具有冗余运动的六自由度转台的优化设计研究

摘要

船舶运动模拟平台是在地面上模拟船舶在海洋中横摇，纵倾，转艏运动的试验装置。应用船舶运动模拟平台，可以在实验室中完成船舶操纵实验，达到缩短开发周期，节约试验成本，提高设计的可靠性和成功率的目的。
　　 论文首先对平台的主要部件进行了结构设计。完成的工作有：1)对回转平台提出了两种结构方案，利用有限元方法分析得出应力和位移云图后，根据安全性和经济性的要求优选出一种合理方案；2)对支撑平台提出一种初始方案，利用有限元方法分析计算得到应力位移云图后，根据各部分的应力位移的情况进行了原始方案的改进，对机构中薄弱的环节进行加强，安全裕量过大的部分进行尺寸调整以减轻重量，最终得出满足强度和刚度要求的合理的方案；3)上下铰链设计方案比较成熟，分析对比各种结构的优缺点后，提出了上下铰链的结构方案，最后利用有限元方法进行了结构强度和刚度的校核。
　　 论文还对平台的关键部件，如回转轴承、伺服电机、谐波减速器等进行了选型设计。根据平台的典型受力情况，即平台倾斜和实验设备偏离平台中心的情况，计算出回转轴承所承受的轴向力，径向力、回转力矩；伺服电机需要的功率和转矩；谐波减速器所需要的减速比和转矩，最后查阅相关手册选出合适的型号。
　　 论文最后建立了平台系统的虚拟样机，通过分析平台系统可能出现的各种极限状态，利用虚拟样机对平台运动机构可能出现的机械干涉情况进行了校核。