以TBT-ML500深孔钻床的主轴箱为研究对象,首先采用SolidWorks建立主轴箱的三维模型,然后将其与ANSYS Workbench进行关联,以避免数据在传输过程中丢失,再在Workbench中对主轴箱进行静动态分析。初选主轴箱的8个尺寸参数作为设计变量,并对其进行参数相关性分析,选出对主轴箱质量影响最大的3个参数,对主轴箱进行结构轻量化设计。结果表明在满足主轴箱静动态特性的前提下,质量减轻了9.77%,实现了轻量化设计。

在1R和PR模型的基础上,兼顾柔性悬臂梁的横向变形和轴向变形,通过对其特征参数的描述建立一种具有三自由度的PRR伪刚体模型,然后应用在柔性机构的运动分析中。分别针对大变形柔性曲柄滑块机构和四杆机构,利用PRR伪刚体模型进行机构建模。按照刚性机构基本原理,采用伪刚体模型法进行力/变形分析得出滑块位置坐标随曲柄转角的变化关系图,并与椭圆积分得到的关系图进行比较。采用伪刚体模型法进行运动分析得出柔性四杆机构的位姿变化图,并与有限元法得到的位姿图进行比较。计算结果均非常接近,从而证明了该模型在柔性机构运动分析中的有效性和简便性。

针对物流行业需要对大量商品快速分拣、包装的需求,提出了一种(2-RRR&RPR+R)&URS型4自由度并联机构,该机构由静平台、动平台、URS支链、以及与带有R副的连接平台相连接的两条RRR支链和RPR支链组成。首先,运用螺旋理论对机构自由度进行分析,求得该机构可实现两转两移的4自由度运动;随后,采用解析矢量法对其进行位置逆解分析,运用数值搜索法并结合位置逆解方程求得工作空间,分析了机构的工作性能;最后,通过Matlab对位置逆解方程进行仿真,并利用Adams对求解结果进行验证,验证了机构逆解模型的正确性以及机构运动的可实现性。结果表明,该机构能沿X轴方向大范围移动,在Y轴方向可实现大角度转动,可以代替物流行业的人工操作,提高工作效率。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。

针对目前快递行业所使用的并联机构运动空间较小、应用范围有限的问题,结合串联机构工作空间大、运动灵活等优点,基于2-UPR+RPU少自由度并联机构,提出一种2(2-UPR+RPU)串并联形式的混联机构,并对其进行位置逆解和工作空间分析,以期能够在工业生产中得以应用。首先,在SolidWorks中对该混联机构建模,利用螺旋理论进行分析,得到其自由度;接着,应用连续法求解机构的位置反解;最后,运用CAD变量几何法在SolidWorks进行运动模拟并得到加工点轨迹数据,借助Matlab软件求出其工作空间。2(2-UPR+RPU)混联机构的工作空间范围较之单层并联机构增大很多,形状规则,呈对称分布。2(2-UPR+RPU)混联机构同时兼有串联机构的灵活性和并联机构的高刚度和精度,通过相应的程序控制,可以代替人工工作。

以TBT-ML500深孔钻床主轴箱为研究对象,考虑随机因素的影响,通过基于变密度法的可靠性拓扑优化设计方法,进行了考虑可靠性和稳定性要求的结构轻量化设计。在传统拓扑优化的基础上增加概率约束,建立了应力和位移约束下的可靠性拓扑优化模型;以可靠性指标为约束条件,使用一阶可靠性法和Roenblatt逆变换将可靠性拓扑优化问题解耦为可靠性分析和确定性拓扑优化,最后进行变密度拓扑优化。算例分析结果表明:此方法在实现轻量化的同时更好地满足了实际应用中的安全要求,同时为深孔钻床其他基础件的可靠性拓扑优化提供了参考。

提出一种由空间三自由度并联机构和二自由度运动平台组成的混联机床构型，运用螺旋理论分析机构的运动原理，算出了自由度，对机构驱动输入的合理性进行验证。采用闲环矢量法和速度映射关系，对该机床的运动学特性分析，给出了该机构的位置逆解，确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上，分析了速度性能及姿态空间，得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真，验证了机床运动学分析的正确性，研究表明，具有该结构的机床具有较大的工作空间，实现对大型工件的精密加工。