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关键词： 消防牵引机械手   高压消防水带   消防作业   机械自锁  

摘要： 根据实际消防作业需求,运用有限元法的结构优化设计,研发了一种新颖、实用、轻巧、可靠的消防牵引机械手,可以实现高压消防水带的快速搬运,夹紧可靠,结构刚性良好,能够实现机械自锁。该牵引机械手可以广泛应用于消防演习和火灾现场,有效降低消防员的工作强度,提高消防作业效率。

关键词： 模糊综合评判   相对隶属度   从动件运动规律   权重分配   层次分析法  

摘要： 目前凸轮从动件运动规律的选择大多依靠专家推荐,根据使用要求确定。这种选取方法所选曲线并不一定是最优的,往往会造成机械产品运行不稳定、振动、生产效率低等问题。针对这个问题,拟采用模糊综合评判原理对凸轮从动件运动规律进行评判,根据凸轮从动件的使用场合及要求科学合理的选取最优的凸轮从动件运动规律。为了降低专家定权法在权重分配时的主观性,引入层次分析法得出各影响因素在评判中的权重系数。根据越小越优相对隶属度公式构造出隶属度矩阵,以期尽可能多的反映特征值所包含的信息。实例表明,与传统的依靠设计经验选取从动件运动规律相比,运用模糊综合评判方法更加准确科学。

关键词： 盘形凸轮   偏心误差   从动件运动规律   转角误差   最大误差   转角位置   正弦  

摘要： (上接2019年第7期)但当θ≠0时,曲线就变成图5所示,不容易判断出它的正弦形状。特别是当θ=90°时,曲线呈图6所示的钟形,更难判断。但笔者用适当增补曲线的方法,使图形呈现明显的正弦形。例如,在图5中把0°到θ之间的一段、在图6中把0°到90°之间的一段接到360°之后。我们知道,θ是任意出现的。但对于具体的某一个被测凸轮来说θ是一个固定的值。在分析偏心误差引起的转角误差时,总是指可能出现的最大误差,所以应确定最大转角误差的数值及其所处的转角位置。

关键词： 盘形凸轮   升程测量   偏心影响   校正方法  

摘要： 由于凸轮测量基准和凸轮的工作基准不重合,凸轮升程测量数据并不能完全反映凸轮工作时从动件(挺柱)的运动规律。本文采取测量数据向工作基准校正的方法来排除偏心的影响,从而使测量数据真实反映凸轮工作时从动件的运动规律。

关键词： 启发式教学   凸轮机构   应用  

摘要： 根据凸轮机构的教学目标和学生的学习规律,以生为本,采用多种方式,以启发学生的思维为核心,引导学生主动、积极、自觉地掌握知识,调动学习积极性,达到学以致用的目的。

关键词： 计算机辅助设计   自锁缓降器   动力学仿真   强度校核  

摘要： 为了提高矿用重型机械的安全性,设计了提升擒纵式自锁缓降器,对缓降器的可靠性和动力学性能进行了理论分析。利用CAD和UG软件设计了缓降器的三维结构,并用Adams软件进行了动力学性能仿真,分别获得了主传动轴的角速度及碰撞接触力,并对擒纵轮进行了应力分析。最后,对试验样机的工作性能进行了测试。研究结果表明,擒纵式缓降器机械结构在下落过程中不会出现打滑现象,强度和动力特性满足使用要求;通过试验,验证了仿真结果的正确性。研究结果对于缓降器的优化设计具有较好的指导作用。

