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关键词： 湿式离合器   热力学特性   磨损行为   温度场   磨损机理  

摘要： 湿式离合器作为传动系统的重要组成部分,可以根据需求传递或阻断来自发动机的动力。摩擦片、对偶钢片作为湿式离合器最为重要的零部件,在频繁的接合过程中,摩擦副间出现非均匀受力及严重磨损等一系列问题,容易导致湿式离合器发生抖动,直接影响传动系统的可靠性。因此,开展湿式离合器热力学特性和磨损行为的研究具有重要意义。本文以湿式离合器摩擦副为研究对象,通过数值仿真和试验手段相结合的方法,研究了不同工况和材料对湿式离合器摩擦学特性的影响规律,主要研究内容和结论如下: (1)首先建立了承载力模型和摩擦转矩模型,利用Runge-Kutta数值积分法求解接合过程中摩擦转矩和相对转速的结果,分析了不同工况对结果的影响。通过MM1000-Ⅱ型摩擦性能试验机测得平均COF和摩擦转矩数据,与仿真进行验证。结果表明:接合时间随转速的增加而增长,随载荷的增加而减小。平均COF随转速、载荷的增加呈现减小的趋势。摩擦转矩峰值随转速的增加而减小,随载荷的增加而增加,且试验值与仿真值最大误差为7.13%。 (2)基于传热理论和上述接合特性理论,建立了湿式摩擦副热力耦合模型,采用直接耦合法研究了摩擦副温度场分布规律以及不同槽形摩擦片对热分布的影响规律,并且分析了不同工况对对偶钢片热特性的影响。结果表明:摩擦副表面温度场和应力场非均匀分布,由内径至外径以及在整个接合过程中均呈现先增后减的趋势,不同槽形摩擦片具有相似的热分布规律。对偶钢片温度随转速的增加而增加,随载荷的增加而减小。 (3)基于Archard理论模型,建立了摩擦副磨损有限元模型,通过Fortran语言中的Umeshmotion子程序和ALE网格自适应技术实现对摩擦材料磨损量的计算,分析了不同相对转速、压力及材料对摩擦片磨损规律的影响。结果表明:磨损深度与压应力分布结果一致,接触区域沿径向磨损深度值先增后减。节点磨损深度随滑摩时间近似呈线性增长,且磨损深度和磨损深度变化率随滑摩转速、压力的增长而增加。摩擦材料的改变不影响磨损分布,仅对磨损量的大小有影响。 (4)利用MS-M9000多功能摩擦试验仪进行干式摩擦磨损试验来研究不同工况对铜基、纸基等常用摩擦材料磨损特性的影响,通过观测摩擦材料表面形貌来探究其磨损机理。为了验证磨损数值模拟方法的可行性,建立了与试验相同的磨损有限元模型,并将结果与试验结果进行对比。结果表明:平均摩擦系数随转速的增加呈现先增加后减小的趋势,随载荷的增加而减小。由低转速到高转速,摩擦表面由轻微的磨粒磨损变成黏着磨损。随着载荷增加,材料表面磨粒被暴露,凹坑数量增加。通过球-盘磨损有限元模拟,与磨痕的三维轮廓进行对比,误差在可接受范围内,最小误差仅为3.48%,证明了该模型的可靠性。

关键词： 榴莲采摘收集一体机   机械臂   四杆机构  

摘要： 目前大部分果园榴莲的采摘方式仍是传统的人工采摘，榴莲的采摘和收集尚缺少成型的采摘机。针对这一情况，提出一种榴莲采摘收集一体机的设计方案，用机器代替人工采摘，使得榴莲采摘收集变得更加安全，同时在很大程度上提高工作效率。简要介绍榴莲采摘收集一体机机械系统机械臂及机械手四杆机构的设计。

