创新性实验计划申请书 2.docx

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创新性实验计划申请书2

项目编号：

吉林大学“大学生创新创业训练计划”

创新训练项目

申请书

项目名称多轴车辆机械转向杆系的运动精度和可靠性分析

项目负责人

所在学院、年级、专业机械科学与工程学院2011级机械工程及自动化

联系电话

电子邮件

指导教师姓名1职称讲师

指导教师姓名2职称

填表日期2013年4月18日

吉林大学教务处制表

填表须知

一、本表适用于创新训练项目。

本科生个人或团队，在校内导师指导下，自主完成创新性实验方法的设计、设备和材料的准备、实验的实施、数据处理与分析、总结报告撰写等工作。

二、申报书请按顺序逐项填写，实事求是，表达明确严谨。

空缺项要填“无”。

三、申请参加大学生创新训练项目团队的人数为3—5人。

四、申请项目，必须聘请教师作为指导老师，并请指导教师在申请书中的指导教师意见栏中签署意见。

五、填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式不变；不得随意涂改；A4纸正反面打印，左侧装订。

六、本表由项目负责人报所在学院初审，学院签署初审意见后报送教务处实习与实验教学科（一式3份原件）。

七、“项目编号”由教务处填写。

八、申报过程有不明事宜，请与教务处实习与实验教学科联系，电话。

项目名称

多轴车辆机械转向杆系的运动精度和可靠性分析

项目起止时间

2013年4月至2015年5月

负责人

姓名

学院

专业

教学号

联系电话

E-mail

QQ

各类实验班

是□否√

项目组成员

是□否√

是□否√

是□否√

指导教师1

姓名

张小江

职务/职称

讲师

所在单位

吉林大学机械学院

联系电话

E-mail

对本课题相关领域研究情况

负责和参与多轴转向项目四项，发表相关论文十多篇，开发多轴转向仿真分析平台一套

指导教师2

姓名

职务/职称

所在单位

联系电话

E-mail

对本课题相关领域研究情况

项目性质

1.小发明、小创作、小设计（）

2.开放实验室或实习基地中的创新性实验或新实验开发（）

3.基础性研究（）4.应用性研究（√）

5.社会调研（）

项目选题来源

1.自主立题（）

2.教师科研课题的子项目（√）

项目学科类别

自然科学类学术论文

项目受其他渠道资助情况（填“无”或具体资助来源和经费，包括获奖情况）

无

一、立项背景和依据（包括研究目的、国内外研究现状分析与评价、研究意义，应附主要参考文献及出处）

研究现状：

随着我国大型工程项目的发展，多轴转向系统作为大型专用车辆、工程机械等重大技术装备的主要组成部分的研究刚刚起步，亟待深入研究。

目前，国内多轴转向主要采用机械式液压助力转向系统，可以实现全轮转向，虽然成本较低，较为安全，但存在许多无法克服的问题，如转向精度低、弯道转向能力较差等。

多轴转向技术在国外的发展已经比较成熟,国外的研究主要集中在欧美发达国家,应用在集装箱专用车、重型运输车上和轮式装甲车辆。

但国外有关研究论文和专利很少见到，对我国处于封锁状态。

多轴转向杆系的研究主要是运动精度和可靠性。

机构运动精确度是机械设计中时常面临的问题,由于种种随机因素,如有限的制造精度、不可避免的装配误差、必不可少的运动副间隙、构件的弹性变形及输入运动误差等,使得机构的真实运动不同于甚至严重偏离其设计预定的理想运动。

目前的研究有基于误差概率可靠性分析和误差蒙特卡罗模拟。

有代表性的文献中,对机构运动副中的原始误差进行了系统的分析与综合,并提出了机构输出误差分析的转换机构法,为机构运动精度分析与研究提供了一种可行有效的手段。

但这些研究均是在确定性条件对转向机构进行分析与设计，而没有考虑机构中存在的构件材料、构件几何尺寸公差、运动副间隙、构件的受热受力变形和机构运动输入等不确定性因素的影响。

机构可靠性的研究方法主要有以下几种:

