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[硕士论文] 张洋凯
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代工业的快速发展,高强度和耐热材料逐步应用于航空航天以及高精尖端领域,这些材料往往是具有高强度和低热导率而难以被机械加工的,需要非常高的切割能量,且切割时产生大量热导致刀具的损坏。磨料射流技术在近二十年正在被市场逐步推广,因其切割成本低和断面质量好而著称,但切割时所需能量也较高,断面易形成拖尾,影响产品的质量。
  针对上述问题,本文提出了热力辅助射流切割靶物金属的方法,以45号钢作为研究对象,通过外接热源局部或整体的对靶物金属进行加热处理,后利用前混合磨料水射流切割机进行切割,并对切割后的靶物金属进行分析研究,通过试验研究外部热源与磨料射流切割靶物金属的耦合影响,并与单一磨料射流切割金属靶物进行比较分析,研究热力辅助射流切割金属靶物的可行性。
  首先,基于正交试验方法,设计了局部加热辅助射流切割混合水平正交试验,并利用拟水平法对试验进行处理,利用光切法高倍显微镜对断面的不平度平均高度进行观测,得出局部加热金属断面的质量随着靶物加热温度的增加而降低。针对局部加热试验,设计了整体加热金属靶物辅助射流切割加工的混合水平正交试验,着重研究温度因素变化对射流切割断面质量的影响,得出整体加热金属断面质量随着靶物温度的提高而降低,并利用读数显微镜对射流切割断面的宽度进行了测量,得出断面的宽度随着靶物加热温度的提升而降低,对靶物的断面厚度进行了测量,得出厚度随着靶物加热温度的提高而降低,并对靶物的断面防锈蚀能力进行了观测,得出随着靶物加热温度的提高,断面的防锈蚀能力得到显著提高。
  并通过ANASY-FLUENT软件对射流的喷嘴流场进行建模分析,考虑射流出口对射流的影响,设计了内凹模型,并对靶物内部温度场的变化进行模拟。针对磨料射流切割金属靶物,提出了射流切割的悬崖—无边界假设,将射流切割断面时的综合切割因素划分成悬崖与无边界两种假设,考虑材料内部分子间的团聚力对切割的影响,对射流切割时靶物的两种状态进行分析探讨,并对磨料射流切割靶物时产生的拖尾进行分析研究,从能量的角度分析主要是由能量不足的滞留、反弹射流与下一段的射流的综合影响导致,在能量不足处,形成斜向下的规则断面。对加热靶物金属内部晶体滑移进行分析,加热导致靶物软化,与射流作用后导致接触面硬化,增加了射流切割靶物的难度,接触时,靶物与射流发生强制对流换热,靶物金属进行热量的传导。最后,对射流切割延性金属靶物的基本模型进行了研究。
  通过对局部和整体加热靶物辅助射流切割进行试验分析和结果分析,对射流的喷嘴流场进行模拟,考虑热力因素对射流切割质量的影响,得出以下结论:热力辅助射流切割削弱了射流切割的断面质量,减小了割缝的宽度,增强了断面的防锈蚀能力。
[硕士论文] 刘春
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:微小型行星齿轮传动系统作为机器人和其它微型精密机械的传动系统存在传动精度低、承载性能差、载荷分配不均等问题。鉴于此,本课题提出微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统模型,将传统单排平面均布的行星轮转变成双排空间均布的行星轮,成倍增加的行星轮进行误差补偿,提高传动精度,更多的轮齿进入啮合,载荷被更加均匀分配,改善均载性能;由于微小型行星传动的太阳轮尺寸小、齿数少,在长时间啮合后,轮齿可能会因疲劳而断裂,因此采用多模数设计方案,增强太阳轮的承载能力。
  本课题研究微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统传动原理,对微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统的几何参数进行计算,绘制出该传动系统的三维模型。
  建立微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统静力学模型,研究分析各齿轮及行星架的偏心误差对微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统静态均载系数的影响。
  基于弹性力学分析法,建立偏心误差对齿轮传动系统轮齿在啮合线方向的弹性形变的关系,推导出传动系统载荷分配系数公式,研究了偏心误差对该传动系统载荷分配系数的影响。
  建立微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统与微小型行星轮单排同模数的齿轮传动系统的虚拟样机模型,对比仿真试验结果,分析研究在实际啮合过程中的齿间载荷的分配情况。
[硕士论文] 张继明
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会的发展,移动机器人应用的场景越来越多,有时甚至需要代替人到一些恶劣、危险、有害的环境中去执行任务。机器人系统需要具有更强的越障性能和越障稳定性,才能适应复杂场景。
