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[博士论文] 冀瑜
机械设计及理论 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:在综合分析了专利知识的提取方法、基于专利知识的创新设计方法、国际专利分类表(IPC)中知识的研究现状后,本文针对从IPC中提取知识进行创新设计,提出了研究方法和思路,主要研究进展体现在以下四个方面:
  一、IPC中的设计知识及其表示
  提出从IPC中提取设计知识的思路,将IPC中的知识分为功能、效应和作用结构知识3个层次,并定义功能关联度、效应互换度、效应通用度与作用结构知识兼容度定量参数,建立知识之间的关联关系。提出从IPC中获取这些设计知识的流程,采用知识网的形式组织和表示所获取的知识,以辅助创新设计。以电加热水龙头的创新设计为例,表明从IPC中获取设计知识能有效拓展设计人员的创新思维,促进创新方案的产生。
  二、IPC设计知识社团分析及其应用于创新设计的策略
  通过从IPC中提取并分析功能动词的共现关系,构建功能动词共现网络。选用Newman贪婪算法(CNM算法)对功能动词共现网络进行社团发现,归纳了网络节点之间的4种典型拓扑关系,对社团内部和跨社团的节点之间的拓扑关系进行了分析。根据从《专利审查指南》中归纳的4种创新策略和功能动词之间同社团和跨社团的2种关系,提出9条产品功能创新策略。基于“供水-排水-干燥”共现网络和“分拣-收集”共现网络,结合实例对9条功能创新策略及其应用进行了说明。应用其中的一条功能创新策略发明了一种利用排水能量供电的管道照明系统。
  三、IPC中设计知识启发创新灵感作用的实验研究
  针对当前对创新方法启发灵感作用研究不足的现状,提出用实验研究的方法,对创新灵感启发因素的作用进行分析。将启发创新灵感的因素分为三个:知识、知识之间的关系和创新策略,分析了三个因素的表现形式。先后进行了两个阶段的实验,结果显示:IPC中的动词对启发创新灵感有显著作用;以表格和文本形式表示的知识社团关系对启发创新灵感的作用不显著,图形形式的知识社团关系对提高设计的创新性有显著作用;创新策略因素对启发创新灵感有作用趋势但不显著,知识关系和创新策略的综合作用可弥补设计者在经验方面的不足。
  四、基于IPC中设计知识的计算机辅助创新系统研究
  以前述理论研究为基础,开发了基于IPC中设计知识的计算机辅助创新系统(CAISIPCK),该系统由设计知识提取模块、知识关系分析与创新设计模块、灵感启发验证分析模块和系统管理模块组成,实现了基于IPC中设计知识启发创新设计的流程。结合实例,说明了该系统功能模块的操作界面及操作方法,初步验证了该系统的有效性。
[硕士论文] 马强强
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:气动技术随着科技的进步得到广泛的应用,新型的气动工具逐步进入市场,其中气动葫芦具有很强的市场竞争力,在军工、石油、化工等具有易燃易爆的危险环境中被广泛使用,逐步取代了现有的手拉葫芦和电动葫芦。但通过对国内外气动葫芦研究现状的分析和实际调研发现,国内气动葫芦普遍存在壳体负载能力不足、制动性能差、马达噪声大、无限载限位保护等诸多问题,对其安全生产和推广使用产生了很大的影响。
  针对以上情况,本论文首先根据论文对气动葫芦技术指标的要求,对机械结构进行总体设计,分析了影响负载能力和提升速度的因素,依据气动马达的工作原理和结构特点,建立马达内部压力变化的数学模型和转矩平衡方程,并进行运动仿真分析,利用仿真结果修正马达结构参数以提高马达工作运行的平稳性;另外制动器被认为是气动葫芦安全生产中的关键部件,在对主体结构进行合理设计的同时,还对弹簧受力情况进行分析优化,得出弹簧的振动方程,提高了气动葫芦的制动效果。
  其次论文借助ANSYS Workbench分析软件,对气动葫芦的壳体进行了结构静力分析,虽然出现局部的应力集中现象,但是壳体在额定负载的情况下,最大应变值0.038mm小于壳体材料的弹性应变,可保证气动葫芦对壳体强度和刚度的要求;通过对制动器的瞬态分析,得出在外界突然制动的条件下摩擦片磨损对制动性能的影响情况,并根据仿真结果进一步提高制动器的制动性能;此外在对气动马达模态分析的同时,获得分析频率列表和模态云图,根据频率变化比较明显的模态发现:频率在539.78HZ和2404.3HZ工作气动马达振动最为剧烈,噪声最大,应当减小马达主轴圆切面的半径,降低马达对周围工作环境的影响。
  最后,利用建模仿真平台AMESim软件针对设计的气动系统搭建AMESim气动仿真模型,通过AMESim软件分析气动系统中制动器压力、响应速度以及马达主轴转矩随时间变化的情况,得出制动器可以在0.05s内瞬间达到3倍载荷的制动力,可保证系统在安全时间内能够迅速达到制动效果,且仿真模拟也表明,当负载超过额定载荷时马达的转矩将减至零,达到限载保护的目的,同时工业性试验也进一步表明了该气动系统的可靠性和稳定性。
[硕士论文] 李长鹏