（1）主流方法是基于传统结构可靠性的分析方法。

（2）模糊数学的方法。

（3）凸集区间数学方法。

（4）故障树分析法是比较成熟的分析方法。

（5）基于灰色系统理论的方法。

（6）基于计算机仿真的方法。

但是影响机构功能输出的各随机参数之间、机构系统的各机构零件之间和机构的失效模式之间等存在有相关性。

当把它们作为相互独立来处理的时候,得到的可靠性计算结果不够准确。

并且由于影响机构可靠性的因素众多,且很多因素具有随机性和相关性,导致了机构系统可靠性模型难以建立,目前只能得到近似值,无法准确计算，不能很好地满足工程实际需要。

研究目的:

研究杆系定位尺寸的误差给车轮转角误差等不确定性带来的影响即考虑转向摇臂定位误差、各转向拉杆连接点误差对转向精度的影响。

设定各定位的误差范围来达到车轮转角误差在控制范围内或者各定位误差已知，如何设置各定位尺寸的理论值，使转角误差最小。

同时考虑不确定性下机构的可靠性问题。

最终对转向杆系进行优化设计。

得出较好的优化方案，并总结出此类问题研究的一般方法，进行推广。

研究意义:

当前国内对大型全地面起重机理论平台的搭建刚刚起步;转向技术正从机械式液压助力转向转变为液压助力转向和电控相结合;对安全转向模式的控制研究尚在摸索;对大型全地面起重机操纵稳定性试验研究没有先例,致使我国大型全地面起重机整体行业发展滞后,因此研究多轴车辆转向技术,实现车辆安全、可靠转向显得尤为重要。

由于机构受几何尺寸、运动副间隙、工作原理及使用环境的影响，机构运动输出往往具不确定性，从而可能引起机构运动精度可靠度下降、机构动作不可靠等问题。

目前大多方法属于点可靠度分析方法，点可靠度只是提供了某一瞬时时间点上机构运动输出满足期望运动输出或实现预定功能的可能性显然，从整个运动区间来考察机构的可靠性往往比点可靠性更加合理、更加符合实际。

因此，对多轴车辆机械转向杆系的运动精度和可靠性分析具有极为重要的理论意义和实际价值。

随着我国乃至全球范围内在能源交通及基础建设等大型工程项目的蓬勃发展,大型专用车辆工程机械等需求急剧增长，多轴转向系统作为这些机械等重大技术装备的主要组成部分,对提升这些重大技术装备的自主创新能力,增强国家经济实力具有重要的战略意义。

主要参考文献:

[1]张均富,龙进.不确定性下平面四杆转向机构的运动精度分析.西华大学学报（自然科学版）.2011年5月

[2]王云超.多轴转向车辆转向性能研究.吉林大学博士论文

[3]张小江.全地面起重机转向性能仿真和试验研究.吉林大学博士论文

[4]梁清华,何成铭.机构可靠性研究现状及发展趋势.中国知网.

[5]陈建军等.平面四杆机构运动精度可靠性分析与数字仿真.西安电子科技大学学报2001年12月.

[6]龙进，张均富，王进戈.平面四杆转向机构运动可靠性灵敏度分析.中国知网.