关键词： 振动采收   旋轮线轨迹优化   加速度响应   动力学仿真   控制系统设计  

摘要： 我国目前水果产量和水果消耗量均排名世界第一。随着水果种植面积的扩大,果园机械化的市场需求也在持续增大。而整个果品收获需要的劳动力占据了果园整个生产过程需要劳动时间至少为15%,采用果品机械化收获不仅能够提高采摘效率,节省了人力成本,还能够降低果品损伤率。因此提高果品机械化采收具有重要意义。本课题为进一步提高振动式果品采收机采收的效率,降低振动时对果树产生的损伤影响为目标。因此,本文首先建立果树模型,通过比较不同类型旋轮线激励载荷,根据仿真的结果设计基于旋轮线轨迹的果品振动采收机构,最终进行野外果树振动加速度响应试验,验证基于旋轮线轨迹的果品振动采收机构的实际采收效果。根据以上思路,论文的主要研究内容如下:（1）本文为了方便研究果树振动特性,将其简化为质量—弹性元件系统,建立为四自由度的果树动力学模型,该模型可以较好地反应果树振动情况。利用有限元软件ANSYS对果树模型进行模态分析及谐响应分析,结果表明:（1）果树在不同激振频率下其响应变形不尽相同,一般为树枝扭转和弯曲变形。（2）通过统计谐响应结果发现,在激振振的频率为4Hz、14Hz能达到较好的振摇效果。通过建立果树动力学模型和仿真分析为设计采收装置提供理论依据。（2）首先分析现有的果树激振形式,统计发现非圆周激励能够更有效的激振果树并使果树产生整体响应。通过将ANSYS果树模型导入ADAMS中仿真不同类型旋轮线轨迹激振果树模型,再比较不同类型旋轮线激励载荷对果树的激励响应情况,分析和对比振摇果树时产生加速度大小以及统计测试点处加速度变异系数,最终选择轨迹内凹程度较大旋轮线轨迹作为本文要设计的果品振动采收机构的激励方式。（3）根据果树动力学仿真结果,以及机构运动的可实现性,设计基于旋轮线轨迹的果品振动采收机构,该机构主要由5R机构、夹持机构、动力传动部分、箱体组成。然后对该机构进行运动学分析,以及机构的轨迹规划,规划出伺服电机的输入角度随着时间的变化规律。最后对该机构进行运动学仿真和动力学仿真,求解出该机构输出末端的位移、速度和加速度以及输入驱动杆的力矩大小,进行轨迹的验证和电机的选择。（4）根据确定的最优轨迹和果品振动采收机构的设计,完成了样机的加工和装配。对样机进行调试试验,通过对控制系统的软件和硬件进行设置,实现单片机对伺服电机的运动控制。最后开展户外果树振动响应试验,分别进行三组室外试验,测量和统计不同轨迹下振动果树时20个测试点的平均加速度大小,结果显示3/1支线外旋轮线轨迹5、3/1支线内旋轮线轨迹5、5/1支线内旋轮线轨迹5激振时,树体平均振动加速度和变异系数分别为10.15 m/s2和0.48、13.31 m/s2和0.57、15 m/s2和0.78,验证了3/1支线外旋轮线轨迹5激振果树时能够实现对果树产生整体激振效果和满足输出较大振摇激励。证明了不同旋轮线激振果树时,轨迹线内凹越多,其激振果树时产生的平均加速度越大,但其整体激振效果会越来越差。

关键词： 摩擦接触   Painlevé悖论   双连杆机械臂   动态自锁   实验   LS-DYNA  

摘要： 某些刚体或多刚体系统以特定构型在粗糙表面运动时,结合库伦摩擦定律理论求解单边约束的机械系统动力学方程时会出现无解或者多解的情况,该现象被称作为Painlevé悖论（Painlevéparadox）。悖论现象在许多涉及接触问题的机械系统中广泛存在。在对各类经典刚体动力学问题的研究中,Painlevé悖论问题的发生机理仍未被彻底解释清楚,且对该问题的研究多关注于从理论层面避免悖论现象的发生,而较少探究实际应用中相关机械系统如机械臂与Painlevé悖论相关的现象,详细和深入的实验研究更是鲜见。本文针对双连杆机械臂系统模型,利用刚体摩擦动力学理论推导了其动力学方程,获得了刚体模型的悖论区。搭建了可实现初始构型(构型角度在初始时刻的值θ1（0）与θ2（0）)自动化控制的动态自锁实验平台,首次完成了对几乎所有构型空间内的与悖论相关现象的实验研究。最后,利用LS-DYNA有限元计算验证了实验结果,并且进行了参数讨论。具体研究内容和结论如下:（1）建立了双连杆机械臂的完全刚体模型,获得了刚体模型的悖论区。结合库伦摩擦定律与单边约束运动假设,利用第二类拉格朗日方程,推导出了双连杆机械臂与粗糙表面接触时的系统动力学方程。根据接触力与接触点加速度间的线性互补关系,获得了出现Painlevé悖论时的构型区域,得出了悖论区与摩擦系数μ、初始构型相关的结论,并且给出了不同μ值的悖论区。（2）搭建了可实现初始构型自动化精确控制的动态自锁实验平台,明确了数学上的Painlevé悖论与真实世界中动态自锁现象之间的关系。开展了μ=0.8时所有构型空间内点（即不同的θ1和θ2）的摩擦接触实验,获得了出现动态自锁时的构型区域。实验利用弹性模量较低和摩擦系数较大的纯铝作为机械臂和滑动平台的材料。为固定实验的初始构型,利用Arduino开发板以及传感器、动作器等设计制造了实验辅助装置初始构型控制器,并记录了运动和应力数据。实验观察发现,全构型区内出现的摩擦现象可以划分持续粘滞、粘滞弹跳和持续滑动三种情况,其中粘滞弹跳是动态自锁现象的具体特征。进一步的研究发现出现粘滞弹跳的初始构型点基本位于理论Painlevé悖论区域,这表明动态自锁现象是Painlevé悖论在真实世界中的表现。（3）开展了实验动态自锁现象的有限元动力学数值模拟,验证了实验结果。基于实验中出现动态自锁现象的系统参数,建立了相应的三维柔性有限元模型,利用LS-DYNA计算获得了系统瞬态响应的数值解。结果显示在H=0.36m和θ1=28°的初始构型下,实验与仿真的结果吻合较好,接触点位移结果相差11.3%。法向接触力最大达到了2.05k N,运动过程中存在能量由动能到内能再到动能的转换。接触点应力远超材料屈服应力,最大达到529MPa,因而导致杆端接触点处出现0.0188的塑性应变,滑动平台接触点处出现深度为4.93μm的压痕。（4）讨论了不同系统参数对动态自锁现象的影响,得到了结构柔度对动态自锁区的影响规律。对同一个初始构型,改变摩擦系数μ、材料弹性模量E以及滑动平台速度Vp,分别计算不同参数下的系统摩擦接触瞬态响应,并讨论了这三个参数对悖论现象的影响。