  文中综合各种行走系统的特点,最终选择摆臂履带机器人作为研究对象。
  1)设计的摆臂履带机器人包括三段结构,中间为主车体结构,前后两端为摆臂结构,其中前后摆臂结构相同,中间主车体结构左右两侧对称,中间底部焊接有槽钢,用以载重时能有更大的强度。且行走轮及摆臂结构部分均包含有多个复杂的小零件,其中的摆臂轮和行走轮内外轴同心。
  2)结合多元统计学的方法对设计的履带机器人、排爆机器人以及搭载的机械臂综合性能进行评价分析。介绍了多元统计学中的AHP、模糊综合评价法以及熵权法的基本原理、算法,用层次分析法对履带式机器人进行综合性能评价,得出各指标因子的权重值,对设计履带机器人具有重要的参考意义;同时,考虑到摆臂履带机器人更好的完成一系列任务,在机器人上方搭载机械臂,为了避免主观性的影响,求权重时应用了熵值法与AHP相结合,更好的选择合适的机械臂设计方案;最后,利用模糊综合评价法对加机械臂的排爆机器人评价,得出所设计的排爆机器人处于中等水平。
  3)本章对摆臂履带机器人的运动情况和稳定性进行研究分析。分析摆臂履带机器人的转向性能,导出了摆臂履带机器人考虑履带接地段打滑条件下的履带受力情况、转向半径及平面运动方程;进一步,分析摆臂履带机器人的爬坡运动和跨沟运动情况,得出摆臂履带机器人安全爬坡及顺利跨越沟壕的条件,并重点分析摆臂履带机器人跨越台阶和楼梯的越障情况;最后,将稳定锥法应用在摆臂履带机器人稳定性综合评定上。
[硕士论文] 陈海宾
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:磨料水射流切割钢板是一种高效且无污染的新的加工方法,目前,学者主要针对在常温下磨料水射流的切割机理及切割参数进行研究,随着磨料水射流的应用场景的多样化和复杂化,诸如火灾发生时等一些高温环境,对磨料水射流切割过程的理解和操控也提出了更高要求,在一些高温环境下,金属材料经磨料水射流切割后的的物理力学性能变化规律以及断裂机理和变形行为也将呈现和常温下不同的表征,对于常温下的最佳的工作参数将不再适用。因此,本文主要是对热效应下磨料射流切割钢板的机理研究。其主要研究内容如下:
  首先,介绍常见切割钢板方式,并阐述了磨料水射流技术的发展历程和国内外的研究现状,列出了本论文主要研究内容及研究意义。
  然后,以传热学和有限元基本理论为基础,对氧乙炔加热钢板的过程进行了数值模拟和理论分析,建立三维瞬态温度场的有限元方程。针对温度场和热应力分析的数值模拟基础进行了概述,选择了合适热源模型,对氧乙炔加热钢板进行了模型建立和网格划分。通过ANSYS分析软件的云图显示后处理功能求出钢板的温度变化以及应力变化情况,从而显示整个钢板的温度场和应力场分布。
  最后,采用软件对单颗磨料粒子撞击钢板进行了模拟分析,验证了热效应下磨料水射流切割钢板的可行性。然后基于实验室现有设备,采用单因素实验法,通过对不同切割压力、不同的喷嘴的移动速度对常温下和热效应下两种状态进行切割钢板实验,在其他基本参数一致的情况下,得到热效应下对钢板进行切割时需要比常温下提供更高的切割压力或是降低移动速度的重要结论。而且通过对比45和304不锈钢的磨料水射流切割深度,在切割压力20MPa,喷嘴的靶距设定为6mm,喷嘴的移动速度100mm/min等参数设定下,可以看出在热效应下切割304不锈钢比45钢容易一些,前者切割深度较大。
  另外,本文用扫描电镜观察了钢板切割断面的微观形貌,得出在热效应下钢板切割断面以犁削现象为主,常温下以磨削现象为主。通过对本课题的研究,也丰富了高压水射流的基础理论知识,在工程实践应用和实际操作过程中,提供了一定的参考意义和指导价值。
[硕士论文] 马丁
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤矿安全阀是保证单体液压支柱装备支护安全的核心部件。目前单体液压支柱使用乳化液为工作介质,但是乳化液影响工作环境和工作人员的身体健康,且严重污染地下水资源。随着人们对可持续发展的经济、绿色环境的重视,全球各国迫切需要发展一种新型液压技术,保证其向着环保、节能和安全的方向发展。水具有安全性好、价格低廉、环境友好等一系列优点,成为当今液压技术研究新课题。本文以单体液压支柱中的安全阀为研究对象,设计一种以水为工作介质的水压安全阀。通过设计水压安全阀新结构,有效抑制气穴气蚀现象的发生;同时利用微造型可以产生动压润滑,将其应用到安全阀上,以降低摩擦副摩擦磨损问题。论文研究内容及结论如下:
  1.利用微造型形成流体动压润滑效应,将微造型技术引入到水压安全阀,以提高阀芯润滑性能,改善阀芯摩擦副的摩擦磨损问题。研究不同微造型形貌对水压安全阀阀芯润滑的影响,同时对水压安全阀微造型阀芯润滑性能正交试验分析。结果表明:(1)球冠形和圆柱形微造型均可以在阀芯表面产生压力。两种微造型的阀芯表面压力幅值随着面积率与深度的增加而增大,且圆柱形微造型的压力幅值比球冠形大。(2)通过正交试验设计与CFD数值模拟,对计算结果进行极差分析得到影响阀芯微造型承载力的因素由大到小依次是微造型深度hp,微造型半径rp,微造型形貌,摩擦副间隙ho,阀芯运动速度U,微造型深度对承载力的影响最大,是最主要因素。(3)由正交试验的结果得到优化方案,设计出的优选方案为A4B4C4D3E4,即微造型深度为8μm,微造型半径为40μm,摩擦副间隙为5μm,阀芯运动速度为4m/s,微造型形貌为圆台形。相比于正交试验方案中承载力最大的A4B4C1D3E2组合,优选方案的承载力提高了22%。
