89. 32%和 82. 6%,与仿真分析结果误差分别约为 3. 75%和 9. 03%。因此,采用多级浮动定子模式的超高加速宏微运动平台具有较好的振动抑制效果。

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纯电动SUV的RCAR低速结构正面碰撞仿真及优化

都雪静, 陈占丽

机械设计. 2020, 37(11): 33-41.

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为研究某款纯电动 SUV 低速正面碰撞耐撞性能,提高其保险等级,根据欧洲的 RCAR 低速碰撞测试规程,应用 ANSA 软件建立纯电动 SUV 低速结构正面碰撞有限元模型;利用 LS-DYNA 和 HyperView 软件分析该电动车 SUV 前端关键部件的变形和吸能情况,针对其耐撞性不足的问题,从提高其刚度和强度方面进行结构和参数优化。结果表明:前端关键部件的耐撞性整体有所提高,吸能盒吸能和变形均明显改善,且吸能盒的压缩距离为 111. 8 mm,该值接近防撞梁距离风扇和其安装板的最小距离 110 mm,对风扇的挤压明显减小,前纵梁的塑性变形由 45. 41%降低为 12. 52%。并针对优化后吸能盒压缩距离和前纵梁塑性变形不满足 RCAR 测试要求问题,应用多目标优化方法对关键部件的整体厚度进行进一步优化,结果表明:优化后吸能盒的压缩距离为 105. 44 mm,前纵梁的塑性变形为 5. 04%,达到 RCAR 测试要求,前端结构的耐撞性提高了,并且达到了轻量化的效果。

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重型压力离心机内部机械密封结构优化设计

王瑞, 张玉龙, 敬晓辉, 陈正满, 翟英明

机械设计. 2020, 37(11): 42-46.

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通过对重型压力离心机样机运行状态等问题的研究,找到了重型压力离心机内部机械密封损坏的原因。通过优化离心机内部密封系统结构,将干摩擦变成了液体润滑,改善了密封的工作环境,实现了重型压力离心机内部密封的可连续冲洗及润滑,延长了机械密封的使用寿命。

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冰箱用线性压缩机性能测试试验台设计及性能分析

毛君, 陈洪岩, 聂恺延, 陈洪月

机械设计. 2020, 37(11): 47-52.

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基于自主设计研发的冰箱用线性压缩机的性能测试试验与分析的需求,设计了测试试验台的总体方案,在此基础上,对试验系统中各关键零部件的性能参数进行了分析计算和选型设计,搭建了测试系统的软、硬件测试平台,根据国标测试方法对线性压缩机的性能进行了试验测试,得到了不同工况下制冷量与各参数之间的关系,测试结果对分析线性压缩机性能及对压缩机结构进行优化设计提供了数据支撑。

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多线切割机主轴支承三角架的优化设计

朱盾, 高志

机械设计. 2020, 37(11): 53-58.

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多线切割机是半导体材料切割行业的主导设备,而多线切割机主轴系统的动力学特性对半导体晶片的加工质量具有较大影响。其中主轴系统中的三角架作为支承主轴的载体,其动力学性能的优劣直接影响主轴系统整体性能的好坏。使用 SolidWorks 软件建立了三角架模型,并通过 ANSYS 软件进行静力和模态分析,找出了三角架刚度的不足。通过对三角架连接梁的多目标优化设计和对三角架前支承板的轻量化设计,最终在降低三角架质量的同时,提高了其动静态性能。

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基于磁流变柔性辅助支撑铣削装置设计及磁场分析

张永亮, 张帅帅, 张展, 邱涛

机械设计. 2020, 37(11): 59-65.

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提高弱刚度、难夹持零件的加工精度,一直是学术界和工业界普遍关注的问题。文中设计了一种利用磁流变效应为弱刚度零件提供与其形状相适应的柔性支撑,以获得较高加工精度的装置。该装置所能提供的支撑力与其产生的磁感应强度密切相关,因此磁感应强度的大小是决定该柔性辅助支撑装置性能的关键因素。利用有限元方法,研究了励磁铁芯结构、线圈通电方式及加工工件材料对装置工作间隙处磁场的影响规律,对不同参数下产生的磁感应强度进行了仿真及试验验证。基于上述研究结果,对磁流变柔性辅助支撑装置的各项结构参数进行设计,磁路仿真结果表明,该装置工作间隙处磁感应强度符合设计要求,能够为提高加工精度提供所需的辅助支撑。

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基于ADAMS的磁力吸附爬柱机器人运动学分析

赵童, 杜勇涛, 王战中, 孙强, 林文民, 李然

机械设计. 2020, 37(11): 66-71.