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:现阶段前混合磨料射流切割系统的工作压力大致在30-50MPa的压力范围内,已经难以满足实际工况的需求,为此提出建立100MPa的超高压前混合磨料射流切割装置已经势在必行。超高压前混合磨料射流的核心所在于磨料混合装置。水经泵出后,沿着胶管注入超高压前混合磨料罐中进行水与磨料的混合,形成局部流态化,水与磨料充分混合后途经喷嘴喷射而出,形成超高压前混合磨料射流。超高压前混合磨料罐作为一种压力容器,不仅要储存磨料,还要承载磨料与水混合形成局部流态化时产生的压力,为此对超高压前混合磨料罐的强度具有十分高的要求,需要对其进行合理的设计与研究,由此引出本课题。本论文对超高压前混合磨料罐的进行了理论设计和研究。主要做了以下工作:
  对纤维缠绕超高压前混合磨料罐进行了力学分析,通过网格理论设计方法分析磨料罐纤维铺层筒身段和封头段力学特性,推导出磨料罐筒身段及罐体段缠绕纤维厚度及缠绕角的计算方程,为纤维缠绕超高压前混合磨料罐的有限元建模提供理论基础。
  通过solidworks软件建立磨料罐三维模型,运用ANSYS软件的APDL参数化语言完成纤维缠绕超高压前混合磨料罐的有限元分析。因为磨料罐的几何结构、约束条件以及载荷参数等存在对称性,所以选择磨料罐的1/4模型进行有限元分析计算,得到纤维缠绕超高压前混合磨料罐在100MPa(工作压力)和120MPa(安全压力)两种工作环境下磨料罐以及纤维缠绕层的应力应变情况,并对结果进行分析研究。
  优化磨料罐上罐口结构,将上罐口由外螺纹连接结构改为内螺纹连接结构,通过solidworks建立结构模型,运用ANSYS软件对其进行有限元分析,分析结果,并与传统结构磨料罐的分析结果进行对比分析,发现优化上罐口结构的纤维缠绕超高压前混合磨料罐所受到的最大等效应力值、最大等效应变值、最大节点位移值整体上小于传统结构的纤维缠绕超高压前混合磨料罐,最终确定优化结构的超高压前混合磨料罐的内径300mm,内衬壁厚6mm,碳纤维铺层层数为18层,采用正反螺旋缠绕的缠绕方式。
[硕士论文] 姚畅
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文所关注的内容是以大批量散状颗粒物产品分拣设备的设计为研究目标,这种级别产品的分拣设备由于研发和生产成本问题的制约,一般不被人们所重视。市场上的产品分拣主要集中在大体积产品如物流快递等的分拣行业。其根源主要是很多生产散状颗粒物的企业无科研和经济实力开发分拣设备,依旧使用传统的人工分拣等方法,这严重影响了生产效率和分拣的准确率。本论文以纽扣分拣设备为研究对象,通过对该类产品的开发,使人们了解到散状颗粒物分拣相关技术,并可对该行业技术的提升具有一定的技术参考价值。围绕这一中心本论文所做的工作如下:
  基于运动学和力学的基本理论及原理,结合散状颗粒物的结构特点,利用图形识别技术,提出了该类产品的分拣原理及分拣设备的设计方法及原理,给出了具体的结构形式及相关关键的选型方法;针对大批量产品的生产特点,结合现代图形识别技术,提出了采用机器视觉的方法,总结出各类相关智能元器件的选型原则;基于机、电、气一体的原理,针对本研究对象,概述了其控制气动系统的设计方法。
  通过机械结构设计与电器、气动技术的结合,并采用机器视觉技术,设计了一台自动进行纽扣分拣的设备,设备分拣效率可达到24粒/s,大大提高了纽扣分拣效率,促进了散状颗粒物分拣行业自动化水平的提高。
[硕士论文] 姚武昊
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:压电微泵是微流控系统的重要组成部分,决定着微流控系统的稳定性和可靠性,它是随着各种材料、结构的不断创新发展而产生出来的性能优良的微型泵,其具有结构设计简单、体积微小、易于携带、输送性能良好、能够精确控制等诸多优势。其中压电振子、阀体、泵体的材料及结构组成会对压电微泵的输出性能起着极其重要的影响。本文针对微泵结构的最优化展开研究,主要有以下几个方面:
  1)研究推导出了压电振子在振动时的挠度方程、泵腔体积变化方程以及输送性能方程,并通过仿真验证了理论的准确性,并选择了对压电振子的基板材料、直径比、厚度进行了结构优化。
  2)设计了悬臂梁型阀体、轮式型阀体、伞形型阀体三种阀体结构,推导出了其在振动过程中的挠度方程及微泵的流量方程,并利用ANSYS仿真软件对阀体进行了结构优化。结合优化好后的压电振子及阀体设计出了单腔及双腔压电型微泵,推导出了微泵的理论输送流量方程,并通过实验优化了阀体厚度及直径、泵体的泵腔高度、进出口直径、阀孔直径、凸台高度等结构参数,研制出了结构优化好后的压电型微泵。
  3)经过对单腔及双腔压电型微泵的实验研究,在对结构已优化好后的微泵施加了50V正弦电压情况下,单腔型压电微泵输送水的最大的出口压力及输送流量分别为6.91kPa和4.27ml·min-1;双腔串联型压电微泵输送水的最大的出口压力及输送流量分别为11.87kPa和6.04ml·min-1;双腔并联型压电微泵输送水并采用异步驱动时的最大的出口压力及输送流量分别为11.8kPa和5.84ml·min-1。
