机器人驱动机构中弹性元件功能分析及刚度设计

为了研究弹性元件在仿人机器人腿部弹性驱动机构中的具体功能,并选择合适刚度的弹性元件,以典型的弹性驱动器为基础,建立了弹性驱动器的位置源驱动模型以及仿人机器人小腿弹性驱动机构模型。对驱动机构重要参数进行优化,确定最优参数值,在给定转角范围内,通过仿真计算分别得到转角和驱动力与驱动位移关系图。对比不同弹簧刚度下的关系曲线,利用MATLAB函数确定最优刚度值,得出在合适的弹簧刚度下,弹性元件具有增强机器人小腿驱动稳定性和精确性的功能的结论。     

线性缓冲材料对弹性杆动态屈曲影响的理论研究

通过分析两种不同类型载荷对带线性缓冲材料的弹性直杆的撞击,得到撞击条件下杆体屈曲发生的临界弹簧刚度。结合具体材料进行计算,分析了临界弹簧刚度与载荷作用时间、载荷幅值、缓冲材料和杆体长度的关系,以及缓冲材料位置对于杆体屈曲防护的影响等。所得结论为解决在不同冲击载荷作用下弹性直杆的动态屈曲防护问题提供了理论依据。     

线性缓冲材料对质量块撞击下的弹性杆动态屈曲影响研究

针对刚性质量块撞击情况,对弹性直杆在线性缓冲材料防护下的动态屈曲进行分析,得到撞击条件下杆体屈曲发生的临界弹簧刚度。以杆体整个长度发生轴向应变的最小弹性屈曲载荷为判据,分析了临界弹簧刚度与载荷作用时间、载荷幅值、缓冲材料及杆体长度的关系,以及缓冲材料位置对于杆体屈曲防护的影响等。结果表明：撞击初速和刚性块质量是引起临界弹簧刚度改变的两个因素,缓冲材料的安放位置在一定条件下影响着弹性杆屈曲防护。所得结论对于在刚性质量块作用下弹性直杆的动态屈曲防护问题提供了一定的理论依据。     

SEA模型的参数全局灵敏度分析

为了定量探究串联弹性驱动器(SEA)系统阻抗和力输出带宽的参数全局灵敏度,本文利用基于方差分解的Sobol方法,计算不同取值下的弹簧刚度、阻尼和质量对SEA的输出力的带宽以及系统阻抗的全局灵敏度,并通过分析灵敏度计算结果的收敛性,验证了灵敏度分析结果的可靠性.研究结果表明:在不同工作频率下,弹簧刚度、阻尼和质量对于SEA的输出力带宽以及系统阻抗大小影响各不相同,且三者对所求目标函数具有交互影响的作用;系统阻尼和质量对于输出力带宽以及系统阻抗大小的影响均远大于弹簧刚度的影响,这表现在系统阻尼和质量对上述所求目标函数的总阶灵敏度在任何频率下均约为弹簧刚度的总阶灵敏度的3～4倍;对于参数的采样,当采样个数小于5000时,Sobol指数波动较大,当采样个数为5000时,既能节约计算开支又能获得可靠的Sobol参数.     

救援机器人柔性关节的设计与稳定性分析

为了提高救援机器人在非结构环境中的顺应能力,引入传动机构等效质量的概念,考虑电机内部阻尼对弹性驱动器动力学模型的影响,建立了基于力源驱动的串联弹性驱动器动力学模型。采用PID单位负反馈的控制方式,通过Laplace变换得到系统的开环传递函数与闭环传递函数,运用Nyquist判据与Bode图分析了系统的稳定性。通过仿真实验,得到了系统的阶跃信号跟踪响应。仿真结果与频域特性分析结果对比,验证了救援机器人柔性关节结构设计的合理性与稳定性。     

简易的安全阀弹簧刚度检验装置

弹簧是安全阀中不可缺少的零件，其刚度对安全阀工作的稳定性影响很大。为检测弹簧刚度，保证安全阀性能，设计了一种简易的弹簧刚度检测装置（图1）。     

不同形态螺旋弹簧在悬架中的应力计算与仿真

针对传统汽车螺旋弹簧计算方法无法实际表达弹簧的工作状况,重新推导了考虑弯矩、扭矩在内的弹簧应力计算公式。用SolidWorks软件建立了满足某款汽车麦弗逊悬架两种不同形态的螺旋弹簧三维模型,并将模型导入到ANSYS Workbench中进行有限元分析,对弹簧的应力公式进行了验证。由有限元分析得到截锥弹簧的强度比圆柱弹簧的好一些,截锥弹簧的刚度比圆柱弹簧的刚度要略低。对于两种弹簧在各阶模态发生最大变形的位置,可以适当增加这些位置的刚度,以便提高汽车的平顺性。最后对两种弹簧的悬架进行谐响应分析,得到截锥弹簧悬架比圆柱螺旋弹簧悬架更稳定。     

