某装填机械手关键机构可靠性分析

发布时间：2017-10-19 07:27

  本文关键词：某装填机械手关键机构可靠性分析

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【摘要】：该装填机械手是某大口径火炮自动装填系统的关键部件之一。自动装填系统是为应对未来复杂多变的战场环境提高火炮生存能力而产生的,采用了自动机、模块装药等技术,提高了火炮射速和威力,同时也带来了相应的可靠性问题。本文以“十二五”研究课题为背景,应用机构可靠性、运动学、多体系统动力学、运动副磨损、截尾分布、人工神经网络、优化设计等理论对装填机械手的关键机构可靠性问题进行了深入研究,为工程实际提供理论依据和参考。主要研究内容如下：(1)分析了装填机械手的整体结构、工作原理和影响其可靠性的随机因素。建立了机械手运动学方程和运动精度可靠性功能函数,假设基本变量服从截尾正态分布的基础上,推导了考虑构件参数随机性的运动精度可靠性计算公式,数值模拟了考虑输入运动随机性的运动精度可靠度。(2)为解决运动精度可靠性分配问题,建立了基于成本最小化的可靠性分配模型。算例表明,优化后的分配结果不仅满足可靠性指标要求而且大幅降低加工制造成本。(3)基于多体系统动力学软件平台,建立起机械手的动力学仿真模型。通过对回转架体的柔性化处理得到刚柔耦合动力学模型,研究了回转架体的刚度和强度。(4)基于多学科集成优化平台,研究了随机因素影响下平动部件平移驱动力的分布特征,研究了弹簧刚度性能退化时抱弹部件动作可靠性,探索了人工神经网络应用于可靠性分析。(5)基于Archard磨损方程,建立了平面运动副磨损计算模型,分别研究了回转部件齿轮副和抱弹部件凸轮副的磨损情况,得到了抱弹部件可靠度随磨损周期的变化规律。
【关键词】：装填机械手 随机因素 机构可靠性 可靠性分配 运动副磨损
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ303.3;TP241
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 机构可靠性研究的意义和发展概况9-10
• 1.2 机构可靠性研究的内容10-11
• 1.3 装填机械手11-16
• 1.3.1 机械手的组成和工作原理12-14
• 1.3.2 影响机械手机构可靠性的主要因素14-15
• 1.3.3 本文主要研究内容15-16
• 2 机构可靠性分析方法16-25
• 2.1 应力强度干涉模型16
• 2.2 截尾分布理论16-19
• 2.2.1 截尾分布理论16-17
• 2.2.2 正态分布及其截尾分布17-19
• 2.3 建立机构可靠性功能函数19-20
• 2.3.1 机构的输出函数表达式19
• 2.3.2 机构的输出误差19-20
• 2.3.3 机构的可靠性功能函数20
• 2.4 分析方法20-24
• 2.4.1 均值一次二阶矩法21
• 2.4.2 改进一次二阶矩法21-22
• 2.4.3 数值模拟法22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 机械手整体的机构可靠性研究25-37
• 3.1 机械手的运动学方程25-28
• 3.1.1 D-H矩阵法25-26
• 3.1.2 机械手的运动学方程26-28
• 3.2 机械手运动精度可靠性28-32
• 3.2.1 构件参数随机性对机械手精度的影响28-30
• 3.2.2 输入运动随机性对机械手精度的影响30-32
• 3.3 基于成本最小化的可靠性分配32-36
• 3.3.1 精度-成本模型33
• 3.3.2 成本最小化可靠性分配模型33-34
• 3.3.3 多岛遗传优化算法求最优解34
• 3.3.4 算例34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 机械手子部件的机构可靠性研究37-62
• 4.1 回转部件的可靠性分析37-42
• 4.1.1 回转架体刚度和强度分析38-41
• 4.1.2 座圈与编码器齿轮的传动精度分析41-42
• 4.2 抱弹部件张合动作可靠性分析42-49
• 4.2.1 性能退化模型43-44
• 4.2.2 抱弹部件张合动作可靠性数学建模44-46
• 4.2.3 仿真计算46-49
• 4.3 平动部件的平移动作可靠性分析49-60
• 4.3.1 平动部件数学建模50-51
• 4.3.2 ADAMS-ISIGHT联合仿真建模51-55
• 4.3.3 基于BP神经网络的平移动力分析55-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 机械手运动副磨损及磨损影响下的机构可靠性研究62-79
• 5.1 运动副磨损研究62-67
• 5.1.1 运动副磨损研究现状62
• 5.1.2 运动副摩擦力分析62-64
• 5.1.3 运动副磨损计算模型64-67
• 5.2 基于动力学仿真的回转部件齿轮副磨损计算67-72
• 5.2.1 回转部件的齿轮副动力学模型68-69
• 5.2.2 回转部件的齿轮副磨损仿真计算69-72
• 5.3 基于网格变形技术的抱弹部件凸轮副磨损计算72-76
• 5.3.1 凸轮副动力学模型72-73
• 5.3.2 磨损模型中参数确定73-74
• 5.3.3 抱弹部件凸轮副磨损仿真计算74-76
• 5.4 磨损影响下的抱弹部件机构可靠性分析76-78
• 5.5 本章小结78-79
• 6 总结与展望79-81
• 6.1 本文主要工作79
• 6.2 本文创新点79-80
• 6.3 研究展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 附录86-93
• 附录A86-87
• 附录B87-91
• 附录C91-93

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本文编号：1059811