  2.通过对阀芯径向孔的结构进行优化,建立了水压安全阀阀腔CFD模型,研究了阀芯重要区域气蚀的削减,提高了水压安全阀的抗气蚀性能。结果表明:当安全阀阀芯径向孔的夹角α取45°、径向孔左下角采用直线结构时,使得径向孔内部气穴消失,能显著抑制气蚀破坏,气蚀破坏的区域由径向孔等关键位置转移到阀出口等对安全阀性能影响较小的位置,有效提高了安全阀抗气蚀性能。
  3.设计了新型水压安全阀的新结构,计算了具体尺寸,基于Matlab软件对水压安全阀进行动态分析。研究了等效阻尼、弹簧刚度以及阀芯质量三种参数对安全阀阀芯压力和位移动态性能的影响。结果表明:阀芯质量对安全阀的压力和位移特性影响较小,而等效阻尼、弹簧刚度的影响较大。增大等效阻尼可以减少阀芯调整时间,减弱阀芯振动,使安全阀更加稳定,但是会降低安全阀的灵敏度;随着弹簧刚度的增加压力超调量减小,压力达到稳定的调整时间也减少;而阀芯位移越小,阀芯位移超调量增加,达到稳定的时间越快。
[硕士论文] 邓月飞
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:轴向柱塞泵/马达是液压系统中广泛使用的元件之一,随着我国工业的不断发展,工业设备对轴向柱塞泵/马达性能要求越来越高,但传统的轴向柱塞泵在某些工业领域所表现出的性能也十分有限。本文提出了一种平衡式三排轴向柱塞泵/马达,在提高柱塞泵/马达性能的同时还能降低轴向柱塞泵/马达振动、噪声、摩擦磨损等问题,并能较好的改善缸体的平衡性。轴向柱塞泵中有三对重要的摩擦副,其中的柱塞副、配流副都包含缸体,故缸体是轴向柱塞泵/马达的主要部件,因此对新型的平衡式三排轴向柱塞泵/马达缸体特性的研究显得十分有必要,为此本论文进行了以下研究工作:
  1.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是在普通轴向柱塞泵的基础上,吸取具有单斜面双排柱塞结构的两排轴向柱塞泵设计经验。采用双斜面的斜盘,内中外排柱塞交错排列的缸体,异侧同排高低压油口对称分布。对普通单排轴向柱塞泵的设计公式进行修正,并对修正后的公式进行二次推导,继而对关键零部件的结构尺寸如缸体中心孔直径d、柱塞的分布圆半径R、吸排油窗孔的面积f0、缸体壁厚δ等进行参数优化,并最终设计出平衡式三排轴向柱塞泵的整体结构,最后对缸体的强度与刚度进行了校核。
  2.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是一种新型的多排柱塞泵/马达,其缸体上多排柱塞孔交错设置,配流盘的高低压油口对称分布决定了其流量脉动情况与普通单排轴向柱塞泵及普通双排轴向柱塞泵有所区别。对三排泵的流量脉动公式进行推导。以内中外排柱塞数为7、7、14与柱塞数为8、8、16为例,运用MATLAB编程绘制出内排、中排、外排以及总的瞬态流量。分析不同柱塞数目及不同柱塞布置条件下整泵的流量脉动的情况。
  3.对缸体的动力学特性进行分析,推导出平衡式三排轴向柱塞泵缸体的倾覆力矩的公式,对内中外排柱塞数分别为奇数、奇数、偶数与内中外排柱塞数全部为偶数两种情况的倾覆力矩进行推导,并采用MATLAB编程,探究内中排柱塞数为相同奇数,外排柱塞数为偶数,与内中排柱塞数为相同偶数,且外排柱塞数也为偶数两种情况下缸体的平衡性。
  4.以平衡式三排轴向柱塞泵缸体为研究对象,通过设计不同的输入输出参数,运用有限元软件中优化模块下的Response Surfaces优化缸体应力参数。与原设计结构相比,优化设计后使得应力减少11.7%。
  5.建立了平衡式三排轴向柱塞泵配流副平行油膜与楔形油膜泄漏量的数学模型,通过MATLAB编程计算平行油膜泄漏量与楔形油膜的泄漏量腰型槽中心角、油膜中心厚度、密封带压差、密封带半径,分析了上述参数对配流副泄漏量静态特性的影响,并以此为基础进一步探究了配流副泄漏量特性与波动周期、缸体转速、波动幅值之间的关系。
[硕士论文] 王喆
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代矿井的建设进程不断加快,一次提升量和提升速度不断增大,立井提升导向装置是影响提升容器稳定性的重要因素,其中刚性罐道和滚轮罐耳作为导向装置的主要组成构件,对其存在的关键问题进行研究是推进矿井安全高效提升的基础。为得到罐道和罐耳的力学性质,需要对其进行详尽的静力学和动力学分析并验证。
  本文主要对罐道结构刚度和滚轮罐耳的整体刚度及动态响应特性进行研究,主要从以下四个方面进行:
  1.以刚性罐道、罐道梁结构三种计算模型为研究内容,通过对其进行理论计算和ANSYS有限元仿真,得到移动载荷作用下简支梁模型、三跨连续梁模型以及空间网格结构模型挠度特性对比。并且对罐道、罐道梁空间结构进行了模态分析。