车辆动力装置变刚度隔振新方法

常规的车辆动力装置隔振系统无法兼顾低频隔振性能和高承载稳定性,迫切需要新方法、新技术实现两者统一。在分析不同行程区间刚度特性对隔振率和稳定性影响的基础上,提出了预压定刚度弹簧与变刚度弹簧并联的变刚度隔振新构型,阐述了依据隔振率和负载匹配定刚度及预压参数、依据稳定性优化变刚度参数的设计方法。新型隔振器不仅支承能力强,而且隔振频域宽,尤其是低频工作域的隔振效果显著提升。实车测试结果表明,在保证足够稳定性的提前下,额定工况下新型变刚度隔振系统的隔振率由原来的30.3%提高至83.5%。     

基于有限元和响应面法的U形弹簧结构参数分析

液压作动器内部密封件的蓄能性能是衡量其可靠性的关键,而U形弹簧作为蓄能密封圈的弹性元件,其压缩刚度和弹性压缩极限是决定其蓄能性能的主要因素。建立基于材料参数的U形弹簧弹塑性有限元模型,计算U形弹簧的压缩刚度、弹性压缩极限和线性压缩临界值,分析典型结构参数对蓄能特性的影响;基于响应面法构建多因素数学模型,比较各结构参数对弹簧压缩刚度和弹性压缩极限的影响程度;通过多次弹簧压缩试验验证了计算模型的准确性。结果表明：弹簧厚度、截面总长、开槽宽度、周期宽度和根部圆弧半径为压缩刚度的主要影响因素,其影响依次减小;弹簧厚度、截面总长和根部弧半径为弹性压缩极限的主要影响因素,其影响依次减小。重复压缩试验证明,弹簧屈服产生的塑性变形会随着压缩次数累加,导致弹簧开口宽度减小,导致密封圈动态密封性能降低;当蓄能密封圈用于动密封时其压缩量不宜超过弹性压缩极限。     

3自由度振动筛动力学建模及固有频率分析

基于Lagrange方程建立振动筛3自由度谐迫振动动力学模型,求解其各阶固有频率和主振型;对各阶主阵型进行正则化处理,分析了固有频率对激振力心(激振动作用点)位置变化及故障弹簧刚度变化的敏感程度.实例数值计算表明:弹簧无故障时,沿物料流动方向各侧的两弹簧刚度变化对固频影响相同,且该方向上靠近激振力心一侧的弹簧刚度变化对固频影响小于另一侧;某个弹簧发生故障时,故障弹簧的刚度变化对固频影响最小,而筛面上其对角方向的弹簧刚度变化对固频影响最大.     

基于ADAMS的碟式分离机主轴系统振动分析

以碟式分离机主轴系统为对象，建立了基于ADAMS的弹性支撑结构、主轴驱动系统及主轴模型。利用柔性体处理主轴变形条件，根据主轴系统的实际约束及工作情况建立了虚拟样机模型。根据主轴系统的幅频响应分析得到系统的临界转速。运用振动模块进行振动频域分析，揭示了主轴系统中转鼓质量和径向弹簧刚度对固有频率的影响。     

三维建模在设计扣轨弹簧加工工艺中的应用

50kg／m钢轨用扣轨弹簧，用于标准轨距、直线及曲线半径尺≥500m的地段，以及铺设无碴轨道的普通线路和无缝线路。铁道扣件采用扣轨弹簧的目的是为了提高弹性和减振效果，增强扣压力的稳定性，因此扣轨弹簧的刚度是关键的质量指标：在标准状态下组装时，由其产生的垂向静刚度为40kN／mm。2003年我公司对图1所示扣轨弹簧进行了工艺试制。     

