新型旋转液压自伺服关节设计与优化研究
发布时间：2017-04-20 15:18
本文关键词：新型旋转液压自伺服关节设计与优化研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：液压机器人关节是液压机器人的基础部件，其性能的好坏将直接影响液压机器人整体性能的优劣。液压转角自伺服技术是将液压伺服技术和电机控制技术相结合，让小尺寸、小力矩的电机通过液压伺服机构控制大力矩转角输出，能减小液压关节尺寸并实现油道内置，现已成功地应用于液压机器人关节中。本文通过总结目前液压转角自伺服技术中存在的问题及其不足，设计出了一种新型旋转液压自伺服关节，并对该关节进行了结构优化及相关特性研究，为推动液压机器人的发展及应用，作出应有的贡献。本文所做的主要工作及结论如下： （1）设计出了一种新型旋转液压自伺服关节，并给出了该关节的主要技术参数及性能指标。 （2）建立了关节动力学模型及系统仿真模型，并采用遗传算法对该关节进行了结构优化，获得了关节工作腔的优化尺寸；然后对优化后的关节进行了动态仿真及特性分析，得出了优化后的关节具有更好的跟随性能和更大的输出力矩。 （3）利用动网格和UDF技术对优化后的关节内部流场进行了动态数值模拟，分析了其内部流场中压力、流速及叶片受力的瞬时变化规律，，并研究了一些重要参数对关节动态响应特性的影响。 （4）采用FLUENT软件对优化后的关节阀芯阀套间环形间隙内部流场进行了仿真分析，得到了间隙油膜厚度与泄漏量和粘性摩擦力矩之间的关系，最终获得了油膜厚度的最优值。 （5）利用有限元方法对该关节的阀体和缸体进行了有限元建模和静动力学分析，得出了它们在受载时的应力和位移分布规律，并获取了阀体和缸体的各阶固有频率及其振型，为关节的优化设计试验提供理论依据。
【关键词】：液压机器人 旋转液压自伺服关节 优化设计 动态数值模拟 油膜厚度优化
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242;TH137
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 第1章 绪论10-21
- 1.1 课题来源10
- 1.2 课题研究的背景及意义10-11
- 1.3 本课题的国内外研究现状11-20
- 1.3.1 液压机器人的研究现状11-15
- 1.3.2 液压机器人关节的研究现状15-18
- 1.3.3 液压转角自伺服技术的研究现状18-20
- 1.4 本文研究的主要内容20-21
- 第2章 旋转液压自伺服关节结构原理及其实现21-25
- 2.1 旋转液压自伺服关节结构组成及工作原理21-23
- 2.1.1 结构组成21-22
- 2.1.2 工作原理22-23
- 2.2 旋转液压自伺服关节控制方法23-24
- 2.3 旋转液压自伺服关节应达到的性能指标24
- 2.4 本章小结24-25
- 第3章 旋转液压自伺服关节结构优化与动态特性研究25-37
- 3.1 旋转液压自伺服关节动力学模型25-28
- 3.1.1 阀芯阀口流量方程25-27
- 3.1.2 工作腔流量连续性方程27-28
- 3.1.3 关节和负载的力矩平衡方程28
- 3.2 旋转液压自伺服关节仿真模型28-30
- 3.3 旋转液压自伺服关节结构优化30-33
- 3.3.1 工作腔排量及油道直径优化30-31
- 3.3.2 工作腔结构尺寸遗传优化31-33
- 3.4 旋转液压自伺服关节动态仿真及特性分析33-36
- 3.4.1 跟随性能分析33-34
- 3.4.2 阀口开口面积及负载压强分析34-36
- 3.4.3 跟随速度分析36
- 3.5 本章小结36-37
- 第4章 基于动网格的旋转液压自伺服关节内部流场数值模拟37-54
- 4.1 FLUENT 软件简介37
- 4.2 数值模拟过程37-42
- 4.2.1 建立关节内部流场模型37-38
- 4.2.2 控制方程38-39
- 4.2.3 网格划分39