  2.建立L35滚轮罐耳三维模型,首先通过计算得到聚氨酯胶轮的刚度特性和九片碟簧对合组合方式的刚度曲线,并将罐耳的摆臂简化为连杆机构,得到水平力和压缩缓冲装置的轴向力的换算关系,推导出滚轮罐耳承受最大水平下的理论行程;然后应用ANSYS Workbench对滚轮罐耳进行仿真,得到其静态等效刚度随水平力变化的规律;最后通过滚轮罐耳静刚度实验台对仿真结果进行验证。
  3.针对滚轮罐耳进行动力学特性分析,使用ANSYS Workbench对滚轮罐耳进行模态分析,得到其各阶固有频率与振形。使用ANSYS与ADAMS联合仿真建立滚轮罐耳的刚柔耦合动力学模型,将罐道缺陷分为三类,将提升速度分为四个阶段,以水平位移量为激励信号,以滚轮罐耳摆臂前轴轴心标记点为动力输出点得到不同工况下滚轮罐耳对罐道缺陷的时域动态响应特性。
  4.通过ADAMS振动分析模块对滚轮罐耳虚拟样机模型进行振动分析,得到频域特性,并将不同刚度和阻尼特性下频率响应曲线进行对比,得到缓冲装置对滚轮罐耳整体振动特性的影响。
  通过对立井提升导向装置的建模和分析,得到了罐道结构和滚轮罐耳的静、动力学特性,分析了不同提升速度下,罐耳对罐缺陷的动态响应特性,可为设计计算高速重载罐道和罐耳提供一定的依据。
[硕士论文] 冒鹏飞
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:精密定位技术是国家制造水平的一个重要标志,是精密驱动、精密测量、精密加工中的关键技术之一,在集成电路制造、超精密加工、数据存储技术、生物工程等领域均得到广泛应用。随着我国科技的高速发展,高尖装备特别是航空航天、精密加工、生物医疗以及微型操控机器人等领域,对定位的精密度提出了更高的挑战,传统的定位精度已经无法满足这些技术领域的要求,因此,利用现代精密驱动理论设计出行程大、性能高、可靠性强、定位速度快的定位平台成为这些技术领域突破的关键。
  论文基于超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)具有磁致伸缩应变大、能量密度高、响应速度快、输出力大、磁机耦合系数大、居里温度高并且能够实现电磁能-机械能的可逆转化等众多优点,设计出一种精密微定位驱动器,并以此为驱动源,设计出精密定位平台。主要工作以及结论如下:
  1、根据自由能极小值原理,阐述了超磁致伸缩材料的磁致伸缩机理。根据超磁致伸缩材料的材料特性,分别设计了超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive actuator,简称GMA)的磁场结构、预应力机构、温控系统等,并以此为基础,结合实际加工技术能力,设计了超磁致伸缩驱动器的整体结构,依据现有GMM棒的几何形状尺寸确定GMA的各部分的几何尺寸。
  2、借助柔性铰链单元材料受力产生的弹性变形具有运动分辨率高、无摩擦、无需润滑、制造工艺简单等独特优点,基于理论力学和材料力学理论建立了直圆形柔性铰链机构的静力学模型,获得了柔性铰链几何参数与柔性铰链平台输出位移之间的理论数学模型。运用Matlab数值仿真软件对柔性铰链平台的几何参数进行了优化,获得了柔性铰链定位平台最优的设计参数,分别是最小厚度t=0.8mm,切割圆半径R=2.5mm,高度h=10mm,工作平台宽度为60mm。通过有限元方法对所设计的柔性铰链定位平台结构进行仿真验证,结果表明理论分析和仿真结果的最大误差仅为3.06%,从而验证了静力学理论分析的正确性,为柔性铰链定位平台的结构优化设计提供了理论基础。通过有限元方法对所设计的柔性铰链定位平台进行模态分析,结果表明理论分析和仿真结果的最大误差仅为0.8%,从而验证了动力学理论分析的正确性。
  3、介绍了国内外学者针对GMM磁滞非线性所创建的Preisach模型、神经网络模型、Duhem模型、J-A模型、自由能模型这五种磁滞非线性模型,基于此,选取了Preisach模型,阐述了经典Preisach模型的含义,并在经典Preisach模型上,通过对Preisach模型的离散化,创建了GMA磁滞特性数值模型。根据所设计的GMA具体尺寸,求解出磁场模型(Id~H)、以及磁滞伸缩模型(λ~M),确定了GMA的位移输出模型。性能测试表明:磁场强度H的实验结果与理论计算的最大误差为2.43kA/m;偏置线圈,磁场强度H的实验结果与理论计算的最大误差为1.74kA/m,验证了所建磁场强度公式的正确性。随着偏置电流的逐渐增大,GMA在同等电流下的最大行程变小,这与GMM的磁滞回线一致;随着偏置电流的增大即偏置磁场的增大,GMA的回程误差减小;所设计的GMA在偏执电流为0.6A时其状态最佳,验证了GMA设计理论的正确性。位移测试平台实验结果与模型计算的结果基本吻合,证明所建模型能够较好的反映出GMA输出位移的实际情况,验证了所建Preisach模型的正确性。
[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] 吕祥新
