复合裙成形装备结构动力学分析

发布时间：2017-09-01 12:43

  本文关键词：复合裙成形装备结构动力学分析

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【摘要】：复合材料连接裙是航天工程中重要的连接部件,研制复合材料连接裙安全、可靠、高效的生产装备是机械工程领域的重要课题。可以实现复合材料连接裙或航空铝合金材料连接裙的车削外圆、钻孔和铣槽三种加工任务的复合裙成形装备目前仍为空缺装备。本论文针对该成形装备进行了动力学分析。所开展的工作为：建立复合裙成形装备的机械系统动力学方程,结合具体数据求解动力学方程并分析其结果。首先,深入研究了机械系统动力学基本理论,为建立机械系统运动状态与机械系统的机构参数、外部条件之间的关系奠定理论基础。其次,本文阐述了该复合裙成形装备的机械结构,对该装备的车削机构、钻孔机构、铣槽机构和中央转台进行了结构分析。并针对该装备的三种加工任务,分别分析了其车削工艺、钻孔工艺和铣槽工艺。在对复合裙成形装备结构分析和加工工艺分析的基础上,对机械系统进行了运动分析,奠定了建立该装备动力学方程的基础。最后,利用拉格朗日方程建立了复合裙成形装备的动力学方程。该装备的动力学模型以车削机构Z向伺服电机、车削机构R向伺服电机、钻孔伺服电机、钻孔机构R向伺服电机、铣槽伺服电机、铣槽机构Z向伺服电机和数控直驱转台的转矩为输入,以航空铝合金连接裙加工力和加工力矩为载荷,以各伺服电机和数控直驱转台的主轴转角为广义坐标。通有限元仿真获得铣削加工力的数据并绘制其随时间变化的曲线图,带入动力学方程求解,得到铣削伺服电机和铣削机构Z向伺服电机角加速度随时间变化的曲线。该结果为指导完善复合裙成形装备的设计提供了理论依据。
【关键词】：复合裙 动力学建模 机械系统动力学 拉格朗日方程
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V414
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 引言9-10
• 1.2 课题研究意义及工作10-12
• 1.2.1 课题研究意义10-11
• 1.2.2 课题研究工作11-12
• 2 机械系统的运动学方程12-25
• 2.1 复合裙成形装备的结构分析12-16
• 2.1.1 车削机构的结构分析13-14
• 2.1.2 钻孔机构的结构分析14-15
• 2.1.3 铣槽机构的结构分析15-16
• 2.1.4 中央转台的结构分析16
• 2.2 复合裙成形装备加工工艺分析16-21
• 2.2.1 车削工艺分析17-18
• 2.2.2 钻孔工艺分析18-19
• 2.2.3 铣槽工艺分析19-21
• 2.3 机械系统运动分析21-24
• 2.3.1 车削机构运动分析21-23
• 2.3.2 钻孔机构运动分析23
• 2.3.3 铣槽机构运动分析23-24
• 2.3.4 中央转台运动分析24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 机械系统动力学方程的建立25-47
• 3.1 分析力学基础25-30
• 3.1.1 约束、约束的分类及约束方程25-27
• 3.1.2 广义坐标与自由度27
• 3.1.3 广义速度、广义加速度27-28
• 3.1.4 实位移、可能位移和虚位移28-29
• 3.1.5 虚位移原理29-30
• 3.2 第二类拉格朗日方程30-31
• 3.3 选取机械系统的广义坐标31
• 3.4 获取机械系统的广义力31-35
• 3.5 计算机械系统的动能35-43
• 3.6 系统拉格朗日方程43-46
• 3.7 本章小结46-47
• 4 系统动力学方程的求解47-57
• 4.1 工程算例47-56
• 4.1.1 机械系统动力学参数的计算48-52
• 4.1.2 通过有限元分析获取加工力52-54
• 4.1.3 机械系统动力学方程的求解54-56
• 4.1.4 求解结果分析56
• 4.2 本章小结56-57
• 5 总结与展望57-58
• 5.1 结论57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-61
• 附录161-62
• 附录262-63
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文63-64
• 致谢64

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本文编号：772168