- 4.2.4 边界条件及物理参数39-41
- 4.2.5 动网格技术41-42
- 4.3 模拟结果及分析42-52
- 4.3.1 压力场分析42-45
- 4.3.2 速度场分析45-48
- 4.3.3 叶片受力分析48-50
- 4.3.4 动态特性分析50-52
- 4.4 本章小结52-54
- 第5章 旋转液压自伺服关节阀芯阀套间环形间隙油膜厚度优化研究54-66
- 5.1 阀芯阀套间环形间隙特性分析54-58
- 5.1.1 层流、紊流模型的选择54-55
- 5.1.2 泄漏量分析55-56
- 5.1.3 粘性摩擦力矩分析56-57
- 5.1.4 理论最优间隙油膜厚度57-58
- 5.2 建立阀芯阀套间环形间隙内部流场仿真模型58-60
- 5.2.1 建立几何模型58
- 5.2.2 网格划分58-59
- 5.2.3 边界条件及计算条件59-60
- 5.3 仿真结果分析60-65
- 5.3.1 间隙油膜厚度对泄漏量的影响60-63
- 5.3.2 间隙油膜厚度对粘性摩擦力矩的影响63-64
- 5.3.3 最优间隙油膜厚度64-65
- 5.4 本章小结65-66
- 第6章 旋转液压自伺服关节中关键部件的有限元及模态分析66-74
- 6.1 有限元模型的建立66-68
- 6.1.1 几何模型的建立及网格划分66-67
- 6.1.2 定义单元材料属性67
- 6.1.3 边界条件与约束67-68
- 6.1.4 载荷施加68
- 6.2 有限元静力学分析68-70
- 6.2.1 阀体静力学分析68-70
- 6.2.2 缸体静力学分析70
- 6.3 有限元模态分析70-73
- 6.3.1 阀体模态分析70-72
- 6.3.2 缸体模态分析72-73
- 6.4 本章小结73-74
- 第7章 总结与展望74-76
- 7.1 全文总结74-75
- 7.2 本文创新点75
- 7.3 工作展望75-76
- 致谢76-77
- 参考文献77-82
- 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利82-83
- 一发表的论文82
- 二申请及授权的专利82-83
- 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目83-84
- 详细摘要84-88
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高峰;刘亚辉;季学武;郭晓林;;电控液压助力转向系统的初步匹配计算[J];北京航空航天大学学报;2007年05期
2 赵丁选;韩成浩;;遥操作机器人位置反馈型H_∞双向伺服控制系统研究[J];中国工程机械学报;2010年02期
3 石丽娜;陈志平;章序文;兰建华;;基于动网格的高压煤浆输送泵内部流场数值模拟优化研究[J];高校化学工程学报;2012年03期
4 陈健;史宝奇;周骥平;朱兴龙;;液压伺服关节缸体的有限元分析[J];中国制造业信息化;2006年13期
5 杜发荣;岳育元;;柱塞油泵的流场数值研究[J];科学技术与工程;2011年03期
6 张晓东;张培林;傅建平;王成;;基于动网格的火炮制退机内部流场数值模拟[J];南京理工大学学报(自然科学版);2010年04期
7 徐必勇;罗铭;刘显成;;新型多功能拆除机器人的研制[J];建筑机械;2013年05期
8 马幼捷，周雪松;直接反馈线性化理论概论[J];山东纺织工学院学报;1994年01期
9 刘华坪;陈浮;马波;;基于动网格与UDF技术的阀门流场数值模拟[J];汽轮机技术;2008年02期
10 赖庆仁;张学胜;赵永东;苏力刚;刘昶;;负重外骨骼机器人液压驱动系统的初步设计[J];液压与气动;2011年09期
本文关键词：新型旋转液压自伺服关节设计与优化研究，由笔耕文化传播整理发布。
本文编号：318968
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/318968.html