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为解决高铁站雨棚金属支柱维护问题,提出一种可吸附在金属支柱表面工作的磁力吸附爬柱机器人。该磁力吸附爬柱机器人可在金属支柱上实现前进、90°转向、变径、后退等动作。通过 ASAMD 多体动力学软件对其进行仿真分析,并使用 ANSYS 软件进行磁吸附力计算,验证该机器人的可行性。在仿真条件中充分考虑了金属支柱表面的真实情况,并完成各动作的仿真试验。进一步考虑了磁吸附力随着工作间隙的改变而改变,采用 SPLINE 函数完成磁吸附力的设置,并最终确定了合理的行走速度、磁吸附力的变化范围及工作间隙的范围。仿真结果对于磁力吸附爬柱机器人的设计和制作有一定的参考价值。

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基于六维力传感器的机器人动态力补偿研究

王志军, 刘璐, 李占贤, 陈丽文

机械设计. 2020, 37(11): 72-77.

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针对安装在基座处的六维力传感器在机器人运动过程中受机器人自身重力、惯性力等影响导致其零位置变化问题,提出了一种基座处六维力传感器零位值动态力补偿算法。首先推导出机器人在初始位置时基座处六维力传感器的重力补偿算法,并利用 D-H 参数法和牛顿-欧拉方法建立机器人模型进行结构分析,推导出机器人运动过程中对基座处六维力传感器动态力补偿通用算法。然后以 KUKA 六自由度机器人为例,通过计算得到数值算例理论曲线。最后利用 ADAMS 软件进行动力学仿真分析,得到机器人运动过程中对于基座六维力传感器动态力曲线,最终验证了该动态力补偿算法理论分析的正确性。

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轮毂电机内定子绕线机设计及其关键技术分析

夏志平, 江文清, 王晓伟, 段慧云

机械设计. 2020, 37(11): 78-84.

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分析轮毂电机内定子的结构,制订了内定子的绕线工艺方案和绕线机的结构设计方案;根据线圈绕线运动规律,对比分析不同类型的加减速算法,选择速度-S 型曲线用于排线伺服系统的控制,以避免排线轴换向过程中出现排线不均匀、堆积等突出问题,并制订了其加减速参数设置流程。最后根据绕线机控制要求,搭建基于“触摸屏+运动控制器” 的控制系统,完成系统硬件的选型和设计及包括 PLC 梯形图、人机界面等系统软件的设计。试验证明,新研制的内定子绕线机具有自动化程度高、运行稳定等优点,能够满足生产需要和质量要求。

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可双轴联动的太阳跟踪装置设计与试验研究

张学刚, 谢永春, 黄小兵

机械设计. 2020, 37(11): 85-93.

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为了降低跟踪装置成本,设计了一种可实现双轴联动的太阳跟踪装置。首先,基于太阳高度角和方位角的变化规律,分析了跟踪装置上滑块的理论运动轨迹,确定了装置的几何参数。然后,研究了 m×n 个跟踪装置阵列安装时,电池板间的投影干涉,并提出了优化安装间距和电池板宽度的方法。最后,测试了装置的跟踪精度。研究表明,该装置高度角上的跟踪精度在-0. 5° ~ 0. 7°之间,方位角上的跟踪精度在-0. 4° ~ 0. 3°之间。该装置在高纬度地区可以实现全年完全跟踪,当太阳方位角大于 90°小于-90°时,不能实现完全跟踪。

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一种护理机器人运动学分析与试验

陆晨迪, 苗新刚, 汪苏

机械设计. 2020, 37(11): 94-101.

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为满足老弱病残群体的实际需求,在完成护理机器人设计的基础上,重点针对双臂结构这一关键部分展开研究。对护理机器人进行整体方案设计;分析关节模块的转动约束,得到各关节的转角范围。采用改进 D-H 建模法建立护理机器人数学模型,并进行运动学分析和研究。对护理机器人进行控制系统设计;基于 TwinCAT3 软件,编写 PLC 运动控制程序,调用电子齿轮并设定耦合系数,使护理机器人双臂各轴电机实现耦合控制,完成样机抱举试验。观测验证了护理机器人控制系统设计的有效性,为后续优化工作打下基础。

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具有自适应能力的3指机械手爪的设计与实现

张颖, 乔贵方, 万其, 范中凯

机械设计. 2020, 37(11): 102-108.

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机械手爪作为机器人的作业工具,其重要性随着机器人的广泛使用更为突显。文中基于欠驱动系统,采用腱绳传动的方式设计了一种 3 指机械手爪,该手爪既简化了手爪结构的复杂程度,又实现了对物体的包络抓取和捏取动作。首先采用 SolidWorks 软件设计了 3 指机械手的三维模型,手指和底座、指节与底座间通过转轴连接,每个手指包括 3 个指节,第 1 和第 3 指节通过柔性的第 2 指节连接;其次对手爪进行了静力学分析,分析了手爪稳定抓取的条件,并用 MATLAB 中的机器人工具箱对手爪进行了运动学仿真;最后,对设计的机械手爪进行加工制作与试验验证,结果表明该机械手爪在包络抓取和捏取实物时具备良好的可行性和自适应性。

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面齿轮高阶曲线齿形设计及轮齿接触分析

李大庆, 吴素珍, 赵让乾, 邓效忠

机械设计. 2020, 37(11): 109-114.

