设计了一种可用于盾构机土仓内的机器人末端工具换接装置,对其中的切换模块和锁紧模块进行了受力分析,用NX10.0软件建立了换接装置的三维实体模型,采用ANSYS与ADAMS软件联合仿真方法建立换接装置的刚柔耦合模型,并进行动力学仿真分析,得到锁紧钢球的运动曲线及危险节点的应力变化曲线,验证了该换接装置的可行性和合理性。

为解决盾构机磨损滚刀的自动化更换难题,设计了一种七自由度重载机械臂,该机械臂可用于直径为6.28 m的土压平衡式盾构机的自动化换刀系统。通过分析机械臂的设计依据,利用UG设计了七自由度机械臂的三维结构,完成了对机械臂主要动力部件的设计与选型,并通过对处于盾构机三维模型内部极限换刀位姿下的机械臂进行空间装配验证,确定了机械臂的工作范围。利用ADAMS软件创建了机械臂的虚拟样机模型,对机械臂于刀箱中抽取滚刀的动作过程进行运动学仿真,得到机械臂的运动特性参数,验证了机械臂结构设计的可行性和合理性。

针对微扫描镜镜面尺寸过小、分辨率过低等问题,设计了一种镜面尺寸为4 mm的大尺寸电磁驱动式MEMS微扫描镜。使用COMSOL对设计的结构进行仿真模拟,分析MEMS微扫描镜在不同频率下的振动模态和扭转梁应力,并通过频响曲线分析其运动过程。结果表明,所设计的MEMS微扫描镜能够满足VGA显示模式的要求,水平扫描和垂直扫描的最大光学扫描角度分别为24.36°和59.30°。对比结果还表明,随着镜面尺寸的增加,水平扫描频率逐渐减小,屏幕分辨率逐渐降低,显示模式逐渐变差。

以深海推进器等水下设备用机械密封为研究对象,建立机械密封环模型,考虑深海变工况下接触端面摩擦因数的差异性,采用分离法分别对机械密封动、静环端面进行热-力耦合变形分析,并对分别考虑密封环热变形、力变形、热-力耦合变形的分析结果进行比较。结果表明接触端面摩擦因数大小与介质压力、转速、液膜厚度等因素有关,端面摩擦因数随介质压力增大而减小,随转速增大而增大,随液膜厚度增大而减小;单一力变形、热变形分析与热-力耦合变形分析结果差别较大,热-力耦合分析结果要比单一变形分析更接近实际、分析更准确;瞬态工况下,端面温度及端面接触应力峰值均出现由外向内的变化趋势,端面接触状态受端面温度分布影响明显。