  4)利用Fluent仿真软件对水、葡萄糖溶液、乙二醇溶液进行仿真后可知,三种流体介质在泵中均会有较大的流量损失,且黏度越大流量损失也会越大。对单腔及双腔压电型微泵输送不同粘度甘油同水的混合液进行实验研究,经实验后得出输送流量都会随着混合液体粘度的不断提高而不断下降,并且微泵的最大的输送流量所对应的频率同样会不断下降。当混合溶液粘度很大时,微泵的输送流量已经非常微小,并且当频率不断增大时,其输送流量几乎没有产生变动。
[硕士论文] 李斌
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着生命科学技术的不断进步和创新,传统的生物反应器系统已不能满足日益增长的各类需求,生物反应器系统正逐渐向高通量、高效率、自动化和低成本的方向发展,而高通量微小型生物反应器实验平台是当今发展的热点。
  针对小型高通量生物反应器实验平台对反应器内溶液搅拌的需求,设计研发了一个三偏心轴摇床,以无刷直流电机为摇床提供动力,STM32系列MCU作为控制核心,并基于PID控制算法对摇床转速进行了控制,控制效果基本满足控制精度需求。分析并设计了反应器温度控制结构方案及系统,以PT100作为温度传感器,结合温控模块、固态继电器和加热片对温度进行控制实验,结果表明温控效果良好,满足精度的要求。
  在溶解氧检测方面,选择了基于荧光猝灭原理的氧传感器,设计了一激发光光源,以硅雪崩光电二极管作为荧光测量传感器,设计了信号放大电路以及低纹波电源,并对放大的电信号进行滤波处理,搭建溶解氧检测系统,实验结果表明具有一定可行性。此外,提出基于光频转换的溶解氧检测方法,将荧光强度转换为具有一定频率的方波信号,推导了方波频率值与溶解氧浓度的线性关系,理论上证明了该方法的可行性。
  实验平台应具备对各种采集的数据可视化及储存的功能,基于MATLAB R2016a环境开发了上位机系统软件,分别通过RS485接口和USB串口向下位机同时通信,通信协议为标准MODBUS RTU协议。软件界面能够实时显示生物反应器实验平台各参数和动态曲线,可对摇床转速和温度等参数进行控制。以打开软件时的系统时间作为文件名创建txt文件来实时存储数据,方便后续数据分析。此外还解决了两个导致系统卡顿及内存溢出的问题。整个上位机系统为以后的研发预留了数据接口,并积累了一定的技术基础。
[硕士论文] 韩念坤
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着传统制造业的转型升级,不同领域的机械设备设计制定各自的行业标准。标准建立后产品日趋复杂,在设计过程中,复杂装配体模型的文件管理需要加强,以便后续产品的二次设计。同时,消费者对产品的个性化与多样化提出更高的要求,制造业需要提高设计效率,更快更好地实现非标设备的大规模个性化定制与系列化生产。
  针对消费者对产品的要求,本文分析比较国内外应用SolidWorks软件二次开发设计的自动装配与参数化设计的优缺点,在实现自动装配及参数化设计功能的基础上建立装配体的轻量化模型,将装配体内相关信息储存在数据库中,便于后续的查看及计算。本文以注塑机合模机构的外围钣金模型为例,利用所开发的功能对钣金进行非标设计;分析磨盘式塑化装置的特点,对磨盘微量注塑装置进行系列化设计。本文具体研究内容如下:
  (1)以Access为后台数据库表征装配体的装配过程,应用VB.NET将数据库中的装配数据传输至SolidWorks中,设计自动装配功能。根据自顶向下的设计方法,应用VB.NET对SolidWorks进行二次开发,设计非标设计功能。
  (2)结合自动装配与非标设计功能的思路,设计属于注塑机合模机构外围钣金的非标设计功能,使非标钣金能满足静态稳定性要求。
  (3)根据磨盘式塑化装置的特点,以注射容量作为系列化参数,提出磨盘微量塑化装置系列化设计的设计方案,并设计正交试验,应用POLYFLOW模拟速度场。
  (4)根据模拟结果,应用回归分析建立对应的数学模型,结合自动装配与非标设计功能对该磨盘塑化装置进行系列化设计,达到输入塑化量即可自动生成目标塑化装置的效果,完成磨盘塑化装置的系列化设计。
[硕士论文] 公业
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:全自动软饮制售机是山东科大机电科技股份有限公司根据市场需求和消费者消费习惯设计研发的一款以电子支付为手段的现制现售软饮设备。随着社会的发展和科技的进步,普通的罐装饮料自动售货机已经不能满足消费者的需求,虽然罐装饮料自动售货机几乎占据了中国大部分软饮市场,然而软饮制售机由于制作软饮品种单一以及技术限制仍然处于发展的起步阶段,所以自动软饮制售产业的发展存在着巨大的市场潜力。
  本文根据合作企业的要求、消费者的消费习惯以及自动软饮制售机的设计原则,在基于电子支付模式的基础上对全自动软饮制售机的关键结构进行了详细的设计与论述,主要包括整体结构的布局,落杯(盖)机构设计,落冰机构设计,压盖机构设计,转盘机构设计,并运用三维建模软件Solidworks建立了整个全自动软饮制售机的物理模型。