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着国家经济和科技的发展,城市空间利用率亟需提高,摩天大楼拔地而起,高楼外墙需要喷漆装饰,但传统人工手动喷涂的方式工作效率低、劳动强度大、易受环境干扰并且容易引发工作人员坠落等安全事故,因此,利用机械智能化粉刷喷涂代替人工手动喷涂已经是高空外墙喷涂行业发展的一大趋势。
  针对目前高空外墙喷涂存在的问题,本文提出了一种高空外墙智能喷涂装置,主要研究内容如下:
  (1)制定高空外墙智能喷涂装置的总体设计方案,具体包括该装置的机械结构、控制方法、工作流程、运动形式及该装置完成每一个动作的具体实施方式;
  (2)完成高空外墙智能喷涂装置机械结构的设计,具体包括悬挂提升移动机构、吊篮机构、粉刷喷涂机构及吸附避障机构的设计;
  (3)完成高空外墙智能喷涂装置电气控制系统的设计,具体包括控制方式的选择、可编程控制无线网络通讯的设计、电气元件的选型、PLC控制程序的编写;
  (4)完成上位机组态界面的设计,用于监控高空外墙智能喷涂装置的运行状态;
  (5)完成物理样机的搭建与实验,验证了该装置在各种复杂墙面下工作的可行性,试验结果证实了该装置设计合理,性能可靠。
  本文提出的高空外墙智能喷涂装置可以适应于各种复杂的工作环境,可以极大地提高高空外墙的喷涂质量与喷涂效率,可有效解决了目前人工喷涂危险系数大等问题。
[硕士论文] 朱金龙
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:双盘异步磁力耦合器是一种以电磁感应原理为基础的新型永磁传动装置,不仅具有柔性启动、无摩擦和对中性要求低等优点,更重要的是它可以根据实际工况条件调节永磁体盘与导体转子盘之间的气隙进而达到所需的输出转速与转矩,因此其调速装置在整个磁力耦合器传动过程中起到尤为重要的作用。
  本文介绍了磁力耦合器的研究现状及意义,分析了调速装置对磁力耦合器调速的重要性,通过与传统的磁力耦合器调速机构进行对比,提出了更具优势的双盘异步磁力耦合器连杆调速装置。
  以双盘异步磁力耦合器的基本结构为基础,详细阐述了其工作原理和调速机理;基于平面连杆机构,设计出一种新型双盘磁力耦合器调速装置,磁力耦合器调速装置的运动精度可以直接决定其输出转速与转矩的调节精度;利用复数矢量法对调速机构进行了运动分析,推导出了其运动方程,利用Matlab绘制出相应的特性曲线图,更加直观的反映出了调速机构的运行状况;利用Adams仿真软件,对该调速机构进一步辅助分析验证,保证了调速装置的准确性及稳定性。
  对双盘异步磁力耦合器调速装置中的丝杠进行理论分析,利用Matlab绘制出不同时刻丝杠的变形图;运用ANSYS Workbench有限元分析软件对双盘调速机构进行了静力分析和模态分析,对其结构的强度和刚度进行了验证。
  设计出双盘异步磁力耦合器调速装置的控制系统,基于PID控制理论,利用Simulink对其进行仿真,给出了控制系统中加入PID后的输出响应图,并对该调速系统进行了可控性分析。根据实际工程环境条件,设计出一种适用于矿用带式输送机的40KW双盘异步磁力耦合器,对其调速装置中的传动轴和转矩进行了校核,验证了双盘异步磁力耦合器调速装置设计的可行性。
[硕士论文] 王伟
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在寄生式时栅使用过程中,由于时栅测头以离散的形式均匀分布在被测对象圆周上,从而人为安装的局限性总是导致测头与被测对象之间的间隙、俯仰角、偏摆角等安装误差不可避免存在,且随测头与被测对象的相对转动发生连续性、无规则变化,因而无法通过建立理论的数学模型实现安装误差实时修正与补偿。
  为了实现寄生式时栅安装误差实时修正与补偿,本文通过对原有寄生式时栅测头结构进行改进,设计出一款寄生式时栅角位移传感器安装误差自补偿系统,即利用三点法误差分离技术在原有寄生式时栅测头结构中耦合进三组电涡流传感器,通过电涡流传感器测量被测对象与离散测头之间的间隙值,建立间隙、俯仰角、被测转角三者之间的关系方程,得出受安装误差影响后的实际转角,最终实现对寄生式时栅安装误差的实时在线一体化测量与补偿,实现对寄生式时栅更精确的测量。
  寄生式时栅安装误差自补偿系统设计主要包括电路设计与结构设计两个部分。由于耦合进电涡流传感器的缘故,首先需对其电路部分进行设计。当分别施加不同频率的激励信号时,寄生式时栅传感器与电涡流传感器生成的感应信号发生互相干扰,即耦合现象。因此,需设计处理电路对感应信号进行提取与处理,最终获取有用的感应信号。同时,对信号源激励电路进行设计,为寄生式时栅安装误差自补偿系统提供精准、稳定的信号源,最后通过仿真软件Multisim和ModelSim对电路设计部分进行仿真验证。从仿真结果可知,设计的电路可实现寄生式时栅安装误差自补偿系统耦合信号的处理与提取,并为之提供稳定的激励信号源。
  为了验证寄生式时栅安装误差自补偿系统设计方案的可行性,本文通过搭建实验平台对其进行实验论证。从实验结果可知,通过以FPGA为核心生成的激励信号可作为寄生式时栅安装误差自补偿系统稳定的激励信号源。同时,搭建的实验平台可实现对电涡流传感器与寄生式时栅相互耦合感应信号的提取。