二、项目研究内容（项目主要研究内容；拟解决的关键问题、重点和难点）

主要研究内容是多轴车辆机械转向杆系的运动精度和可靠性分析，考虑转向摇臂定位误差、各转向拉杆连接点误差对转向精度的影响。

解决的关键问题是设定各定位的误差范围来达到车轮转角误差在控制范围内或者各定位误差已知，如何设置各定位尺寸的理论值，使转角误差最小。

在概率分布条件下研究杆系的运动精度和可靠性。

项目重点：

建立转向杆系空间模型，在不确定性条件下对其进行运动精度和可靠性分析。

项目难点：

考虑空间杆系而不是平面杆系，考虑不确定性。

三、项目特色及创新点

一般研究都是分析都是平面机构的精度和可靠性，我们项目重点分析空间转向杆系机构的精度和可靠性，并将其应用到多轴车辆。

四、申请理由（1、团队条件——自身/团队具备的知识、素质、能力、特长、兴趣；2、前期准备基础等）

我们团队的成员学习都很优异，名列前茅，富有挑战精神创新精神。

其中刘炳彤同学是11-12学年专业学习成绩的第一名，李鑫同学有两次数学建模省赛一等奖的经历。

我们都热爱读书学习科学研究，喜欢追根问底，经常在一起探讨学术问题。

我们团队成员思想活跃积极进取，为人谦和行事干练。

我们的前期准备很充分，我们查阅了准星系统运动精度和机构可靠性相关书籍多部，相关论文二十余篇。

并向从事相关研究的教师多次探讨得到不少经验。

系统学习了概率统计高等数学矩阵论等基础性学科为我们的研究打好数学基础。

同时学习了机构运动、误差分析理论，及相关软件ADAMSMATLAB的操作。

五、项目实施方案（研究思路和方法，实施计划、技术路线、人员分工等）

研究思路：

从简单到复杂，从理想情况到现实情况，从静态到动态，从确定到模糊进行研究。

第一步先在理想情况下建立空间机构转向数学模型。

第二步，考虑转向节臂的安装误差以及杆长的误差，对转向进行运动精度分析，然后进行可靠性分析。

第三步，根据车轮转角的误差要求范围来定出各个转向摇臂及杆长的误差要求。

第四步，用adams进行模拟仿真，对前期结论进行验证。

具体方案：

一、机构转向运动分析

1.首先推出不同轴上车轮转角之间的关系；

2.根据空间四连杆机构来推出转向节臂的转角与每个车轮转角之间的关系；

3.对空间四连杆机构进行优化，找出安装位置和每个节点位置的最优值；

4.对每个车轮转角进行运动误差分析；

二、空间杆系运动误差概率模型建立

1.根据转角关系对误差函数进行线性化处理来求出每个车轮转角的均值和标准差；

2.对车轮转角误差进行概率特征值分析；

3.对空间杆系进行运动可靠性分析；

4.对空间杆系进行可靠性设计，根据每个车轮转角允许的误差值来设计每个定位点和连接点的误差要求；

5.用adams来验证以前结论的正确性。

人员分工：

1.由刘炳彤，徐学磊同学确定空间机构的转向关系方程。

2.李鑫和李想同学根据该方程对空间机构进行运动分析和计算机模拟，找出运动误差并建立误差函数方程。

3.对误差函数进行线性化处理，找出误差的概率特征，做出空间转向机构可靠性分析。

4.分组分别进行adams的仿真模拟验证，对比所得到的结果。

六、项目进度安排（文献查阅、社会调查、方案设计、开题报告、实验研究、数据处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写论文和研究报告、结题答辩和成果推广等时间安排）

1.到今年七月底，通过图书馆，中国知网、万方知识平台及CALIS外文期刊网等网络数据库进行相关的文献查阅，确定基本研究方案。

2.八月份到“十一”，在指导老师的带领下，进行细致的方案设计，确定一些细节问题。

3.“十一”后到春季学期开学，我们小组成员将按照既定方案设计的路线进行试验研究、数据处理与分析得出若干有益结论，并用计算机实现。

4.到明年底我们用adams软件对我们的实验结果进行仿真验证，根据结果撰写学术论文及研究报告。

5.结题答辩。

七、项目研究所需资源（实验室、仪器设备、实验材料、资料等）

CAE分析室，matlab实验室进行相关的数据处理和分析

八、项目经费预算与用途（购置实验消耗材料、低值品、资料、加工测试、打字复印、调研、市内公交、论文发表、专利申请等经费开支）

购买相关书籍，资料的下载打印：

500元

论文发表：

1700元

专利申请：

5000元总计:

7200元

九、项目完成预期成果（成果形式：

研究论文、专利、设计、产品、软件、研究或调研报告等）

预期成果：

发表一篇学术性质的论文

申请一项专利

十、项目诚信承诺

本项目负责人和全体成员郑重承诺：

该项目研究不抄袭他人成果，不弄虚作假，按项目研究进度保质保量完成各项研究任务。

项目负责人签名：

年月日

项目组成员签名：

年月日

十一、指导教师意见（从项目科学性、前沿性、可行性、研究性、可操作性和成效性进行评价，是否同意立项）

签名：

年月日

十二、学院评审意见（学术价值、预期效果、研究方案可行性、是否同意立项）

工作组组长签名（公章）：

年月日

十三、校专家组评审意见

专家组组长签名：

年月日

十四、学校意见

领导小组组长签名（公章）：

年月日