  其次,本文对全自动软饮制售机的控制系统以及控制过程进行了详细的设计分析,以ST公司的32位STM32F103单片机为核心元器件以及以ARMV7-M架构的ARM Cortex-M3处理器为基础完成了对全自动软饮制售机各个功能模块的设计,对于其硬件电路和软件控制流程进行了详细的论述,尤其对全自动软饮制售机的制作流程状态以及配方实现过程进行了详细的分析,利用Keil uVison5对单片机控制过程进行了编程,并给出了部分配方的实现程序。
  再次,本文对全自动软饮制售机的关键机构进行了仿真分析,验证了关键机构的设计是否满足设计的要求,主要包括通过Solidworks simulation对落杯、落盖齿轮、转臂、转盘支架进行了有限元仿真,确定了机构是否满足设计要求;通过Solidworks motion对压盖机构进行了仿真分析,对于压盖过程中的受力及运动情况进行了分析;通过Solidworks flow simulation对制冷系统进行了温度场的仿真分析,确定外部整体制冷方案的可行性,并对其分析结果作了理论分析。
  最后,本文通过生产样机对全自动软饮制售机进行了整体性能的测试,分别对落杯、落盖、压盖以及配方调试进行了详细的统计及分析,并对全自动软饮制售机2016.6-2017.12的销售额进行了统计和分析。
[硕士论文] 郭泗坡
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文通过分析目前国内使用的钢丝绳牵引带式输送系统的特点,结合现场设备多年使用亟需升级的实际状态,找出普遍存在的问题,如零部件的使用寿命较短,可能出现脱槽及断带事故,驱动装置复杂,运行可靠性差,维修费用高等,提出了一种对目前老式的钢丝绳牵引带式输送机进行升级改造的方案。
  根据钢丝绳牵引带式输送机的运行特性,以山东能源新汶矿业集团某矿井的钢丝绳牵引带式输送机运输系统的升级改造为例,具体做了以下工作:
  (1)研究该钢丝绳牵引带式输送系统的静力学设计和动力学特性,完成钢丝绳牵引带式输送机的系统升级方案设计计算。
  (2)运用等应力理论和有限元分析方法,对新材料驱动绳轮、高分子钢丝绳托轮等核心零部件进行研究和结构优化设计,既保证零部件工艺性,又本着合理利用工程材料的原则,尽可能的充分利用零部件的各个截面的承载能力,减轻机械设备的重量,降低成本。
  (3)对钢丝绳牵引带式输送机的驱动系统、可控制动系统以及控制系统进行升级优化设计,提高其运行的安全性和可靠性。
  (4)针对改造过程中可能出现的问题,设计出优化改造和施工方案,提高了改造效率,为矿井快速恢复生产争取了宝贵时间。
  (5)升级钢丝绳牵引带式输送机、给煤机、转载机等组成的网络控制系统,实现基本控制功能、故障诊断、监控、补偿计算、优化控制策略、支持参数修改、报警功能和显示功能等。
  经过对钢丝绳牵引带式输送机系统的升级改造,形成了目前较为先进的钢丝绳牵引带式输送系统,为用户单位节省了投资,缩短了改造时间,提高了系统安全性和可靠性。
[硕士论文] 孙浩
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国很多施工地方,车辆尤其工程车辆不方便移动,而且很多工地位于山区,道路不通无法到加油站正常加油,需用油罐车或者单位自备车辆来供油,为了方便计量,就必须在加油车上安装车载加油机。但是,目前车载加油机功能单一,自动化不够。因此,设计一种成本低廉,安全智能,交易方便的自动车载加油机显得尤为重要。
  本次设计的是一种基于单片机STM32的车载加油机自动控制系统,它是由IC卡、计算机、单片机、通信、电子信息等技术以及实现多种功能的接口电路组成的并具有计量、收费和统计功能的机械电子网络加油系统,通过LabVIEW编程进行加油机信息管理系统的开发(包括用户名、IC密码、单价、油量、消费金额和消费日期等信息)以及对用户数据库的操作处理,有效实现上下位机的通信、用户信息的管理和加油机日常工作的监控。与此同时,考虑到加油机的工艺要求,避免加油过程中燃油的“过冲量”过大而影响加油的准确度,需对油路通道中的比例阀进行稳定有效的流量自动控制。因此,本设计还通过MATLAB进行PID自动控制比例阀流量的仿真设计。
  本次设计是以STM32芯片作为控制主板的核心而设计的加油机控制系统,通过对涡街流量传感器输出脉冲的捕获,来实现对加油机的油量的计量。从下位机硬件电路的设计分析到软件程序的设计,从上位机信息管理系统的开发到加油机流量控制算法的仿真,详细介绍了各个电子元件和芯片的功能,软件程序控制流程,用户信息的监控与管理,自平衡流量控制算法的模拟与仿真,真正实现软硬件的结合。具有操作方便,精确度高,功能齐全等特点,具有很强的实用价值。
[硕士论文] 张建峰