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基于面齿轮的展成磨齿加工过程,由高阶抛物曲线齿条推导出面齿轮齿面方程,利用齿向高阶抛物曲线修形原理获得了配对小轮齿面方程,根据得到的齿面方程选取 5 个齿形参数并分别分析了其对面齿轮副啮合性能的影响。研究结果表明,双向高阶抛物曲线齿形齿面的接触路径呈 S 形分布,并可通过改变齿形参数来改变接触印痕的位置和方向,得到的高阶传动误差曲线上部平坦,在转换点处过渡平滑,该误差曲线能有效减小冲击,提高面齿轮传动稳定性。这些成果为面齿轮的齿面修形设计和面齿轮的啮合性能改善提供了思路和方法。

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6轴工业机器人结构设计及优化分析

宋中越, 徐庆坤, 王亚凌

机械设计. 2020, 37(11): 115-119.

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文中根据机器人 D-H 模型设计了由步进电机提供驱动的 6 轴工业机器人,并明确了机器人核心部件选型,为满足工业机器人的设计要求,采用循环反馈的方式进行优化设计,对机器人进行运动仿真和有限元分析,进行干涉碰撞检测和应力计算,验证机器人结构的合理性,为工业机器人的研制和改进提供了依据。

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基于模糊层次的驾驶品质量化研究

张锐丽, 王洪

机械设计. 2020, 37(11): 120-124.

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为了克服采取主观评价方式评价汽车性能存在成本高、重复性差等问题,文中分析了驾驶品质评价内容的特点,采用客观评价系统方法对汽车性能进行评价。该方法将模糊综合法和组合层次分析法相结合,提出一种层次模糊的量化方法,对驾驶品质评价内容进行量化。同时,结合专家经验,对评价指标和内容的权重进行量化分析,构建了基于层次模糊分析法的驾驶品质客观评价模型。进一步对其进行了试验验证,结果表明,文中提出的方法能够实现对驾驶品质的客观评价,能快速地反馈汽车驾驶品质,对标定进一步指导,同时能够为汽车性能的评价方法提供一定参考和借鉴。

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某轻型客车制动踏板操作舒适性的诊改与试验

宋飞, 万茂松, 吴会波, 单以才

机械设计. 2020, 37(11): 125-130.

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以某轻型客车制动踏板为研究对象,通过人体下肢受力分析及竞品车对标分析,发现该车制动踏板操作舒适性差的主要原因为踝角角度过小。通过对踏板垫支架弧度、焊接角度及踏板垫形状的调整,完成了踏板的改进设计;将改进后的制动踏板进行人机校核、有限元分析、台架试验及主观评价,制动踏板在满足设计要求的同时,操作舒适性得到了提升。

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移动运输机器人结构可拓设计创意生成研究

杨亮鸿, 杨春燕, 陈卜铭

机械设计. 2020, 37(11): 131-138.

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在移动运输机器人(Mobile Transport Robot, MTR)的创新设计过程中,为使其结构满足用户的需要,结合机器人设计领域知识,利用可拓创新方法对 MTR 的结构进行了形式化及逻辑化研究,提出了从用户的需要事元映射到 MTR 的功能事元,再由功能事元映射到结构关系元的结构可拓设计创意生成方法。在评选较优结构创意时,结合 ROS 仿真技术,为 MTR 的结构设计提供了便利且高效的筛选方法。将可拓创新方法和 ROS 仿真相结合,可提高企业机器人产品的开发效率。

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基于可拓学与因果链分析的产品创新设计研究

白仲航, 王雯, 张敏, 裴卉宁

机械设计. 2020, 37(11): 139-144.

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为解决 TRIZ 因果链分析问题时主观性强的缺点,基于可拓学的相关分析与可拓聚类方法,将因果链分析采用参变量基元表达,依据相关分析原理的参数概念和定量化方法客观地分析问题。采用可拓聚类对问题进行筛选,确定最终关键问题,并使用 TRIZ 冲突解决理论完成问题求解。将可拓学与因果链分析相结合,不仅可增强因果链分析的客观性与逻辑性,也能准确地辅助设计人员发现产品的问题。以叉车的改进设计为例,进一步验证了该方法的可行性。

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抢险救援车造型设计

门书洋, 李欣

机械设计. 2020, 37(11): 145-145.

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地面连续油管作业设备概念设计

龚敏, 马卫国

机械设计. 2020, 37(11): 146-146.

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