基于机械结构可靠性分析理论,介绍了一种液压支架关键部件结构改进设计。具体设计中采用有限元仿真分析方法,根据ZY29000/45/100D液压支架基本结构构建刚柔耦合模型,并以此为基础实施偏载工况下液压支架可靠性分析,并根据分析结果实施液压支架关键部件结构改进设计。另外,将液压支架关键部件结构改进设计应用于工程实践,确认该液压支架关键部件结构改进设计具有较高可行性。

为了研究谐波减速器在实际工作状态下的变形情况,利用Adams对模型进行动态仿真。谐波减速器齿轮均采用双圆弧齿形,因此首先对齿形进行设计,并通过solidworks建立谐波传动装置各零部件的模型。然后在Ansys Workbench中对柔轮进行静力学分析,查看柔轮的应力分布以及变形情况。最后利用Adams建立谐波减速器的刚柔混合模型,实现柔轮和刚轮的动态仿真。通过仿真分析可以看到谐波减速器的传动过程比较平稳,柔轮与刚轮轮齿之间的啮合情况良好,因此可以说明减速器的传动机构设计合理。

针对传统的载货汽车动力学模型在整车平顺性仿真分析时,存在的仿真精度低、仿真效率慢等问题,应用HyperMesh软件建立柔性车架,导入到ADAMS软件中建立刚柔耦合整车动力学模型;并通过实车道路试验,验证所建立的刚柔耦合整车模型的正确性。选取驾驶室前、后悬置参数和前、后桥处的减振器特性曲线参数为设计变量,通过灵敏度分析,筛选出优化参数,以驾驶室座椅导轨处的垂向加速度有效值(RMS)为输出响应,用最小二乘法在MATLAB中拟合出响应面近似模型。利用粒子群优化算法对响应面近似模型在优化参数可行域内寻优,给出了优化结果。结果表明,载货汽车行驶平顺性得到了较明显改善。

台架试验预测汽车疲劳耐久性,需要以道路可靠性行驶试验获得的载荷数据为基础编制的载荷谱作为输入,实车道路测试存在试验周期长、成本高、测点受车体结构限制等缺点。现以前副车架为例,以某企业乘用车和某试验场路面为实际,应用Hyper-Works软件与Adams软件建立控制臂和副车架为柔性体的整车刚柔耦合模型以及3D虚拟路面,研究并提取控制臂轴头处载荷谱以及轮心加速度谱,利用Glyph-Works软件对仿真加速度谱与实测轮心加速度谱进行功率谱密度分析。研究结果表明,虚拟试验具有较高有效性,仿真提取的载荷谱精度可靠。

为更加准确地研究复杂载荷下大柔性、多臂节机械臂架系统的动力学特性,提出基于刚柔耦合特性对臂架系统进行动力学仿真分析的方法。首先,根据臂架系统及部件的实际尺寸建立三维模型,并将臂架系统中弹性变形较大的转台,三、四、五节臂架考虑成柔性体;然后,在ANSYS WorkBench中建立臂架系统的刚柔耦合模型并进行仿真分析;最后,通过分析得到关键柔性体部件铰点的载荷受力曲线与臂架系统中柔性体部件的应力云图。分析结果表明大柔性、多臂节机械臂架系统在设计中考虑柔性体因素进行刚柔耦合分析与工程实际更加相符,也可以更好地为臂架系统的改进与结构优化奠定基础。

针对机械臂的设计要求,设计了一种由两个铰链四杆机构组成的双自由度机械臂,利用ADAMS建立机械臂的刚性体模型,仿真得到不同时刻的运动参数曲线;利用ANSYS建立指定部件的柔性体模型,得到不同阶数的模态频率和模态振型值;利用ADAMS和ANSYS进行联合仿真后,得到机械臂的刚柔耦合模型,仿真结果表明:柔性体模型在z方向发生了微小位移变化,x、y方向位移波动范围增加了10 mm。利用Altium Designer软件绘制控制电路图并进行了实物制作,实验结果表明该机械臂具有广泛的适用性。

为研究经编机梳栉横移系统机械结构对横移误差的影响,基于赫兹接触理论计算了滚珠丝杠副的轴向刚度、双列角接触球轴承的轴向刚度和径向刚度、直线轴承和滚珠导套的径向刚度,同时考虑导纱梳栉、球铰和异形连接件的柔性,通过ANSYS和ADAMS软件进行刚柔耦合分析,获得了系统的横移误差。分别研究了导纱梳栉的质量和刚度对加固架驱动和重心驱动2种横移系统横移误差的影响。结果表明：横移误差主要由梳栉和异形连接件在偏转力矩下的弯曲变形以及梳栉和球铰在轴向推力下的压缩变形产生,减小梳栉的质量和增加梳栉的刚度均能减小系统的横移误差;重心驱动方式克服了梳栉在横移过程中产生的偏转力矩,从而减小了对梳栉刚度的要求。

针对微耕机作业时振动剧烈、操控舒适性差等缺陷开展研究。以南方丘陵地区常用的某型自走式微耕机为对象,依据结构分析及非作业状态下微耕机振动测试结果,结合多体动力学方法,考虑保险杠、发动机托架和扶手架(手柄)为空间柔性体,建立了基于约束的微耕机刚柔耦合动力学模型,并进行了整机系统动力学仿真。同时,开展了微耕机作业工况下振动特性的土槽测试试验。对比分析结果表明仿真所得到的该型微耕机典型转速工况下手柄处的振动特性曲线与试验曲线吻合,加速度有效值误差小于5.4%,频谱成分接近,这说明所建立的微耕机刚柔耦合动力学模型是有效的,运用多体系统刚柔耦合动力学建模理论与有限元相结合的方法研究微耕机整机振动特性是可行的。研究结论对于微耕机振动特性研究有一定的参考价值。

将太阳轮、行星轮和行星架视为刚体,内齿圈视为柔性体,构建了行星齿轮系统的刚柔耦合纯扭转模型,根据运动约束条件,推导出了柔性内齿圈的运动方程。经过对柔性运动方程进行分离变量和积分处理后,得到了内齿圈的柔性变形方程和刚性扭转位移方程,并与其他刚性构件的运动方程进行结合,构造出了整个行星齿轮系统的运动微分方程。通过数值分析,归纳出了三种典型的振动模式：扭转振动模式、行星轮振动模式和内齿圈振动模式;与刚体模型相比,系统的固有频率出现下降但阶数增多;内齿圈的柔性越大,系统的固有频率越高。