椭球螺旋曲面数字化建模及其面副机构设计

发布时间：2017-09-30 14:19

  本文关键词：椭球螺旋曲面数字化建模及其面副机构设计

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【摘要】：螺旋曲面由于其复杂的形面特征,能够实现复杂运动及精度要求高的工作场合需要,被广泛应用于精密加工、航空航天、军事国防等工业产品中。随着应用复杂性及场合限制,普通螺旋曲面已经不能完全满足当前和未来需要。迄今,新型螺旋曲面研究缺少系统化,尚未对螺旋曲面特别是新型螺旋曲面形成深入而系列化研究,难以在理论和技术上满足工业应用的需求。本文就当前工业应用逐渐受到重视而研究又缺乏的椭球螺旋曲面为对象,拟系统地研究曲面成形原理、数学建模、运动学与力学特性,进而探求其工业应用。具体研究内容主要包括:(1)基于质点成形运动原理对螺旋曲面成形的基本运动组合形式进行概括;分析CC类螺旋曲面成形运动组合一种直线运动,构成椭球螺旋曲面的CCR类三个分运动形式;运用坐标转化方法,实现运动形式的矢量表达;依据母线特征,得到基于质点成形运动特征的椭球螺旋曲面数学模型。运用微分几何学分析得出椭球螺旋曲面成形运动精确数学表达。(2)研究椭球螺旋曲面成形特征参数问题,面向工业应用,提取最小自由度数的椭球螺旋曲面成形特征参数,并转化为一般的直观特征形式,建立六参数的椭球螺旋曲面特征参数族,实现椭球螺旋曲面段一般性构建。借助三维建模软件及数值模拟软件,以椭球螺旋曲面成形特征结合特征参数族参数,绘制、编写椭球螺旋曲线及曲面的三维图形,直观验证数学模型正确性。(3)运用微分几何学研究椭球螺旋曲线及椭球螺旋曲面的几何特性,包括切矢量、螺旋角和曲率研究等;基于质点成形运动特征,分析椭球螺旋曲线运动学特征;构建基本椭球螺旋曲面副,建立相应力学特性理论模型。着重研究赤道半径a=b的椭球螺旋曲线特性,得出这类椭球螺旋曲线螺旋角恒值性和曲率在很大范围内做小幅值变化的特性。(4)就赤道半径a=b的椭球螺旋曲面,研究螺旋曲线相邻提取点连线与赤道平面夹角——半螺旋斜角特性。运用矢量表达和参数法表达的椭球螺旋曲线研究和获得相邻提取点连线与赤道平面夹角的表达式;进一步分析表明该夹角在赤道半径a=b的椭球螺旋曲线上具有恒值性。(5)椭球螺旋曲面副机构特性及应用探究。依据半螺旋斜角在赤道半径a=b的椭球螺旋曲线上具有恒值性设计螺旋-直线传动机构;在运动学特性和力学特性分析的基础上,获得机构运动副构件相关特性的理论模型,阐明该机构可实现具有椭球螺旋曲面特征的特有的直线运动。最后,探讨几种椭球螺旋曲面副的可能应用。
【关键词】：椭球螺旋曲面 质点成形运动 坐标转换 特征参数族 半螺旋斜角 螺旋-直线传动
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.1.1 螺旋曲面概述10-11
• 1.1.2 课题研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势12-16
• 1.2.1 螺旋曲面数学模型及曲面形态国内外研究现状13
• 1.2.2 螺旋曲面成形参数国内外研究现状13-14
• 1.2.3 螺旋曲面工业应用国内外研究现状14-16
• 1.3 课题研究的主要内容16-18
• 第2章 椭球螺旋曲线及其螺旋面数学模型构建18-28
• 2.1 螺旋曲面成形特征18-19
• 2.1.1 常见螺旋曲面成形特征18-19
• 2.1.2 椭球螺旋曲面成形特征19
• 2.2 椭球螺旋曲线及椭球螺旋曲面数学模型构建19-24
• 2.2.1 椭球螺旋线参数方程法构建20-21
• 2.2.2 基于质点成形特征法椭球螺旋线数学模型构建21-23
• 2.2.3 基于母线运动特征法椭球螺旋面数学模型构建23-24
• 2.3 椭球螺旋曲面数学模型下质点成形运动分析24-25
• 2.4 本章小结25-28
• 第3章 椭球螺旋曲面特征参数族构建及数学模型验证28-38
• 3.1 椭球螺旋曲线参数族28-31
• 3.1.1 椭球螺旋曲线参数表达特征参数族28-29
• 3.1.2 椭球螺旋曲线质点成形运动特征参数族29-31
• 3.2 椭球螺旋曲面质点成形运动特征参数族31-32
• 3.3 椭球螺旋曲面数学模型验证32-37
• 3.3.1 参数方程下的椭球螺旋曲线数学模型验证32
• 3.3.2 基于质点运动成形特征的椭球螺旋曲线数学模型验证32-34
• 3.3.3 基于质点运动成形特征的椭球螺旋曲面数学模型验证34-35
• 3.3.4 椭球螺旋曲面特征参数族可视化35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 基于微分几何学及理论力学椭球螺旋曲面特性研究38-58
• 4.1 椭球螺旋曲面几何特性38-44
• 4.1.1 椭球螺旋曲线切矢量及螺旋角数学模型38-40
• 4.1.2 椭球螺旋曲线曲率数学模型40-44
• 4.2 椭球螺旋曲线质点运动学特性44-47
• 4.2.1 质点运动过程位移分量44-45
• 4.2.2 质点运动过程速度分量45-46
• 4.2.3 质点运动加速度分量46-47
• 4.3 椭球螺旋面副力学分析研究47-50
• 4.3.1 力学模型构建47-50
• 4.3.2 压力角50
• 4.4 给定参数椭球面螺旋面特性研究50-53
• 4.4.1 切矢量及螺旋角51-52
• 4.4.2 曲率52-53
• 4.5 椭球螺旋面形貌特征与两例应用53-56
• 4.5.1 椭球螺旋曲面副蜗杆导程研究54-55
• 4.5.2 椭球基体弹簧压缩行程55-56
• 4.6 本章小结56-58
• 第5章 椭球螺旋曲面副机构及其特性研究58-74
• 5.1 椭球螺旋曲线螺旋升角58-59
• 5.2 半螺旋斜角 △θ59-64
• 5.2.1 基于质点成形运动的半螺旋斜角 △θ59-62
• 5.2.2 基于参数方程的 △θ62-64
• 5.3 半螺旋斜角应用64-71
• 5.3.1 螺旋-直线传动机构设计64-65
• 5.3.2 螺旋-直线传动机构位移分析65-67
• 5.3.3 螺旋-直线传动机构速度分析67-68
• 5.3.4 螺旋-直线传动机构加速度分析68-69
• 5.3.5 螺旋-直线传动机构力学分析69-71
• 5.4 应用机构71-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第6章 结论与展望74-78
• 6.1 结论74-76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-86
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果86

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本文编号：948690