关键词： 脊柱骨科机器人   运动学   结构设计   传感器设计   运动控制系统  

摘要： 微创手术因创伤口小、术后愈合快、并发症少等特点,近二十年来给手术机器人技术发展指明了方向。本文针对脊柱骨科手术机器人设计开展研究,以往研究工作主要采用引导式和主动操作式,面向椎间消融、置钉手术、脊柱整形等手术操作,这类机器人通常自由度较少,截面尺寸较大,面向病灶较深、空间位置复杂、可行路径狭小曲折的情况,适应性较差。 本文针对传统脊柱骨科机器人存在的局限性,设计了一种横截面直径不大于10mm的多自由度机械臂。从操作臂机构运动学建模分析、样机结构设计、专用多维力传感器设计、系统运动规划与控制等方面开展了一定研究,完成了机器人实验样机设计、开展了关键部件和主要支撑技术的试验研究。 首先,针对采用的钢丝冗余驱动并联机构方案,以完成机器人本体设计为目标,分析了机械臂工作空间,关节空间和驱动空间三者之间的相互映射关系。利用D-H参数法、几何法、数值迭代进行了机械臂的正、逆运动学分析,通过运动学分析优选了机器人操作臂机构关键运动学参数。为样机本体设计和运动控制律设计,奠定了必要基础。 其次,根据脊柱骨科机器人的具体技术指标要求,设计了一款单孔操作、双臂形式的机器人样机。机器人机械臂包括操作臂和照明摄像臂。其中操作臂采用模块化并联机构串联构型,末端安装鳄鱼嘴形式的操作器,具有5个自由度。为集成多种操作,操作臂采用同轴嵌套结构,内嵌机械臂为切割机械臂,具有主动伸缩1个自由度。照明摄像臂为连续体形式,具有2个自由度。所有主动关节均采用线驱动形式,每根驱动丝对应一个模块化的直线运动单元。机器人臂整体具有进给和旋转机构。因此整套脊柱骨科机器人机械臂共有5+1+2+2共10个运动学自由度。 再次,为了提高精细机械臂的操作力感知能力,设计了一款专用二维力(力/力矩)传感器。受机械臂截面尺寸较小和末端操作器结构较复杂的限制,同时考虑传动系统摩擦因素,二维力传感器设计安装在操作臂的根部,既能够获得较为准确的感知力,又不影响末端操作。通过分析结构受力并采用有限元分析校核,设计完成了维间耦合较小的二维力传感器弹性体结构。利用惠斯通电桥的和差特性,对传感器进行组桥,设计了信号调理电路,对桥式电路输出的微弱信号进行放大,使其满足标准传感器输出(±5V)。最后通过标定实验,进给力线性误差为2.75%,旋转扭矩线性误差为0.52%,验证了传感器系统设计的可行性。 最后,为了实现脊柱骨科机器人的运动控制,研究了机器人的运动规划和控制方法,开展了较多实验研究。基于三次多项式样条曲线法,开展了操作臂的运动规划问题研究,以提高机械臂的运动平稳性。基于PID控制方法,实现了电机运动的闭环控制,确保各关节位置控制的准确性。为了提高机械臂与环境的物理交互能力,还研究了机械臂的自适应阻抗控制方法。为了验证脊柱骨科机器人样机系统设计的可行性,以及运动学、运动规划方法与控制算法的正确性,通过搭建实验环境,开展了一系列实验研究。通过样机组装测试证明了传动机构的设计合理性;通过线驱动并联机构实验平台验证了运动学建模的正确性,通过传感器标定实验,验证了二维力感知传感器设计的有效性,最后通过整机实验,测试了脊柱骨科机器人样机及软硬件系统的功能正常性,并进一步验证了理论建模算法在脊柱骨科机器人系统中的有效性。 本论文最后对开展的研究与实验工作进行了总结,给出了未来可进一步开展的研究工作等方面的建议。

摘要： 齿轮箱是风电机组的核心机械部件,齿轮箱内各零部件的正常运行对机组的可靠运行至关重要。齿轮箱内部除了齿轮、轴承等运动副外,还有内外花键副、花键端盖、轴承外圈与箱体等微动副。这些微动副在设计制造时往往容易被忽视,若制造工艺不当,其常常会发生微动磨损,甚至剧烈的异常磨损,从而导致齿轮箱功能提前失效。因此,需要高度重视上述微动副的设计及工艺制造过程。

关键词： 轴瓦   寿命预测   小子样   灰色理论   应力强度干涉理论  

摘要： 连杆轴瓦在实际使用过程中存在因启停工况油液润滑不良而造成轴瓦磨损的现象，影响轴瓦和柴油机的使用寿命，因此建立轴瓦磨损寿命预测模型具有重要的意义。依据启停试验台获取的轴瓦磨损试验数据，提出了基于灰色理论的轴瓦磨损寿命预测方法。通过轴瓦启停试验台开展轴瓦启停试验，实测不同启停次数后的实际厚度试验数据；运用灰色理论建立GM (1, 1)模型，预测轴瓦不同启停次数下的磨损深度；考虑轴瓦磨损量、镀层厚度分布的几何分散性，构建了轴瓦启停次数、磨损量和镀层厚度的分布函数模型；应用应力强度干涉理论和蒙特卡洛方法评估了轴瓦不同启停次数下的可靠度。结果表明，轴瓦的磨损深度与启停次数满足线性关系；轴瓦在启停3 100次时，其磨损可靠度为90%。该方法可以在测试数据量很少的情况下预测连杆轴瓦的寿命，给出连杆轴瓦的可靠性基础数据，为柴油机的可靠性预计、连杆轴瓦的定时维修等提供依据。