虚拟运动中心（VCM,Virtual Center of Motion）机构实质上是一种少自由度的功能机构,根据VCM机构的特点,将其应用到被动式自适应越障机器人的设计中,提高了机器人越障性能.通过分析VCM位置与前导轮轮心的位置关系,优化了前导机构的结构参数.利用VCM的特点简化了前导机构的静力学模型,通过量化的对比分析了悬挂在前导机构的弹簧在改善机器人整体力学性能中的作用,并优化了弹簧的安装位置.试验中优化后样机可以平稳的翻越约2.1倍轮子直径高的竖直台阶障碍,并且可以连续攀登单阶1.27倍轮子直径高楼梯和自适应各种复杂地面.

针对风力灭火机不易通过人力旋转叶轮实现起动的问题,对风力灭火机的电起动机构进行了研究,对其关键部件的强度进行了分析。在Pro/E中建立了风力灭火机起动机构三维实体模型,并用ANSYS软件的Workbench仿真平台进行了有限元法静力学分析;根据材料力学第四强度理论,对关键部件进行了强度校核;最后对新设计的风力灭火机电起动系统进行了试验,提出了一种针对选配汽油机设计相适应的电起动方案。研究结果表明:该电起动机构强度基本符合工作要求,可稳定起动所针对的较高功率风力灭火机。

以斗山DX230LC-9C中型液压挖掘机为研究对象,基于UG/ANSYS的中型液压挖掘机斗杆优化设计方法,在原有尺寸参数基础上利用UG软件建立了整机简化三维模型。根据挖掘作业环境的复杂程度确定工况二即斗杆油缸单独工作和工况三即斗杆油缸、铲斗油缸及动臂油缸同时配合工作的2类典型危险工况。利用ANSYS软件求解典型危险工况下斗杆的应力变形,针对局部薄弱部位进行结构优化。仿真结果表明,优化后斗杆在工况二下最大应力值、最大变形值分别减小6.9%、1.7%;在工况三下最大应力值、最大变形值分别减小6.4%、1.5%。优化设计方法效果显著,为同类型工程机械整机设计及静力学分析提供一种实用性参考。

基于矿用液压支架的基本结构,合理构建采煤工作面矿用液压支架有限元分析模型,并以此为基础开展偏载工况下采煤工作面矿用液压支架静力学分析。根据有限元分析结果,指出当前采煤工作面中矿用液压支架存在的结构不足,提出针对性结构优化方案。为验证结构优化方案的有效性,还将结构优化方案应用于工程实践,以此来进一步检验结构优化方案的有效性。

液压支架的运行稳定性对于煤矿安全至关重要。以ZZC8800/20/38液压支架的后顶梁结构为研究对象,基于SolidWorks和Ansys软件构建了后顶梁的静力学模型并对其进行分析。结果发现结构存在明显的应力和应变集中现象,应力最大值超过了材料的许用应力,存在一定的危险性。对出现应力集中部位的结构进行优化改进,使得后顶梁的最大应力和最大应变分别降低了19.48%和1.78%。将优化后的后顶梁结构应用到工程实践中,经现场测试发现效果良好,产生了良好的安全效益和经济效益。

液压打桩锤的核心部件是环形阀组,由于环形阀组在工作过程中受力复杂,易于受到破坏,针对这一问题,对球墨铸铁和35CrMoV两种材料的环形阀组进行了有限元分析和模态分析。首先,针对环形阀组的三维实体模型,分析了其工作原理;然后,结合液压打桩锤的结构进行了仿真边界设定,采用ANSYS软件中的Workbench仿真平台,进行了3种不同工况下的静力学分析和不同材料的模态分析;最后,通过对比分析两种材料环形阀组的应力变形大小及共振频率特征,得出了不同材质和不同工况对环形阀组可靠性影响的规律。研究结果表明:环形阀组的结构强度可以满足使用要求,相比于球墨铸铁,35CrMoV材质的环形阀组变形量最多可减小0.04 mm,可靠性更高;由仿真得到环形阀组结构的薄弱位置,以及1000 Hz~1700 Hz的危险频率区间,这可为环形阀组后续的优化研究奠定基础。

针对协作机器人在非结构化或动态变化环境中,对随机目标物体抓取困难的问题,参考鳍条结构,采用热塑性聚氨酯弹性体,结合增材制造技术,提出一种自适应柔性夹爪的解决方案。利用SolidWorks建立模型,在有限元分析软件ANSYS Workbench中通过虚拟正交试验进行静力学分析,完成夹爪结构的优化。在协作机器人Baxter上进行抓取试验。结果表明:设计的柔性夹爪能够满足对日常用品抓取的需要,在抓取形状各异的物体时效果良好,具有较好的自适应性,能够实现无损抓取。

针对传统柔性并联定位机构定位精度低,无法满足高精度定位要求的问题,提出分布柔度式柔顺机构。基于传统并联机构为设计原型,采用拓扑优化理论对空间定位机构进行拓扑优化设计,以得到空间分布柔度式柔顺机构,首先,以3-RPC传统并联机构为研究对象,建立微运动矢量映射关系。然后,建立3-RPC分布柔度式柔顺机构的材料插值模型,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,并建立其拟合修正后的三维模型。最后,通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析,并对3-RPC分布柔度式柔顺机构实体模型进行试验研究。结果表明：与同构型的柔性并联机构相比,空间分布柔度式柔顺机构具有相同的微动特性,定位精度高,误差在允许范围内,进而验证了空间分布柔度式柔顺机构的拓扑优化设计方法的有效性,为空间分布柔度式柔顺机构优化设计提供了新思...

为满足精密定位和微纳制造领域对全柔性并联机构构型设计的需求,基于三平移并联机构原型,采用多目标拓扑优化理论,得到了一种结构配置较佳的新型全柔性并联机构。首先,基于单目标的柔度优化模型和固有频率优化模型,运用线性加权法建立了机构的多目标拓扑优化模型。然后,基于HyperWorks/OptiStruct软件和优化准则算法对机构进行拓扑优化设计,得到了拓扑优化后的新型全柔性并联机构。最后,通过HyperMesh软件对拓扑优化前后的机构进行静力学分析和模态分析,从而验证了多目标拓扑优化设计的有效性。

介绍了一种核废料固化桶液压夹持装置。利用SolidWorks软件建立核废料固化桶液压夹持装置的三维模型,基于Workbench Ansys软件进行静力学分析,获得了在额定载荷下核废料固化桶液压夹持装置的应力及应变图,验证该结构设计的可行性与安全性,为与核废料固化桶结构类似容器的夹取装置的设计提供参考依据。