  最后对寄生式时栅安装误差自补偿标定结构装置进行设计,其中包括测头、主转动轴、传动装置的设计,并通过Ansys仿真软件进行仿真分析,为后续的结构实物加工提供重要的理论参考。
[硕士论文] 屈莹莹
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目前,煤炭仍是我国的主要能源,对煤炭开采技术的研究尤为重要,在煤炭开采过程中,采煤机是主要的工具之一,随着开采技术越来越现代化,采煤机也朝着高产、高效以及大功率的方向在不断发展,这就对采煤机组成部件的可靠性要求更高,尤其是行走机构。行走机构的关键零件在遇到冲击、长时间在载荷较大的工况下工作等情况下容易毁坏,一旦毁坏将严重影响整个采煤机的开采进度,严重影响企业效率。为了增加采煤机行走机构的使用时间,本论文对采煤机行走机构关键零件进行强度分析和疲劳分析,并提出相应的改进意见。
  本论文主要介绍了滚筒采煤机的工作原理及对行走机构进行了介绍,并提出了采煤机行走机构关键零部件经常出现的一些问题。
  运用SolidWorks三维建模软件,按照零件的工程图纸,对采煤机行走机构关键零件建立简化的实体模型。并对齿轨轮受力分析,计算采煤机在不同工况下工作时,其前、后导向滑靴受到的力的大小,为后面采煤机行走机构关键零件的分析奠定基础。
  利用有限元法对齿轨轮的弯曲和齿轨轮与销轨的接触分别在最大载荷下做强度分析,在额定功率下做疲劳分析,并对齿轨轮进行改进;其次,对销轨进行强度分析和疲劳分析;最后,对不同工况下的前后导向滑靴进行强度和疲劳分析,根据分析结果进行改进。
  通过本论文的研究,进一步明确了导致采煤机行走机构关键零件损坏的因素,为其今后的设计和优化提供了依据。
[硕士论文] 刘杨
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机具有运量大、运输距离长、可连续运输等特点,被广泛应用于煤炭等领域,但输送带易跑偏,托辊与输送带之间的摩擦会使输送带磨损严重,并易使输送带过热,形成火灾和爆炸的隐患。因此,采用无托辊的支撑结构是解决上述问题的关键。永磁悬浮带式输送机是近年来出现的一种极具发展潜力的新型低阻力无辊带式输送机,要实现永磁悬浮带式输送机的稳定运行,其核心问题就是要保证磁性输送带—永磁悬浮支撑系统的平衡及稳定。
  本文以永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统稳定性问题为研究对象,介绍了永磁体空间磁场三种计算方法,在前人研究基础上,建立了永磁悬浮支撑系统的三维模型,推导出永磁悬浮支撑系统磁性输送带在正常运行、跑偏和侧倾三种情况下所受的悬浮力和侧向力公式。
  通过FEM有限元分析方法计算出磁性带各方向上的磁场力,与推导的公式进行对比,并对公式进行修正,对比了平型、槽型和V型三种输送带跑偏时所受的侧向力,找到稳定性较好的带型,通过对比下方永磁体几种不同布置形式下的受力,得到稳定性较好的方案,在此基础上提出了物理阻断防跑偏、增大拉紧力以及自动控制调偏三种防跑偏措施。
  建立了悬浮支撑系统竖向振动模型,并对该模型进行仿真,提出了几种防止系统过载的稳定措施,对悬浮支撑系统进行开发实例研究,得到改进后的方案;通过对永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统稳定性的研究,设计并搭建出满足本课题需要跑偏后能够自动回正的样机。
[硕士论文] 周晓俊
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:微流控芯片的应用正处在从实验室到市场推广的转折时期,利用微流控技术能够在芯片上实现试剂的进样、流动、混合、反应和清洗等一系列过程,将整个化学反应过程集成在一张芯片上。而基于离心驱动原理的微流控芯片更具有设备简单、流速可控、方便快捷、技术要求低和高通量特点,是目前微流控芯片研究领域的热点之一。乙肝是我国近年来广泛流行的一种病毒性肝炎,感染率约达70%,传统的乙肝检测需专业化检测设备及人员、周期长、成本高,快速廉价诊断已经成为现实的迫切需求,实现对乙肝的快速诊断、预防和治疗具有重要的意义。
  本论文通过将离心微流控技术与乙肝病毒的传统酶联免疫吸附测定(ELISA)检测方法相结合,设计基于离心微流控技术的乙肝检测芯片,在乙肝检测芯片进行生物实验,以期建立快速、集成化、高通量和低成本的微流控ELISA乙肝检测新方法。
  论文首先对离心式微流控芯片的液体驱动原理进行研究,对微通道内液体突破阀体速度的原理进行了理论分析;在传统乙肝酶联免疫吸附测定法的基础上提出了离心式微流控乙肝检测芯片的实验方案,通过在驱动设备上的离心实验,最终确定芯片的流体整体驱动过程。并对基于离心微流控技术的乙肝检测芯片进行了几何结构设计。
  通过对微流控芯片的加工方法进行了分析,比较了常用的数控加工、光掩模加工和激光切割加工方法的优缺点,确定了离心式微流控芯片的加工方法,详述了离心式微流控芯片的制作步骤。
