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单齿啮合的齿轮接触等几何分析
上海理工大学机械工程学院陈龙等指出齿轮应用极其广泛,而齿面损坏是齿轮失效的主要形式,因此齿轮接触分析是齿轮设计的重要手段,最新发展的等几何分析(Isogeometric analysis, IGA)方法在解决接触仿真分析方面具有优良性能而受到青睐。将直齿圆柱齿轮简化为平面模型,首先构建能用于IGA的多片拼接NURBS曲面参数化模型,并比较了IGA模型与标准渐开线齿轮的几何误差;然后推导了平面接触IGA的相关计算公式,实现了一对单齿接触的完整齿轮等几何接触分析。为验证等几何接触分析算法的正确性,一方面将计算结果与齿轮无摩擦赫兹接触分析的理论值进行计算精度对比,另一方面将计算结果与商业软件计算结果进行对比。结果表明,IGA方法在分析接触问题时具有计算效率高、速度快、应力场更加光滑等优势,从而为解决齿轮接触分析问题提供一种有效的方法,同时也为齿轮的建模仿真与优化一体化设计提供新的途径。
考虑疲劳性能的柔顺机构拓扑优化设计
华东交通大学机电与车辆工程学院的占金青等认为柔顺机构需要承受多次往复运动,交变应力导致机构容易发生疲劳损伤及失效。为了满足疲劳性能要求,提出一种考虑疲劳性能的柔顺机构拓扑优化设计方法。考虑恒定振幅的比例载荷作用,采用修正的Goodman疲劳准则评定柔顺机构的疲劳强度,以柔顺机构的输出位移最大化为目标函数,以疲劳性能和结构体积作为约束,采用改进的P范数方法进行疲劳约束凝聚,建立基于疲劳性能约束的柔顺机构拓扑优化模型,利用映射过滤方法避免数值不稳定性现象,采用移动渐近优化算法求解柔顺机构疲劳约束拓扑优化的多约束优化问题。数值算例结果表明基于疲劳约束拓扑优化获得的柔顺机构能够满足疲劳要求,机构的von Mises等效应力分布更加均匀;并且分析不同的作用载荷条件对柔顺机构构型及其性能的影响规律。
可自适应变曲率立面的分体柔性爬壁机器人设计与分析
河北工业大学机械工程学院的王洋等为解决传统爬壁机器人在复杂大型金属立面上的变曲率自适应问题,以履带与曲面的有效接触为出发点,分析在自适应曲面运动时履带式移动构型的姿态变化规律,提出一种基于分体柔性履带移动与间隙式永磁吸附的自适应爬壁机器人;建立多状态下移动模型,分析机器人在变曲率立面移动及焊缝越障过程中利用自身姿态变化实现自适应的运动特性;构建间隙式永磁吸附模型,利用参数化仿真分析了壁厚、磁隙等对吸附能力的影响;通过样机平台试验表明,机器人能以合理的运动姿态实现在变曲率立面上的大负载灵活可靠运动,具有较好的变曲率自适应能力及越障能力。
探花
数控机床进给轴热误差补偿技术研究综述
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室的刘阔等认为机床在内外热源共同作用下产生热变形,严重影响机床的精度稳定性与零件加工精度,如何抑制机床热误差是一个重要的研究领域。介绍了机床热误差避免方法和热误差补偿方法的研究进展。分析了直线进给轴误差的成因,并阐述了有/无预紧条件下丝杠热变形过程及机理。介绍了温度测点位置优化方法,以及数据驱动与机理驱动的热误差建模理念、方法及特点。介绍了旋转进给轴热误差测试方法,并给出了其建模及补偿效果。最后,对进给轴热误差补偿技术研究进行了展望。
榜眼
静脉穿刺机器人研究进展
哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室的何天宝等指出随着医疗技术的发展,静脉穿刺已经成为人体健康评估、病情诊断、治疗的必要手段,目前几乎全部依靠医护人员手动操作完成,自动化需求日益强烈。为了减轻医护人员的精神和体力负担,推进医疗自动化和智慧医疗的发展,在巨大的社会经济前景的激励下,静脉穿刺机器人已成为世界范围内的研究热点,各大研究机构相继发布各自研究成果。简要概述了静脉穿刺机器人的发展现状,详细分析了所涉及的静脉感知、自主决策、机器人结构设计、控制方法等关键技术,总结了存在的问题和面临的挑战,并对未来发展趋势进行了展望。
状元
机械密封智能化的技术基础和发展趋势
清华大学摩擦学国家重点实验室的尹源等认为机械密封的智能化是装备智能化中不可或缺的关键环节之一,也是有效解决高端装备机械密封现有问题、发展机械密封新功能的迫切需要和战略性发展方向。针对机械密封本身的机理和技术特征,对机械智能化的理念进行了阐述。从智能型机械密封需要具备的感知、分析和行动三个能力维度,综述了机械密封智能化的现有技术手段和面临的困难。在机械密封智能化的未来发展中,尽管增量式设计方法可能更容易取得初步成果,但从长远来看需要突破非智能化条件下的经典结构的限制,采用系统层面的整体设计方法。可以预期,深度交互、高度自治的智能型机械密封将对密封技术进步和装备智能化产生重要价值。
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