基于MBS的剪式座椅垂向刚度特性比较分析

采用多体系统(MBS)动力学分析软件ProMECHANICA/Motion建立了剪式座椅悬架的仿真模型。基于此模型,比较了6种典型弹簧布置方式下的座椅垂向刚度特性,分析了2种典型弹簧布置方式下连接点位置变化对座椅垂向刚度特性的影响。仿真结果表明,多数弹簧布置方式下的剪式座椅垂向刚度具有明显的非线性特性,且其非线性特性在工作行程内表现为软特性,软特性的强弱程度随弹簧布置方式的不同而不同,弹簧倾斜布置于两剪杆之间或剪杆与座椅底板之间时,座椅垂向刚度软特性的强弱随弹簧连接点位置的变化而变化。     

帘线参数对橡胶空气弹簧垂向刚度的影响研究

采用ABAQUS软件建立了某型号橡胶双曲囊式空气弹簧的有限元模型。从囊体材料、几何形状、材料接触及气固耦合作用方面论述了空气弹簧的非线性特性,并对双曲囊式空气弹簧的垂向弹性特性进行了灵敏度分析。首先,运用正交实验法设计了空气弹簧弹性特性实验,研究了帘线参数对双曲囊式空气弹簧垂向弹性特性的影响;其次,运用极差分析及方差分析法对帘线层的各项参数进行了优化设计。结果表明：帘线层数对空气弹簧垂向刚度影响最为显著;帘线角度对空气弹簧垂向刚度也有一定的影响;弹性模量、帘线间距和帘线半径对空气弹簧垂向刚度影响较小。     

机械密封用波形弹簧的加工

在引进的机械密封中,有些弹性元件为A型波形弹簧(图1)或B型波形弹簧(图2)。这两种波形弹簧轴向尺寸小、刚度大、结构紧凑、安装方便、自振频率高,宜用在空间小、转速高的密封装置中。     

机械设计中的动力学问题（一）

机械设计中由于考虑构件的弹性和质量分布,必然会引起一系列动力学分析问题,本文从实例出发来论述动力学问题。 一 跳动现象 图1-1所示凸轮机构,从动件的质量为m,其位移x向上为正;弹簧刚度为k。在x=0时弹簧预紧力为F_0,在一般位置上凸轮推力F_c=F_0+     

声腔-弹性板结构在不同激励下声辐射特性研究

以声腔-弹性板声振耦合模型为研究对象,对比分析该模型在点力激励和点声源激励下,激励位置、声腔厚度以及弹性边界等对弹性板声辐射功率、表面振速和腔内声压的影响及两种情况下的区别。弹性板的振动位移函数通过谱几何方法得到,并采用Hamliton原理,充分考虑了板的振动与板两侧声场之间的耦合。利用Rayleigh积分,可计算出弹性板的声辐射特性参数。结果表明,在简支约束情况时,点力和点声源两种激励下,激励位置、声腔厚度和弹性边界对板的声辐射功率、表面振速和腔内声压有不同的变化。在薄声腔时,点力激励下,声腔个别模态对板有明显影响。点声源激励下,模型耦合作用明显,弹性板的声辐射功率、表面振速和腔内声压主要受到耦合模态的影响,且点声源的耦合作用明显强于点力作用。相较于扭转刚度,直线刚度对声辐射的影响更大。     

安全阀稳定性及其影响因素的分析研究

通过弹簧刚度及排量安全裕量对安全阀运动稳定性影响机理的分析研究，建立了安全阀运动稳定性条件，并提出了一种避免安全阀频跳或颤震的最大允许弹簧刚度［K］和排量安全裕量［n］的计算公式。     

圆柱螺旋弹簧刚度特性的有限元分析

介绍了一种利用通用有限元软件ANSYS求解圆柱螺旋弹簧刚度的计算方法.运用在Pro/E中建立的弹簧实体模型,通过Pro/E和ANSYS的转换接口,将弹簧实体模型导入ANSYS中得到了相应的有限元分析模型,对圆柱螺旋弹簧的刚度(垂直刚度、横向刚度、弯曲刚度)进行了有限元分析计算,得到了弹簧的刚度特性,并与理论分析计算结果...     

膜式空气弹簧弹性特性理论分析与实验研究

为更好的发挥空气悬架性能,在悬架建模和仿真过程中需要更贴近实际的空气弹簧模型,因此必须考虑空气弹簧变刚度的弹性特性。本文以某客车膜式空气弹簧为研究对象,对空气弹簧的弹性特性进行理论分析,并对其垂向静、动态弹性特性进行了实验研究。实验结果表明空气弹簧刚度特性曲线呈反“S”形,在拉伸和压缩到较大位移时刚度较大,在设计高度附近刚度较小。