机械工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:传统刚性并联机构中由于运动副间隙的存在,在运动中不可避免的会产生振动冲击,并且由于其自身结构的限制,在运动过程中会存在多种奇异位置。相比于传统刚性机构,柔性机构中具有消除运动副间隙、无摩擦、无需润滑等优势。因此,本文针对传统刚性机构中存在振动冲击,规避奇异困难等问题,将柔性机构作为运动副加入到传统刚性并联机构中,形成具有规避奇异特性的刚柔耦合并联机构。在刚柔耦合机构中由于柔性关节的存在,减少了运动副间隙和冲击振动,同时可利用柔性机构储能释放能量的优势规避机构中的奇异位形,从而提高了机构的整体性能。
  本文以抓取对振动和冲击有严格要求的精密电子元器件为研究背景,确定了机构的设计准则,根据机构任务要求对作为本体的传统刚性并联机构进行设计,利用支链构造法,综合出了19种机构构型。确定了以分布式柔性转动副加入到刚性并联机构中的设计方案,设计出了一类刚柔耦合并联机构并绘制出了相应的三维简图。
  其次,利用伪刚体模型法对柔性关节进行了分析修正,利用闭环矢量方程法对机构求解了运动学正逆解。完成了包括机构的工作空间、奇异性及动力学性能的分析。同时,对反映机构精度特性的静刚度及机构误差性能进行了分析,并提出了机构规避奇异的方法。
  最后,建立机构的虚拟样机并进行了仿真验证,利用3D打印技术制作了满足任务要求的柔性关节,制作的含有柔性关节的刚柔耦合并联机构实体样机,并搭建了相应的控制系统。针对机构规避奇异特性进行了实验研究,结果证明了所提设计方法的可行性和理论计算的正确性。
[硕士论文] 节凤丽
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:离心压缩机作为现代工业机械中必不可少的旋转设备,如因频繁出现不可预测故障而导致生产停车,这势必会对工业生产造成极大的经济损失。研究发现绝大多数故障是由于转子失稳导致的,为了降低该原因导致的故障率,可对转子进行实时监控,对失稳情况及时发现并进行有效调节。电磁控制器可以通过对通电电流进行控制,实现承载力大小和方向的可控性。利用电磁控制器可以有效降低因故障而被迫停车的发生率。
  本文对电磁控制器进行设计并将其应用于监测控制过程中,主要研究了以下内容:
  (1)为满足试验测试过程中对轴承加载的要求,在实验台结构设计中,采用电磁控制器对转子进行加载。设计了大体积径向电磁控制器,以提供超10000N的承载力。对该结构的定子磁轭厚度及副磁极宽度进行了优化,并且保证较小的结构体积。同时也对优化后的结构进行了磁场-温度场耦合分析,得出各部件温度场分布情况。搭建试验台,将仿真结果与实验测定数据进行了对比分析,结果基本一致。
  (2)为了对离心压缩机轴向位移进行故障自愈分析,设计了可应用于轴向调控的轴向电磁控制器,对该结构的定子磁极宽度、不同间隙和电流的工况进行优化分析,设计出可以承担原先副推力滑动轴承的作用的轴向电磁控制器。该装置可通过温度传感器将滑动轴承轴瓦温度监控情况反馈给轴向控制器,使其对线圈电流进行调节,以改变电磁力大小,从而达到调节轴瓦温度以及轴向位移的目的。
  (3)对永磁偏置控制器进行了设计仿真分析,通过加入永磁体结构可以为其提供偏置磁场,而电磁结构可以通过调整电流,进而改变转子和定子间隙中的磁通密度大小,最终达到保证转子平衡的效果。该结构相对于电磁结构的优势在于可以在一定程度上减小结构体积,并且可以减小对功率放大器的使用数量,进而可以降低加工和使用成本。
  (4)在发动机或风机等转子叶片中对叶片失稳颤振进行监测预警是防止颤振导致事故的主要手段,开发了基于电磁力的叶片失稳颤振现象模拟实验装置。运用ANSYS以最大电磁力目标对结构进行优化,并利用Maxwell分析在单组磁极的磁场作用下,研究叶片经过该组磁极的激振力变化过程,在此基础上,分别对叶片进行模态分析和谐响应分析。最后对搭建的试验台进行初步实验,证明该试验台足以进行振动测试分析。
[硕士论文] 李荣
机械设计及理论 广西大学 2018(学位年度)
摘要:执行机构是FDM型3D打印机的核心运动部件,是影响打印质量的关键因素之一。但是,目前FDM型3D打印机普遍采用具有3个移动自由度的解耦机构或基于Delta构型的并联机构作为执行机构,存在打印姿态单一,影响打印产品的表面精度与力学性能等问题。由此,有必要设计新型的FDM型3D打印机执行机构来改善上述问题。
  以实现打印姿态多样化,可沿不同方向进行分层打印。本文设计了一种具有5自由度的FDM型3D打印机混联式执行机构,对其运动学、运动性能、尺度综合及虚拟样机仿真等进行研究。具体工作内容如下:
  首先,对FDM型3D打印机混联式执行机构进行构型设计。根据并联机构的期望自由度,采用基于螺旋理论的约束综合法综合运动支链类型,再经过支链筛选与组装得到2UPU-SPR并联机构。并在2UPU-SPR并联机构动平台上串接2-DOF串联打印喷头,构成5自由度FDM型3D打印机混联式执行机构。
  其次,对FDM型3D打印机混联式执行机构进行运动学分析。包括对2UPU-SPR并联机构、2-DOF串联打印喷头和混联式执行机构整体进行位置正逆解分析;采用螺旋理论建立2UPU-SPR并联机构的完整雅可比矩阵,并进行速度分析。
