基于虚拟现实技术的串联机器人摆线针轮减速器设计

发布时间：2017-10-03 11:28

  本文关键词：基于虚拟现实技术的串联机器人摆线针轮减速器设计

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【摘要】：减速器作为机械传动中不可或缺的重要部件,已经在石油化工、船舶运输、汽车交通等领域获得广泛应用。近年来,越来越多关于减速器的研制开发、性能提升等专题的研究正在逐步开展,其研究的大方向是设计的减速器能够满足现代工业减速装置的性能要求,即在高速重载的条件下,减速器仍能高效的传递力矩,并且振动噪声在合理范围内。通常设计一个减速器,当工况要求不高时,减速器的结构尺寸并不会对传动系统造成多大的影响。但在高速、重载等特殊工况条件下,普通减速器的结构型式难以承受这种大载荷的传递,导致其寿命大幅缩短,对整个传动机构的传动性能、传动效率产生巨大影响。因此在保证减速器的优良的运转性能的前提下,如何高效开发减速器结构设计、数字化建模和CAE分析系统,成了工程技术人员的研究目标。本文对摆线针轮减速器的参数化设计,结构设计,三维建模,有限元分析及虚拟现实装配等专题进行了研究,阐述了各专题研究的意义及其相互关系。主要研究内容如下：1)基于功率,转速及转动比,结合材料力学、机械设计理论,得到减速器的主要结构参数。2)摆线针轮减速器三维数字化建模。利用三维软件Pro/E,基于各零件几何参数及其之间函数关系,定义其三维模型中的特征参数,对其进行数字化参数化建模,得到主要全部零件和总成三维模型。3)针对摆线齿与针齿工作表面易发生因弯曲应力过大产生点蚀和胶合及针齿销的折断这一现象,对摆线轮各部分之间的作用力及弯曲强度进行理论计算。基于ANSYS有限元分析,得到摆线轮应变图、位移矢量图及其弯曲应力分布图,可直观的观察摆线轮的弯曲强度是否满足要求。同样针对摆线针轮齿面易发生因接触应力过大产生失效这一现象,对摆线针轮齿面的最大接触应力进行理论计算。基于Workbench接触分析,得到摆线齿和针齿齿面接触应力分布图,可直观的观察摆线轮齿的接触强度是否满足要求。4)将所有的零件全部添加到Quest3D软件中,并将其全部复制到一个工作界面,对各零件的虚拟装配环境场景、装配移动速度、相对装配关系等进行程序开发,检验装配工艺和结构设计的合理性。分析过程中探讨了三维软件Pro/E与有限元软件ANSYS的整合应用,从而实现了建立在Pro/E-ANSYS软件环境下对摆线针轮减速器的计算机辅助工程设计。最后利用Quest3D虚拟现实软件对摆线针轮减速器装配体进行拆卸和组装,从而在设计阶段就可以对所设计的零件甚至整机进行加工工艺分析,可装配性分析及可制造性分析。
【关键词】：摆线针轮减速器 结构设计 三维建模 有限元分析 虚拟装配 Quest3D
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.46;TP242
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 摆线针轮减速器的研究现状12-13
• 1.3 本文的研究思路13-14
• 1.4 本文的研究内容和结构14-16
• 第2章 摆线针轮减速器的参数化设计16-30
• 2.1 摆线针轮减速器概述16-17
• 2.2 摆线针轮减速器传动原理17-18
• 2.3 摆线齿廓的形成18-21
• 2.3.1 两圆外接形成法18-19
• 2.3.2 两圆内接形成法19
• 2.3.3 两圆形成法的关系19-21
• 2.4 摆线针轮行星传动的啮合原理21-23
• 2.4.1 摆线针轮行星传动的齿廓21-22
• 2.4.2 连续啮合条件22-23
• 2.5 主要零件设计23-28
• 2.5.1 减速器主要参数23-25
• 2.5.2 输入轴设计25-26
• 2.5.3 输出轴设计26-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第3章 摆线针轮减速器数字化建模30-37
• 3.1 Pro/E软件简介30-31
• 3.2 Pro/E参数化建模31-36
• 3.2.1 输入轴三维建模31-32
• 3.2.2 摆线轮三维建模32-33
• 3.2.3 输出轴三维建模33-34
• 3.2.4 其他零件三维模型34-35
• 3.2.5 装配图及爆炸图35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 基于有限元分析方法的摆线针轮减速器CAE37-56
• 4.1 ANSYS软件的介绍37
• 4.2 CAE的发展状况37-38
• 4.2.1 从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题37-38
• 4.2.2 从单一坐标体系发展多种坐标体系并且能建立三维模型38
• 4.2.3 由求解线性工程问题进展到分析非线性问题38
• 4.2.4 与CAD软件的无缝集成38
• 4.3 摆线针轮行星齿轮传动的作用力分析38-45
• 4.3.1 针齿作用于摆线轮齿廓上的力38-42
• 4.3.2 W机构销轴作用于摆线轮销孔上的力42-44
• 4.3.3 转臂轴承作用于摆线轮内孔上的力44-45
• 4.4 摆线轮的弯曲应力分析45-49
• 4.4.1 Pro/E模型导入ANSYS软件中45
• 4.4.2 定义材料,建立分析模型45-46
• 4.4.3 网格划分46
• 4.4.4 边界条件的施加46-47
• 4.4.5 求解与后处理47-48
• 4.4.6 结果分析48-49
• 4.5 摆线针轮传动接触应力分析49-51
• 4.5.1 传动元件的损坏形式49
• 4.5.2 摆线针轮齿面接触强度计算49-51
• 4.6 基于Workbench软件对摆线针轮齿面的接触分析51-54
• 4.6.1 三维网格模型的建立51-52
• 4.6.2 设置接触对52
• 4.6.3 定义边界条件52-53
• 4.6.4 求解与后处理53-54
• 4.6.5 结果分析54
• 4.7 本章小结54-56
• 第5章 基于Quest3D软件的摆线针轮减速器虚拟装配56-65
• 5.1 虚拟现实技术的概念和特征56-57
• 5.2 虚拟现实开发平台Quest3D介绍57
• 5.3 文件转化及导入57-60
• 5.3.1 格式转换58-59
• 5.3.2 文件导入59-60
• 5.4 虚拟装配60-62
• 5.4.1 编辑逻辑图60-61
• 5.4.2 虚拟拆卸61
• 5.4.3 虚拟组装61-62
• 5.5 虚拟装配操作控制及结果图62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 结论和展望65-67
• 6.1 本论文完成的工作65-66
• 6.2 本论文相关工作的进一步展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文和成果目录72-73
• 致谢73

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本文编号：964946