面向多种复杂零件的高精度人机协同装配系统

实现复杂三维结构体及小刚度零件的自动装配是极其困难的,为了解决此类零件难以夹持以及夹持变形的难题,分别设计了针对复杂结构的本体件快换夹持器和针对小刚度零件的气囊柔性夹持器以及针对微小平板类零件真空吸附式夹持器,并融合高精度调整技术以及合理的检测技术,设计了一台面向多种复杂零件的高精度人机协同装配系统。使用Abaqus仿真计算了气囊柔性夹持器对小刚度零件夹持变形的影响,零件特征面的弹性变形仅为1μm。通过装配间隙仅为32μm的轴孔对位装配实验,证明了该装配系统能完成零件间2μm~3μm高精度装配。该装配系统能够解放劳动力,提高生产装配的自动化。     

钻取式自动采样机构螺旋钻杆结构参数的多目标优化

分析了螺旋钻杆的输出月壤原理和输出月壤阻力（阻力矩）以及综合考虑了螺旋槽内月壤对钻杆驱动力矩的影响、螺旋升角的取值范围和钻杆的轴向钻进功率后建立了钻杆驱动力矩、轴向加载力及功耗的模型。利用该模型分析了钻杆外径、螺旋槽深、槽宽比及螺旋升角等结构参数对钻杆驱动力矩和轴向加载力的影响,获得了钻杆结构参数对钻杆驱动力矩和轴向加载力的影响规律。以钻杆质量和功耗最小为双优化目标,以钻杆外径、螺旋槽深、槽宽比及螺旋升角等结构参数为设计变量,基于遗传算法对钻杆结构参数进行了优化,优化后的功耗较优化前降低了31.8%,钻杆质量减小了23.3%。总体减少了钻探风险,可为钻取式自动采样机构的设计提供理论依据。     

月球钻取采样钻头结构参数对力学性能的影响

基于对螺旋钻头的输出月壤阻力、驱动力矩及月壤失效区的分析,建立了钻头的力学模型,该模型综合考虑切削具内外侧面与月壤之间的压力及摩擦力,考虑月壤侧向失效面的面载荷对钻头切削具周向力矩、总功耗及月壤失效距离的影响,数值仿真与试验结果校验了模型的正确性。在数值仿真过程中采用深层月壤本构关系的Mohr-Coulomb模型,使仿真更加符合月壤内摩擦角大于22°的真实情况。利用该模型分析并获得了钻头结构参数对切削具功耗和失效距离的影响规律,以钻头功耗最小为优化目标,用遗传算法对钻头结构参数进行了优化,优化结果降低了钻探过程中的烧钻风险。可为钻取式自动采样机构的钻头设计提供理论依据。     

超高速条件下常规配合特性分析

结合研制的超高速旋转试验设备,详细分析了过盈配合、平键配合等常规轴孔配合形式在超高速条件下的力学特性,对其失效机理进行了深入的探讨。结合有限元方法对分析的结果进行了验证,根据获得的结论提出了具体的解决方案。     

以计算几何为基础的圆度误差评定算法

为提高微小型结构件圆度误差评定的准确性和快速性,本文研究提出一种基于计算几何的圆度误差评定算法。该算法利用计算几何中的凸包理论,将圆轮廓采样点集依据凸点判定准则进行分类,形成外接圆和内接圆两个点集,用较少的数据点进行后期拟合计算;在此基础上,建立了三种改进的圆度误差评定方法的优化算法,包括最小外接圆法（MCC）、最大内接圆法（MIC）和最小包容区域法（MZC ）;将改进的算法应用于圆度误差测量中,实验结果表明：采用同一组测量数据时,本文提出的算法与传统算法相比较,大大降低了后期数据拟合的时间,极大提高了圆度误差评定方法的效率。     

基于激光自准直的发动机轴孔同轴度在线检测方法

涡扇发动机定子轴孔的同轴度会影响发动机整体质量和运转情况,故而定子轴孔同轴度的大小是影响发动机质量的一个重要指标,减小同轴度误差可以提高发动机的运行质量,因而对发动机同轴度精密检测的要求也越来越高。为了解决现有人工检测方法中存在的效率低、精度不高的问题,且为了克服定子装配后的待测孔位置较深导致现有通用检测仪器无法直接测量装配后同轴度的困难,在分析了国内外同轴度检测研究现状的基础上,将激光准直技术、轴孔定心测量技术相结合,设计基于激光自准直的检测方法和装置。所设计针对规定型号涡扇发动机定子轴孔的同轴度检测装置,系统变形量约4μm,定心误差小于4μm,并得出了具有普适性的发动机定子轴孔同轴度检测方法,有望实现发动机定子轴孔同轴度误差的在线检测,并有效缩短装配时长、优化总装工艺。     

月球钻取采样机构的钻杆结构与运动参数分析

针对月球钻取式自动采样机构空心外螺旋钻杆取样过程,分别建立了月壤内聚力和月壤内摩擦系数随月壤深度变化的数学模型,建立了钻进过程中钻杆运动参数(钻进速度和钻杆转速)与钻杆结构参数(钻杆螺旋升角、外径、槽宽比和螺旋槽深等)之间的关系。建模过程考虑了月壤物理和机械特性随钻进深度变化特性、钻杆钻进牵连速度及月壤微元相互间的抗剪性,使得钻杆参数符合月球钻取采样的实际工况。对模型进行了验证,利用该模型开展了钻杆结构参数对运动参数的影响分析,给出了钻杆结构参数对钻杆运动参数的影响规律,获得了钻杆结构参数的最佳取值范围。以钻杆转速与钻进速度比最小为优化目标,以结构参数为设计变量,基于遗传算法对钻杆结构参数进行了优化,优化后的钻杆转速与转进速度比降低了13.8%。该优化结果降低了系统能耗,提高了钻取采样输月壤效率,可为钻取式自动采样机构的设计提供理论依据。     

结构振动系统复模态参数识别的裾部影响消除法

本文提出一种多自由度结构振动系统复模态参数识别的新方法——裾部影响消除法。该法具有原理清晰、简单、占用计算机内存量少、运算速度快、可方便地利用微计算机以人机对话方式进行多自由度复模态参数识别等特点。本文将论述该法原理,介绍微计算机程序,并给出实际应用结果。     

温度载荷作用下胶接位置误差对精密马达系统运动精度稳定性影响机理

研究了温度场作用下胶接位置误差对精密马达系统运动精度稳定性的影响问题。在对精密马达系统的结构分析基础上,简化并建立了马达系统的胶接部件“圆环-框架”的胶接有限元仿真模型,分析了仿真模型的收敛性,进行仿真并得到了带有装配位置误差的胶接结构热应力场的形成机理以及位置误差对马达系统精度稳定性的定量影响规律。圆环的热应力主要来源是使用的胶和金属件的热膨胀系数相差较大,从而引起的热变形不协调。圆环装配偏心每增加10μm,会导致圆环在半径方向有10nm数量级的质心位移。在经历一定的温度循环之后,圆环偏心每增加10μm会导致在半径方向产生1nm数量级的质心位移,这会对马达系统的运动精度以及精度稳定性产生不利影响。根据研究结论,在实际装配生产的过程中,应当严格控制装配偏心量,以减小胶接位置误差对马达系统的影响。