  然后,对2UPU-SPR并联机构进行运动性能分析与尺度综合。根据位置逆解数学模型,利用极坐标搜索法得到2UPU-SPR并联机构工作空间边界范围;并分析结构尺寸参数对工作空间和全域条件数的影响关系。以工作空间与全域条件数为目标进行尺度综合,得到最优结构尺寸参数。结果表明,工作空间体积增加10.1%,全域条件数提高13.3%。
  最后,建立FDM型3D打印机混联式执行机构的虚拟样机模型,进行2UPU-SPR并联机构运动仿真分析,验证了速度理论分析的正确性;进行在倾斜平面上3D打印轨迹仿真分析,验证了该执行机构的可行性,为后续控制系统设计提供依据。
  本文设计的FDM型3D打印机混联式执行机构既可实现以不同的打印姿态,沿不同方向进行分层打印,又具有良好的运动性能。为该类3D打印机执行机构设计与工程应用提供理论参考。
[硕士论文] 王泽明
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:油液在长时间使用后,会受到来自各方面的污染,其中,水的污染最为而且危害严重,轻则使得油液变质无法再使用,重则会损坏设备。水在油液中的存在形式可以分为三类,即游离水、乳化水、溶解水。国内外的诸多研究人员在几十年来一直致力于油液脱水方法的研究,研究成果包括沉降、离心以及真空脱水。而真空脱水是唯一一种能同时消除游离水和溶解水的方法。
  本文首先以真空滤油机中的关键问题为切入点进行研究。第一是真空脱水的汽化速率问题。研究此问题时,主要内容为水汽化的影响因素,以及真空环境下油液中水的汽化量。第二个问题是除沫问题。真空脱水时,由于压力降低,溶解在油液中的气体大量析出,最终在真空罐内形成大量气泡,消除这些气泡的方法是安装丝网除沫器。在这一问题的研究中,首先从单气泡入手,通过计算其临界半径以及变形情况,确定丝网的孔径。最后一个问题是真空罐的排油困难问题。由于出油泵的自吸真空度低于真空罐中的真空度,造成排油困难,因此,必须要采取措施,给予油液一定的能量,使其能够顺利排出真空罐。最终确定的方案是在真空罐中加装潜油泵。
  真空滤油机的设计内容包括了真空罐设计、除沫器设计、泵的选型、过滤器的选型、喷头的选型等。此外,为了能够自动控制其泵以及阀体的开启与关闭,以及对真空滤油机发生的故障发出警报以提醒用户并且迅速找到发生故障的位置,设计了一套电控系统。
  为探究真空脱水效率有何种影响因素,以及随着影响因素的变化规律,以制造出的真空滤油机为试验平台,进行了相关的试验,并最终得到了真空脱水效率与时间以及初始含水率的关系。
  本文以理论分析以及计算,设计并制造出了一款真空滤油机,凭借其较高的脱水效率,可以给高含水率的油液进行较为彻底的脱水,使其满足工业应用要求。
[硕士论文] 王凯强
车辆工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:飞机发动机是飞机的核心部件,是飞机的主要动力装置,需要经常对飞机发动机进行检查和维护。飞机发动机自身体积较大、重量较大、安装困难等问题比较突出,让飞机发动机拆装车很难实现方便快捷的安装和拆卸,并且安装质量对飞机发动机也有较大的影响。针对飞机发动机拆装车在安装和拆卸飞机发动机过程中效率较低的问题,在全向移动技术和多自由度调姿设计的基础上开展对飞机发动机拆装车的研究工作。主要研究内容如下:
  根据主要技术参数对飞机发动机拆装车的方案进行设计,提出基于麦克纳姆轮的底盘作为飞机发动机拆装车的行进机构,并对基于麦克纳姆轮的底盘进行具体布置与设计,对相关的零部件进行了计算与选型。针对基于麦克纳姆轮的全向移动理论进行分析,采用ADAMS软件对移动机构在正常状态工况、重心向前偏移工况、重心向右偏移工况、车轮不同轴工况、车轮打滑工况下进行运动仿真分析,分析其对移动机构在前后运动、左右运动和原地旋转运动的影响。
  串联调姿机构是叠层式驱动机构,飞机发动机拆装车在串联调姿机构设计的基础上开展多自由度设计,根据具体的设计指标对飞机发动机拆装车各功能结构部件进行设计,依据具体的使用要求,从不同类型零部件设计中选择最适合飞机发动机拆装车的结构设计,并完成了相关的计算与选型,最终完成飞机发动机拆装车整体装配设计。
  对设计的飞机发动机拆装车通过有限元软件进行强度、刚度和模态分析。使用HyperWorks软件中的HyperMesh模块进行前处理,根据不同飞机发动机拆装车的工况施加载荷和约束,使用RADIOSS求解器求出飞机发动机拆装车不同工况下的应力和位移,得到相关的应力分布云图和位移分布云图。并且进行模态分析,得到飞机发动机拆装车自由模态的各阶振型和固有频率,并针对取得的结果,得到飞机发动机拆装车满足设计要求。
  对飞机发动机拆装车进行灵敏度分析和尺寸优化设计。通过轻量化研究,实现飞机发动机拆装车整体减重189Kg,并且对优化后的各个工况进行验证,各工况的最大应力有轻微增加,并依然满足设计要求。对飞机发动机拆装车的自由模态也进行验证,优化后的自由模态振型和频率也变化不大,飞机发动机拆装车的结构设计完成了轻量化的要求。
  论文的研究成果满足了飞机发动机拆装车全向移动的特性,并满足多自由度调姿的需求,完成了飞机发动机高效、快捷的安装,也完成了轻量化设计的要求,为其他类型飞机发动机拆装车的研究打下了良好的基础,并有一定的指导意义。