  论文对常见的离心驱动设备进行总结和筛选,根据乙肝检测所需的功能要求,提出了离心式微流控芯片驱动设备的设计方案。对离心式微流控芯片驱动设备自行设计与加工,搭建了一套离心式微流控芯片驱动设备。本文分别对离心式微流控芯片驱动设备的机械结构、硬件电路、控制程序进行了分析介绍,实际转速与设计转速偏差控制在5%以内,温度控制满足微流控芯片的要求,为离心式微流控芯片的开发奠定基础。
  根据传统的乙肝酶联免疫检测原理,本文在乙肝病毒五项检测中选择乙肝病毒表面抗原作为实验对象,通过芯片上的生物学实验来确定芯片乙肝检测的方法步骤;同时,对于微流控芯片实验结果的光学检测做了设计研究,搭建了光路系统,研制了基本的光学检测电路,设计了相关软件。文章最后进行了相关实验,对实验结果进行拟合,将乙肝病毒检测芯片的性能与传统ELISA检测方法进行了比较,比较两种方法的检测效果,检测时间由145min缩短为60min,样本消耗量降至常规方法的2/5,试剂消总耗量由750μL减少至360μL,加标回收率在95%~102.3%,满足乙肝病毒的快速检测和稳定检测需求,为后续集成与光学检测设备结合的乙肝快速检测仪奠定基础。
[硕士论文] 尹广
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着时代的发展,市场需求越来越多样化,传统的生产模式已经满足不了追求个性化的消费者们。面对日益激烈的市场竞争,全球各大汽车企业纷纷开发新的技术。目前,世界一流企业将目光聚焦在平台化、模块化、智能化、电动化等新兴技术领域,企业之间的差距进一步拉大。在如此复杂多变的市场环境中,国内企业必须也集中精力研发相关技术。
  论文通过对国内某汽车企业平台化进程的研究,并从车架平台化入手,分析企业的平台化定义和产品规划。同时在考虑设计任务书及底盘总布置后,确定车架基本结构和基本参数(轴距、前悬、后悬及前后纵梁开档、纵梁截面)。并且由动力总成中发动机布置、冷却系总成布置、进气系总成布置等分总成的布置出发确定零部件的位置,从而进行底盘的模块化布置。在初步确定安装在车架上的各个分总成以及零部件位置后,进行结构的标准化设计。通过纵梁设计方案、横梁的布置方案、纵横梁固定方式、横梁设计方案、材料的统一,从而实现结构的标准化。在车架平台初步设计完成之后,对借由此平台设计的车架进行初步的理论计算,验证设计的可行性。
  论文借助仿真分析法,从不同工况下的车架的强度、刚度、安装点的动刚度、模态四个方面进行探讨,并和性能优越的标杆车的车架进行比较,发现左纵梁后内板、备胎安装横梁加强板、驾驶室第四悬置支架等零部件不满足要求。对存在问题的零部件进行优化并重新仿真计算,直到最后完成车架平台的设计。
[硕士论文] 赵艺
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:铸造在国民经济中占有重要位置,其中铸造技术装备直接影响着铸造的生成质量和生产效率。传统的铸造技术装备大多停留在需要大量人力、机械化和智能化较低的阶段,这样极大地限制了铸造业的发展。但目前尚缺乏针对铸造生产移动智能装备的研究,也没有相关的解决方案。因此,在调研与分析铸造作业环境的基础上,以铸造机器人的全向轮行走机构为研究对象,对其中涉及的关键技术、结构机理和设计方法进行深入分析与探讨。本文主要的工作包括:
  (1)全向轮结构设计与分析。建立了全向轮空间模型,推导出以辊子轮廓曲面上任意一点在全向轮轴线方向投影点对的圆弧圆心角为自变量的辊子半径曲线,借助MATLAB生成辊子的外轮廓曲线,确定出全向轮设计的结构参数,完成了全向轮的结构设计,并利用有限元软件分析,验证了全向轮设计符合最终工程应用强度需求。
  (2)全向轮行走机构结构设计与分析。分析与确定出行走机构动力系统参数的基础上,完成了对铸造机器人全向轮行走机构的电机、减速器选型和传动系统单元、H型支撑腿、单支撑腿、底架、箱体及箱盖等的结构设计,采用Simulation软件验证了关键零部件的设计均符合刚度与强度的力学性能要求。
  (3)全向轮行走机构运动学分析与模拟仿真。构建了全向轮行走机构运动学模型,推导出雅克比矩阵、逆运动学方程及正运动学方程,得出四轮转速与全向轮行走机构运动状态之间的联系。采用ADAMS软件验证了铸造机器人全向轮行走机构结构设计的正确性和运动的稳定性。
  (4)全向轮行走机构设计综合评价。基于AHP评价方法,建立了全向轮行走机构综合评价体系模型,构建了性能指标评估判断矩阵,得出各指标层包含要素的相对权重、子指标层各要素相对目标层的权重和子指标层单个要素对全向轮行走机构的结构设计的权重排序。
  最后,综合上述研究成果,提出了一种合理有效的铸造生产移动智能装备的设计方案,设计的铸造机器人的全向轮行走机构,具备全向运动的特点,有较好的灵活性与柔性,能更好的应用于铸造装备制造业当中。
[硕士论文] 丁冉
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:普通带式输送机存在摩擦力大、能耗高等缺点。现有的无托辊式带式输送机,存在沿线气压损失、液体浸湿输送带、难以调节和控制等问题。针对上述问题,本文提出了一类新型的特种带式输送机:电磁吸力式磁悬浮带式输送机。该带式输送机可实现无接触支撑,稳定可控悬浮。具体研究内容如下:
  对电磁吸力式磁悬浮带式输送机输送带进行力学分析,给出了输送带稳定悬浮的必要条件,分析表明除输送方向外,该悬浮支撑结构,可限制输送带各方向位移,可实现稳定悬浮。建立单点电磁悬浮系统的数学模型,即其动力学方程与电路方程。对其支撑装置承载特性进行了分析,分析不同扰动对电磁力和稳定性的影响,得出了无控制时系统的刚度,分析表明对系统稳定性影响最大的扰动是绕y轴的转动。
  建立单点电磁悬浮系统线性化与非线性化模型,建立单点磁悬浮系统Simulink仿真模型。设计了单点磁悬浮系统的PD、改进PD和PID控制器,得到PD控制器参数的选定范围,得到不同稳定气隙下,改进PD控制器的参数。采用线性二次型最优控制指标,得到最优PID控制系统参数为:Ki=425470m.s,Kp=908432V/m,Kd=13297/m,Kc=800Ω。仿真表明上述控制器在不同悬浮气隙与负载下,都可实现系统的稳定悬浮,PD控制器存在静差,改进PD则有更快的调节速度,PID控制器的静态差较小。
  自行设计小型模拟实验台。仿真结果表明:设定稳定悬浮气隙为5mm,负载为20N,启动气隙为10mm,在300ms以内,能够在5mm的气隙处稳定悬浮。
  通过合理的电磁铁布置和电磁控制系统设计,电磁吸力式磁悬浮带式输送机可以实现无接触支撑,且输送带能够稳定的悬浮。该研究对带式输送机的发展有一定的参考意义。
[硕士论文] 傅帮成
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:车辆悬架系统在车辆的稳定性、舒适性和安全性方面起着至关重要的作用,悬架系统中的减振器是核心部件之一,它可以快速衰减由不平整的路面对车身造成的振动,提高汽车乘坐舒适性和操纵稳定性以及安全性。
  之前都是通过试验来检验减振器参数的设计是否满足要求,而现在主要是通过仿真软件对减振器特性进行仿真分析,通过仿真图可以及时发现设计中存在的问题并加以修正,这样不仅减少产品试验次数而且还降低了费用以及加快减振器设计和开发。但目前国内外大部分公司都是利用现成的仿真软件对减振器特性进行仿真分析,不仅参数众多而且参数大都需要通过试验获得,所获得的减振器特性仿真数据还不够准确。
  本文分析了减振器节流阻尼力形成的原因以及其阻尼特性。由于减振器节流阀片的厚度和其在油液作用力下的变形量将直接影响阻尼特性,因此对节流阀片的解析计算极其重要,本文主要是在均布油液压强下通过建立阀片弯曲变形微分方程,来分析其应力和变形,得出计算方法,并利用MATLAB软件得出应力、应变随阀片半径r变化的曲线图,最后利用ANSYS有限元分析软件进行仿真,验证计算方法的合理性,为节流阀片的优化设计奠定了重要的理论基础。依据流经节流阀的流量与节流压力之间的转换关系,建立了减振器复原行程、压缩行程中两次节流阀开阀速度点。在此基础上,再根据复原行程和压缩行程不同状态下的减振器内油液流程模型以及流体力学原理,更加深入的对减振器特性进行了研究分析,建立分段数学模型。根据减振器各项参数利用MATLAB软件,对减振器运动特性和内、外特性进行综合仿真研究分析,获得了解减振器特性的变化规律,为减振器的开发设计提供了理论根据。
[硕士论文] 王方涛
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机是工业生产中一种常见的物料运输机械,被广泛地应用于经济生产的各个行业。但传统带式输送机采用托辊支撑结构,运行阻力较大,研究表明与托辊相关的阻力约占输送机主要阻力的70%,近年来出现的永磁悬浮带式输送机采用无托辊结构,具有摩擦耗能少、维修费用低、制造成本低、运行稳定、工作可靠等优势,其利用相同磁极间的磁斥力支承物料和输送带,因此其悬浮力是磁悬浮带式输送机系统的重要参数。
  本文结合相关学科相关知识,主要对永磁带式输送机的永磁悬浮装置产生的悬浮力进行研究分析,并搭建永磁悬浮带式输送机模型进行验证。首先本文以永磁悬浮系统为主要研究对象,介绍了两种计算悬浮力的方法,结合磁悬浮的理论基础,建立了永磁悬浮支撑系统的数学模型,给出了永磁悬浮支撑系统空间磁场悬浮力的计算公式;其次建立永磁悬浮装置的仿真模型,运用FEM方法,通过Maxwell软件对影响永磁体悬浮力的主要因素:永磁体体积、间隙、气隙、形状、磁化现象、漏磁等进行仿真分析,得出结论:当永磁体的体积一定时,选用长方体钕铁硼永磁体进行不规则排列,并适当调整永磁体分块数目和磁体间的间隙,平衡磁化和漏磁的影响,永磁悬浮装置所产生的悬浮力最大;根据已得出的结论,对工程实例进行优化,通过SPSS对多组实验数据线性回归分析,求出不同影响因素与悬浮力的线性关系,运用MATLAB工具优化箱,找出最优方案;搭建满足本课题的永磁带式输送机样机,验证理论研究有效性。
  本文对永磁悬浮带式输送机的永磁悬浮装置进行设计研究,并搭建出相应的试验台。该课题的研究对新型磁悬浮带式输送机的设计和开发具有一定的参考意义。
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