关键词： 新型交流接触器   节能   机械自锁   单片机控制   智能控制  

摘要： 由于交流接触器工作时存在长时间耗电、线圈发热、故障率高的等主要问题,在一定程度上影响着该装置的安全性及可靠性。据初步统计,目前仅在中国交流接触器使用量就达到7～8亿支,全世界的使用量超过40亿支,综合起来,交流接触器的耗电需由多座大型电站供电。基于节能的需要,本课题以新型交流接触器节能装置为主要研究任务,借助三维寻迹轨道的机械自锁原理,实现交流接触器在工作的同时进行自锁定,使其工作线圈几乎做到无耗能。它与传统交流接触器相比,可节能95%以上。查阅国内外相关文献和专利,针对于类似新型节能交流接触器的相关研究还比较少。本人认为新型节能交流接触器的研发可大大降低行业的运作成本,对未来交流接触器的应用具有革命性意义。主要工作内容如下:(1)第一代研发,是在交流接触器的结构上,采用改进内置式结构方法。在传统交流接触器内部,通过增加三维寻迹轨道机构,实现与交流接触器的联动,伴随新型节能交流接触器在通电状态下完成机械自锁,即使交流接触器线圈解除供电,还能保持其触点的锁定状态,并通过试验方法,验证其触点状态具有可靠的自锁定功能。(2)第二代研发,为了不改变交流接触器的结构,在机械自锁式交流接触器的基础上,本课题设计了一种外挂式自锁挂件,同样达到交流接触器断电能够自锁节能的目的。外挂式节能装置适合对传统交流接触器的场合进行直接插接来节能,成本低,效果好。(3)在第一和第二代研发过程中,虽然较好解决了交流接触器的节能问题,但这两种节能装置都存在交流接触器断电后,其触点不能跟随复原的缺陷,为此,本课题继续进行研究,在外挂式节能装置的基础上,增设负载电流释放电路,实现了交流接触器自锁之后,如果是由于电源缺失断电,通过该机构能够将其触点也跟随断电而复原,确保改进的节能装置既节能又与传统交流接触器具有完全相同的功能。(4)第三代研发,考虑未来交流接触器的群控和故障诊断等需要,设计了电子控制的智能交流接触器。在外挂节能装置的基础上,添加了“互联网+”模块,内部设计有自动检测及诊断电路,将厂区内所有接触器连入无线局域网中,可检测其工作状态(闭合或断开)的信号,并上传至服务器端,再传输到PC或手机APP中,通过将权限开放给用户(检修人员)即可实现全厂区的远程监控、断路自检、异常报警等功能。(5)本课题还分别对新型交流接触器进行了节电率测试、噪音测试、寿命测试以及远程监控试验,完成了对其整机测试。试验结果表明,在节能效率方面,与传统交流接触器相比,新型交流接触器以及外挂节能装置的能耗减少了 95%以上,工作噪音大幅度降低,使用寿命也得到了延长,且对新型节能装置具有远程监控与自动记忆检测功能,提高了人机交互能力。

关键词： 有用功   滑动摩擦力   动滑轮   起重机   额外功   滑轮组   机械效率   解题指导   效率计算  

摘要： 涉及机械效率计算类的考题在中考试题中一直频频出现,下面结合中考题分类解析如下。一、杠杆类解题指导:利用杠杆提升重物G时,若所用动力为F,动力移动距离为s,物体上升高度为h,则杠杆机械效率为η=W_有/W_总=W_有/(W_有+W_额)=G_物h/Fs。