根据变胞理论,提出一种新型可变转动副轴线的2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构,通过机构两个分支转动副轴线角度的改变实现机构变胞。首先,利用螺旋理论,对机构两个工作构态自由度进行分析;其次,根据机构特点,建立机构伴随运动的运动学模型,得到机构在不同构态的伴随运动和结构参数的联系;最后,利用仿真软件MATLAB得到机构不同构态结构参数对伴随运动影响的变化图。研究表明,该机构在不同构态存在不同方向的伴随运动,且伴随运动的大小随着机构参数的变化具有对称性。伴随运动的分析为机构的优化设计和误差分析提供了理论依据。

凸轮机构作为开盒机的主要机构,对其进行详尽的动态特性分析,将对开盒机的动态性能提升具有重要指导意义。将凸轮连杆和凸轮轴进行柔性化处理,建立凸轮机构的多柔体模型,对多刚体模型和多柔体模型的仿真结果进行了对比。基于多柔体模型,分析了输入转速、阻尼系数、材料参数和结构参数对机构动态性能的影响。结果表明,多柔体模型的仿真结果对开盒机的初始装配具有指导意义。减小凸轮厚度同时增大阻尼可以改善机构动态特性,使开盒机提速运行。同时,利用ANSYS对改变厚度后的凸轮进行模态分析,为避免共振和更为全面的动力学分析提供了依据。

目前,我国井径测井仪推靠臂采用偏心圆弧线型,其存在动载荷大、传力效果差、仪器寿命短等问题。针对以上问题,对推靠臂采用渐开线、阿基米德螺旋线和偏心圆弧线3种结构方案进行参数化设计,并对3种推靠臂凸轮运动特性及机械效率进行了分析研究。分析得知,分动式推靠系统中采用渐开线型推靠臂结构能大大改善活塞杆的受力特性,减少摩擦磨损,进一度提高测量精度。运用ADAMS/View模块建立3种分动式推靠系统打开、测量模型,设置初始参数并进行运动仿真;得出了3种运动状态活塞杆的运动轨迹曲线,验证了其运动规律,为井径测井仪结构优化设计、改善性能提供了理论依据。

鉴于目前主流齿轮裂纹故障检测方法所存在的局限性(即仅利用系统响应作为研究对象,很少考虑输入对于故障特征提取的作用),并考虑到其作为一种典型非线性系统所蕴含的动态特性,将Volterra级数理论应用于不同状态齿轮啮合传动系统,以充分发挥Volterra级数能够综合利用系统输入、输出数据进行系统非线性特性描述的优势;同时考虑到QPSO算法较高的全局搜索能力,采用该算法对齿轮啮合传动系统Volterra模型进行了时域核辨识。仿真实验结果表明,高阶时域核对于齿轮裂纹故障所引起的系统非线性特性变化非常敏感,可以有效地表征并区分出不同状态下齿轮啮合传动系统的非线性动态特性,达到了预期目的。

为研究齿面闪温对齿轮系统动力学的影响,基于H.Blok闪温理论,推导出齿面闪温沿啮合线的分布规律。分析了转速、负载、重合度、中心距变动系数对闪温的影响;依据Hertz接触理论,推导出含闪温的啮合刚度、齿侧间隙和齿廓误差计算式,并建立含齿面闪温的直齿轮副非线性动力学模型。采用CPNF数值法获得系统的双参伪彩图,分析齿面闪温对系统分岔、齿面冲击、齿面脱啮和动载系数的影响。结果显示,负载和转速对闪温影响较大,在进入和退出啮合处闪温达到极值较易发生胶合,闪温对非线性参数的影响恶化了系统的非线性动力学特性,因此,设计中应控制其闪温值。

针对机器人运动轨迹求解过程中,因5次多项式插值法而产生的突变现象,提出一种改进的5次多项式插值法。以某公司生产的ER3A-C60型工业机器人为研究对象,首先采用标准D-H参数法建立了机器人的连杆坐标系,然后创建机器人仿真模型并进行运动学正解、逆解的求解,做出了机器人末端的工作空间点云图。在求解机器人运动轨迹过程中,提出了一种5次多项式插值与B样条插值相融合的方法以消除突变现象,经实验对比论证后发现,优化后的关节相关曲线更加光滑平稳,能较好地消除突变现象,避免了机器人在运动过程中因振动和冲击的发生而影响机器人使用性能和寿命。

为提高普通圆柱蜗杆的参数化设计和制造水平,基于普通圆柱蜗杆数学模型、齿轮啮合原理、蜗杆磨床结构、蜗杆加工工艺等开发一款普通圆柱蜗杆的参数化设计、制造软件。以法向直廓圆柱蜗杆(ZN型蜗杆)为例,建立法向直廓圆柱蜗杆几何数学模型,并根据蜗杆与砂轮的空间位姿关系和齿轮啮合原理推导了磨削蜗杆用成形砂轮廓形的数学模型;基于Visual C++6.0开发了包含有产品管理模块、蜗杆参数输入模块、蜗杆线形过渡模块、蜗杆线形调整模块、砂轮廓形计算模块以及加工代码生成模块的蜗杆设计、制造软件。为验证所开发软件的正确性,采用SK6505数控蜗杆磨床对法向直廓圆柱蜗杆进行磨削加工,磨削后的测量结果验证了该软件的正确性。

针对一种无游梁式抽油机用椭圆齿轮行星轮系换向机构输出摆角小、不能满足长冲程需求的问题,分析了该机构输出摆角大小的影响因素,将结果以图形面积表现在一对非圆齿轮副的传动比曲线中。根据分析结果,构造了满足应用需求的非圆齿轮副传动比曲线,求解非圆齿轮的节曲线方程,建立该机构的三维模型并进行运动仿真,得到输出摆角和输出角速度幅值曲线。分析结果表明,与原来的椭圆齿轮行星轮系换向机构相比,该机构增大了输出轴的摆角,从而可以增大抽油机的冲程。

设计了一种以超磁致伸缩驱动器(GMA)为驱动单元,以杠杆式柔性铰链进行位移换向放大的微位移传递机构。根据弹性力学理论,在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出柔性换向放大机构的放大比和固有频率表达式,运用Matlab软件优化分析柔性铰链的切割半径R和最小厚度t等几何参数,获得了柔性铰链几何参数的最优值,并对优化后的结果进行有限元分析,最后,将仿真结果与理论分析结果进行了对比。研究结果表明,理论分析与有限元分析验证了理论模型的正确性,实现了机构放大倍数高、位移换向呈直线输出的设计目标。

为更好地提升机器人主操作手性能,减少由于机构重力导致的操作疲劳感并提高位置精度,设计了一款7自由度主操作手:大臂机构为一平行四边形机构,提供前后和左右自由度;小臂机构提供上下自由度;手腕机构提供俯仰和偏航自由度;末端操作器机构提供自转和开合自由度。为提高主操作手位置精度,在主操作手结构设计的基础上,应用旋量理论建立了主操作手的运动学及其误差模型,采用最小二乘法对运动学参数进行了辨识,并进行了标定实验。结果表明,经过运动学参数标定后,主操作手的最大位置误差改善了67.43%。