海洋采矿机械手设计及有限元计算

摘要

随着人口的增长,人类社会面临着资源日益锐减的局面,开发和寻求的新的资源成为了人类生存发展的趋势,陆地资源的减少使人们把资源的开发利用的目标转向了太空和海洋。海洋面积占地球面积的71％,其开发利用的潜能不可估量。可以说海洋简直就是一个聚宝盆,其中矿产资源的种类就令人惊叹。在深海地区,蕴藏着多金属结核矿和硫化矿,这些矿产又是人类生存发展的重要资源。近年来科学家们在大洋底发现了这样一种极具开采价值的矿产资源“热液硫化物”,它是一种块状或者软泥状的海底矿藏,数量相当巨大,是一种极有开发前途的大洋矿产资源。对于这样一种矿藏的开采,急待研制性能良好的开采工具,本文研究的机械手就是这样一种试制的进行海洋矿产开采的工具。
　　本文是在中南矿冶研究院金星教授的海洋开发项目《深海热液硫化物可视抓网》研究基础上,主要对其开发试制的机械手进行虚拟样机的研究,主要内容包括:对连杆运动学数学理论空间向量的坐标转换进行了分析,对连杆动力学方程-拉格朗日动力学方程进行了推导;分析了机械手结构设计方法并对机械手的零部件在SolidWorks中进行了建模及其装配,而且对机械手的结构进行了分析;运用有限元软件Workbench建立了机械手的有限元模型,运用米塞斯强度屈服理论,针对机械手固定爪臂的极端工况下的强度校核;运用COSMOSMotion动力学分析软件对机械手进行了刚体静力学及动力学的仿真,对机械手的运动学物理量进行了分析,并研究了重力对机械手运动的影响。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 深海热液硫化物的研究现状

1.3 机械手的基本组成及分类

1.4 机械手研究进展

1.5 计算机仿真技术简介

1.6 机械手运动学、动力学研究概况

1.7 本文研究主要内容

第2章 机械手连杆运动学理论

2.1 引言

2.2 连杆位姿矩阵及坐标一般变换

2.3 连杆运动学D-H法

本章小结

第3章 机械手连杆动力学分析理论

3.1 引言

3.1 拉格朗日—欧拉动力学方程

3.2 连杆机构动能

3.3 连杆机构势能

3.4 连杆机构动力学方程的建立

本章小结

第4章 机械手结构设计

4.1 引言

4.2 机械手设计原理方案

4.3 机械手的设计过程与机械手结构

4.4 机械手零部件三维建模及装配

4.5 机械手材料和质量属性

本章小结

第5章 机械手强度校核

5.1 引言

5.2 有限元分析基本理论

5.3 机械手的强度校核

本章小结

第6章 机械手动力学仿真分析

6.1 引言

6.2 SolidWorks仿真软件简介

6.3机械手的静力学接触仿真

6.4机械手的非接触动力学仿真

本章小结

总结与展望

1本文总结及结论

2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果