折展式重载拆装机械力学分析与优化设计方法

发布时间：2017-05-12 18:20

  本文关键词：折展式重载拆装机械力学分析与优化设计方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本课题所研究的折展式重载拆装机械是用于“神光Ⅲ”国家重大项目的起重设备，用于主机物理诊断设备的装载及其靶室维护工作。同时该设备的工作原理也可用于需要重载高精度设备的其他工业领域，例如航空航天、船舶、大型装备等。文中对机构的原理进行了阐述，完成了机构运动学和动力学分析，给出了最优化设计方法。 针对总体设计要求，创新性地提出了一种折叠伸缩式的平面并联3RRP机构，并利用该机构的原理完成了拆装机械的结构设计。该创新机构具有折叠体积小，展开范围大的特点，展开收缩尺寸比高达5.0以上，使得机构设计不仅能满足工作空间的要求，，又能满足体积的限制。文中给出了整车的有限元静力分析，结果显示整车的变形只有1%，满足刚度要求。 文中基于矩阵法和坐标齐次变换，得到了机构末端在绝对坐标系的齐次变换矩阵，建立了拆装机械的运动学模型，推导了组件末端在绝对坐标系中位置坐标的显示表达式，得到了组件末端的有效空间分布，证明了拆装机械设计满足工作空间要求。对拆装机械的动臂和伸缩臂运动规律进行了分析，得到了机构的运动特性。 基于等效元素集成法对折展机构进行了多刚体系统动力学特性分析，推导了动力学方程的二阶转换矩阵及三阶转换矩阵，以及等效系统质量阵和等效力阵。通过正向求解方程，得到了液压缸受力的动力学响应。结合液压缸的静力学分析，得到了液压缸动载系数的表达式。 对折展机构进行了多目标优化，以伸缩臂液压缸在各个极限工况下的受力分析为基础，建立3RRP平面并联折展机构优化设计数学模型，获得了满足各个极限工况受力要求的液压缸的最小负载值，并求解得到了液压缸铰点安装位置及相关机构的尺寸。
【关键词】：重载拆装机械 折展机构 运动学分析 动力学分析 优化设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122;TH113
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题来源及研究的背景及意义9-10
• 1.2 重载拆装设备的发展现状及分析10-13
• 1.3 机构运动学及动力学分析方法评述13-14
• 1.4 机构优化设计方法评述14-15
• 1.5 本课题的主要研究内容15-16
• 第2章 折展式重载拆装机械总体设计及有限元分析16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 总体设计指标16
• 2.3 总体方案与结构设计16-19
• 2.3.1 功能原理设计16-17
• 2.3.2 折展式重载拆装机械的结构设计17-19
• 2.4 基于 ANSYS 的整车有限元静力分析19-22
• 2.4.1 整车的有限元模型建模20
• 2.4.2 极限工况下的整车有限元分析结果20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 拆装机械运动学建模与分析23-33
• 3.1 引言23
• 3.2 拆装机械运动齐次变换矩阵推导23-27
• 3.2.1 坐标系建立描述23-24
• 3.2.2 总齐次变换矩阵推导24-27
• 3.3 折展机构的运动学求解与分析27-32
• 3.3.1 机构展开运动规律分析27-31
• 3.3.2 组件的空间可达性求解31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 折展机构动力学建模与分析33-45
• 4.1 引言33
• 4.2 基于等效元素法的多刚体动力学方程33-34
• 4.3 折展机构动力学模型建立34-40
• 4.3.1 等效系统转换矩阵建立34-37
• 4.3.2 等效系统质量阵建立37-39
• 4.3.3 系统等效力阵39
• 4.3.4 折展机构多刚体动力学模型建立39-40
• 4.4 液压缸起升动载系数分析40-44
• 4.4.1 考虑动载效应的折展机构液压缸受力分析40-41
• 4.4.2 折展机构展开过程中的静力学分析41-43
• 4.4.3 液压缸动载系数确定43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 3RRP 平面并联折展机构优化设计45-54
• 5.1 引言45
• 5.2 多目标优化数学模型简述45-46
• 5.3 3RRP 平面并联折展机构优化设计数学模型建立46-52
• 5.3.1 坐标系建立及设计变量选取46-47
• 5.3.2 目标函数分析47-49
• 5.3.3 约束条件确定49-51
• 5.3.4 多目标优化数学模型51-52
• 5.4 3RRP 平面并联折展机构多目标优化模型求解52-53
• 5.4.1 多目标优化函数求解程序流程图52-53
• 5.4.2 优化函数求解结果53
• 5.5 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-58
• 攻读学位期间发表的学术论文58-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：360532