[硕士论文] 古康
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:产品质量和成本是决胜市场的核心因素。在实现产品质量性能的前提下,优化其成本,才能实现产品技术经济效益最大化。因此,本论文基于提升产品质量和成本优化思想,以机械产品设计中公差设计为主线,对并行公差优化和工艺路线决策展开了研究。
  论文首先分析了零件公差精度对产品性能的影响,从技术上阐述了公差与成本之间的关系,突出了公差设计的重要性。从并行公差设计的技术理论入手,对尺寸链、成本—公差函数以及质量损失做了研究和推导;讨论了将基于可变制造环境的成本—公差模型作为加工成本函数并与质量损失相结合的可行性,并引入了公差优化因子这一非常规约束,确定以总加工成本和总质量损失为目标,以装配功能要求、经济加工精度、公差优化因子为约束的并行公差数学模型,选择粒子群算法求解该模型,对比分析了PSO算法进行公差优化的良好性能。分析了现有CAPP软件所制订的工艺路线与制造单位的条件匹配度不高的问题,为了进一步提高并行设计效率,本文提出在宏观层面应用模糊综合评判优选工艺路线的观点,直接选出较好的工艺方案进行公差设计,进而在源头上提高并行公差设计效率。因此,公差设计从设计上保证产品精度和质量,工艺路线决策在制造上优化成本,二者并行兼施,从而改善产品性价比,实现技术经济效益最大化。
[硕士论文] 曹雷
机械制造及其自动化 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:羽毛球训练机是很多球馆训练的必备工具,它主要应用于专业训练馆中,为专业运动员或者高水平的羽毛球爱好者提供训练需求。同时,它也可以应用于公园、学校操场、小区休息区等地方,供球友进行家庭娱乐或健身。在球馆中,对于专业的运动员来说,羽毛球训练机的作用,相当于一个陪练;而对于初学者来说,也可以适量的接受羽毛球训练机的练习,通过反复的接球练习,可以固定接球动作,节省了雇佣陪练员所花费的高额费用。羽毛球训练机可发出各种方向的羽毛球,且发球速度与发球力量都可以调节,对于训练者来说,可以根据自身的训练内容,调节发球的节奏,从而提高训练效率,所以对于专业训练者来说,羽毛球训练机是一个很好的选择。
  本文选取锤击式的发球方式进行发球,研究羽毛球的发球方式和羽毛球的运动方式,并分析羽毛球吊球与杀球两种球路分别在有无风速影响下的运动轨迹方程,为羽毛球在空中运动轨迹的仿真做好了铺垫。同时,对羽毛球的发球瞬间进行力学分析,分析吊球与杀球两种发球方式,分别在顺风、逆风、左横风和右横风的影响下,运动轨迹的偏移量,提出一种抵消风速影响的措施,通过调节发球高度、发球角度与发球力度,使羽毛球在风力的影响下,依然能够达到训练员预定的接球位置,提高发球的精准度,使羽毛球训练机不仅适用于室内场馆训练,同时也适用于户外场地使用。
  对飞行过程中的羽毛球进行力学分析,并建立羽毛球飞行过程的数学模型,利用MATLAB软件,对羽毛球的运动轨迹进行仿真研究,分析发球高度、发球角度和发球速度对羽毛球训练机射程的影响,确定羽毛球训练机的主要技术参数,根据羽毛球训练机的总体布局方案,进行结构设计,利用SolidWorks2010软件对羽毛球训练机各零部件三维建模并进行装配。
  利用ANSYS软件,对羽毛球训练机升降支架机构和发球机构进行有限元分析。通过静力学分析,得出升降支架机构的应力云图、应变云图及总变形云图,对羽毛球训练机的强度和刚度进行验证;通过模态分析,得出升降支架机构的固有频率及振型,检测是否与电机发生共振;通过疲劳寿命分析,得出发球机构的寿命周期,检查羽毛球训练机的使用寿命。综上所述,对羽毛球训练机的稳定性进行了考察。
  利用多体动力学仿真软件ADAMS,对羽毛球训练机的发球机构中滑块进行运动学仿真,并建立羽毛球训练机发球机构的参数化模型,分析发球机构中滑块的中心点(即特征点),在发球过程中行程的变化,并以特征点行程最大为优化目标,对影响羽毛球发球机发球性能的关键参数进行了优化设计。优化结果表明,发球机构中滑块的行程得到了大幅的提升,同时也表明,以锤击式发球的羽毛球训练机的发球力度得到大幅度的提升,发球性能提高。
[硕士论文] 高新
机械工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:大型拖缆机是海洋能源开发的重要辅助工具。拖缆机一般是为了海洋平台搭建、收放缆等工作而设计的。由于现阶段大型拖缆机的结构设计仍然相对保守,在同类型拖缆机产品中,国外的同型拖缆机普遍比国内拖缆机在质量上轻10%左右。针对零部件对不同性能的要求,本文对拖缆机的零部件进行结构优化设计并且进行仿真和实验验证。为开展甲板机械新的结构优化设计方法提供理论和技术支持。
  (1)研究了几种在机械结构优化设计中常用的多目标优化方法,分析各种多目标优化方法的优势和特点。选取基于折衷规划法的多目标优化方法对拖缆机电机支架进行多目标拓扑优化设计。利用有限元技术对要进行优化设计的拖缆机零部件进行仿真分析。本文选择了拖缆机电机支架和拖缆机卷筒作为优化设计的零部件,分别对拖缆机电机支架和拖缆机卷筒进行静力学仿真分析和模态分析。对两个零件的各项性能做出评价,为后续的结构优化设计提供参考值。
