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构型复杂曲面切割变胞机构设计与其动态特性

收藏本文 2024-04-14 点赞:9797 浏览:36117 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:我国在造船技术和装备制造方面与国外有很大的差距,尤其在大型空间复杂曲面切割这一舰船制造的关键技术方面,它制约并影响了我国造船技术水平的提升和进展。由此,如何解决大型空间复杂曲面大开口、变姿态、变轨迹的切割不足,对于提升我国舰船制造业的技术水平具有重要学术作用和运用价值。本论文在对国内外切割装备综合浅析的基础上,对大型空间复杂曲面切割机进行了原理结构设计,并对水平旋转机构、垂直升降机构以及径向调整机构等进行了详细的结构选型和设计。以实现割变姿态、变轨迹切割为目的,对曲面切割机割摆动机构进行构型设计与浅析,完成了变胞切割机构的原理结构设计。在对切割机摆动机构变胞特性浅析的基础上,利用基因建模论述建立变胞机构各个工作构态的基因模型,并对其进行构型进化设计得出变胞机构源构态构型。运用图论和邻接矩阵法进行变胞机构构型综合浅析,推导出变胞切割机构的变胞方程和变胞矩阵,以矩阵的角度直观地描述了构态之间的转换。在利用旋量策略表示空间刚体运动的基础上,建立复杂曲面切割机串并联机构的运动学指数积公式的完整表示形式,并在MATLAB中完成运动学方程的数值计算。利用ADAMS对曲面切割机串并联机构进行运动仿真验证,仿真结果说明了旋量策略在空间串并联机构运动学浅析中的实用性。将关节的4个D-H参数误差等效为轴线误差旋量,建立各个关节轴线含有误差旋量的旋量坐标,推导出了含有误差旋量的串并联机构运动学指数积公式,得出了末端工具坐标系的位姿误差模型。按照上面陈述的误差浅析策略,用MATLAB对复杂曲面切割机构进行运动误差数值计算,并将计算结果和ADAMS仿真结果进行比较,说明了旋量策略在串并联机构误差浅析中的正确性。将变胞运动副作为变胞机构的闭链切断铰,通过引入切断铰的约束方程建立了曲面切割机变胞机构的全构态Kane动力学方程。浅析了曲面切割机变胞机构构态切换时的运动冲击不足,以制约主动件运动规律的角度提出了减小冲击的策略,通过ADAMS仿真验证了该策略的有效性,为以后深入探讨曲面切割机变胞机构提供论述基础。关键词:复杂曲面切割机论文变胞机构论文构型设计论文误差浅析论文全构态动力学方程论文

    摘要5-6

    Abstract6-11

    第1章 绪论11-21

    1.1 课题背景及探讨的目的和作用11

    1.2 国内外数控切割技术的探讨近况与浅析11-15

    1.2.1 我国数控切割技术论述及运用进展近况12-13

    1.2.2 国外数控切割技术论述及运用进展近况13-15

    1.3 国内外变胞机构探讨近况与浅析15-18

    1.3.1 国内外变胞机构基础论述探讨近况与浅析15-16

    1.3.2 国内外变胞机构相关运用的探讨近况与浅析16-18

    1.4 本课题的主要探讨内容18-21

    第2章 复杂曲面切割机的原理结构设计与浅析21-33

    2.1 舰船大型空间复杂切割曲面数学建模21-25

    2.1.1 直口切割时的相贯线及切割厚度计算22-23

    2.1.2 坡口切割的切割厚度计算23-25

    2.2 空间复杂曲面切割机总体设计要求25-26

    2.2.1 复杂曲面切割机的多工作构态切割要求25-26

    2.2.2 复杂曲面切割机的切割性能指标要求26

    2.3 空间复杂曲面切割机的原理结构设计26-30

    2.3.1 水平旋转机构结构设计27-28

    2.3.2 垂直升降机构结构设计28-29

    2.3.3 径向调整机构结构设计29-30

    2.4 摆动机构的构型选择与结构设计30-32

    2.4.1 摆动机构的构型案例选择30-31

    2.4.2 摆动机构的结构设计31-32

    2.5 本章小结32-33

    第3章 复杂曲面切割机变胞机构构型综合与浅析33-47

    3.1 曲面切割变胞机构变胞特性浅析33-34

    3.2 基于基因建模论述的空间曲面切割变胞机构构型进化设计34-38

    3.2.1 变胞机构基因建模论述及构型进化浅析35-36

    3.2.2 曲面切割变胞机构构型进化浅析36-38

    3.3 空间复杂曲面切割机变胞机构构型综合及构态演变浅析38-46

    3.3.1 基于图论策略的变胞机构构态描述38-39

    3.3.2 基于邻接矩阵法的变胞机构构态描述39-41

    3.3.3 变胞机构构态变换的数学描述41-46

    3.4 本章小结46-47

    第4章 复杂曲面切割变胞机构运动学及误差浅析47-65

    4.1 旋量论述运用基础47-49

    4.1.1 刚体的运动旋量和旋量坐标47-49

    4.1.2 机构运动学描述的指数积论述49

    4.2 基于旋量论述的曲面切割机变胞机构运动浅析49-56

    4.2.1 基于旋量论述的空间串并联机构运动学建模策略50-51

    4.2.2 复杂曲面切割机串并联机构的运动学浅析51-55

    4.2.3 基于 ADAMS 的复杂曲面切割机运动学浅析的仿真验证55-56

    4.3 基于旋量论述的曲面切割机运动误差建模与浅析56-63

    4.3.1 驱动关节轴线的误差旋量的浅析与表示策略56-58

    4.3.2 基于误差旋量的串并联机构位姿误差建模策略58-59

    4.3.3 空间曲面切割机串并联机构运动误差建模浅析59-62

    4.3.4 基于 ADAMS 的复杂曲面切割机割炬位姿误差浅析仿真验证62-63

    4.4 本章小结63-65

    第5章 复杂曲面切割机变胞机构动力学浅析与仿真探讨65-79

    5.1 基于旋量论述的 Kane 动力学方程65-69

    5.1.1 Kane 动力学方程介绍65-67

    5.1.2 物体速度雅克比矩阵的推导67-68

    5.1.3 基于旋量论述的 Kane 动力学方程68-69

    5.2 空间复杂曲面切割机变胞机构的动力学建模69-75

    5.2.1 构件物体速度雅克比矩阵的计算70-73

    5.2.2 构件广义主动力旋量和广义惯性力旋量的计算73-74

    5.2.3 复杂曲面切割变胞机构的全构态动力学方程74-75

    5.3 空间复杂曲面切割机变胞机构构态变换稳定性75-78

    5.3.1 曲面切割变胞机构构态切换时刻的冲击不足75-77

    5.3.2 曲面切割变胞机构构态稳定切换条件与仿真77-78

    5.4 本章小结78-79

    结论79-81

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