  (2)使用基于折衷规划法的多目标优化方法对电机支架进行多目标优化设计。其中将质量、固有频率和刚度作为目标函数。电机支架质量是主要优化目标,将固有频率作为优化目标是因为拖缆机电机或者马达的安装位置要考虑其动态特性。在优化过程中刚度目标函数和固有频率目标函数之间的相互关系和影响是不可测和无法确定的,针对这个问题,本文使用基于协调满意法的多目标优化方法对电机支架进行优化设计。针对拖缆机卷筒设计方法保守导致质量过大的问题,利用有限元技术和优化方法对卷筒壁厚进行优化设计。
  (3)对优化后的拖缆机电机支架的刚度进行实验验证。分别采用仿真方法和实验方法对优化结果进行验证。利用相似理论设计缩小比例的电机支架优化前和优化后的模型。分别采用直接测量方法和应变片测量应变间接测量方法对优化后的电机支架进行优化结果的验证。
[硕士论文] 高昭
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着城市基础设施建设、国防工业及现代物流仓储等行业的快速发展,高空作业平台的市场需求逐年增加,其服务领域也在不断扩大。剪叉式高空作业平台作为一种用途广泛的机电液一体化特种作业设备,采用剪叉式机械伸展机构,使得工作平台具有较大的承载能力和较高的作业效率,该机构具有结构简单、伸缩性好、稳定性强等特点,它融合了机械、液压传动及电气控制等多学科技术,更好的迎合了流动性大、区域范围广的高空作业要求。
  首先,根据本课题研究的高空作业平台剪叉式举升系统工作原理,分别采用虚位移原理和静力平衡建立液压缸驱动力及剪叉臂铰接点受力的数学模型,采用速度瞬心法建立工作平台速度及加速度数学模型;根据模型求解结果,对剪叉举升机构受力和运动特性进行分析;针对举升过程中存在的液压缸驱动力偏大及工作平台起升不稳定问题,采用多目标优化函数fminimax对其影响的关键结构参数进行优化,优化结果表明:液压缸最大驱动力减小13.2%,工作平台起升加速度减小42.6%。
  其次,采用ADAMS和ANSYS仿真软件建立剪叉举升机构刚体模型以及刚柔耦合模型,分别对不同的液压缸驱动工况进行动力学仿真分析,仿真结果表明:不同的液压缸驱动工况对机构的受力影响较大,剪叉臂在整个运动过程中最大应力为318.24N/mm2,满足结构强度要求。
  最后,在液压缸负载工况分析的基础上,对液压系统进行改进设计,通过液压子系统位置控制传递函数分析系统稳定性和动态特性。根据双液压缸同步控制策略,采用AMESim/Simulink搭建液压同步控制模型,对双液压缸同步控制系统进行仿真,结果表明:主从控制策略两液压缸位移误差最大范围保持在0~0.97mm之间,同等控制策略两液压缸位移误差最大范围保持在0~0.66mm之间,提高工作平台运行稳定性及液压系统的同步精度。
[硕士论文] 鲁其兴
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着PVC型材及其切割设备在建筑业和制造业中的广泛应用,传统的人工、半自动锯片切割已很难满足市场所需的产品质量和智能环保的要求,建材行业急需一种新型、智能和环保的切割设备,能够代替传统的人工操作。因此,本文设计了一种PVC型材无屑切割机设备,提高了切割的质量和效率,满足了市场上的需求。
  论文首先研究了切割机工作时所出现的问题,提出了相应的改进方案;通过无屑切割机机械结构和控制系统的分析,确定了课题研究的技术路线。其次,根据无屑切割机整体机械结构、进料机构、行走机构及切割机构工作原理的分析,确定了主要部件的规格并建立了各机构的三维模型。然后,对切割刀具受力过程进行分析,确定了刀具在切割时的受力情况;采用有限元法理论对切割刀具进行研究,得到了切割刀具刚度矩阵方程;利用ANSYS Workbench软件对两种不同材料的刀具进行热-固耦合分析,得出高速钢刀具优于不锈钢刀具的结论;对齿轮轴组件及电机支架进行预应力下的模态分析,得到前6阶模态振型云图,与电机激振频率相对比,避免了共振现象;对齿轮齿条进行疲劳分析,确定了S-N曲线,得出了齿轮齿条上施加的扭矩大小符合设计要求,避免了结构的疲劳失效。最后,通过对无屑切割机控制系统的工况分析,设计了气动系统原理图,并完成了PLC系统流程图、硬件接线图、顺序功能图及梯形图的设计;利用MATLAB/Simulink软件对电加热板温度控制系统进行分析,建立了传递函数模型,验证了Smith补偿PID控制优于常规PID控制,满足设计要求。
  论文通过机械结构设计、关键结构有限元分析与控制系统设计研发了一种应用于建材领域和机械加工行业的PVC型材无屑切割机,实现了PVC型材切割智能化、一体化和自动化功能,提高了型材的切割质量,节约了人工劳动成本。课题研究为塑料切割制造业现代化建设提供了一定的理论基础,对实现PVC型材制造生产线自动化切割具有重要意义。
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