振荡拉软机传动机构的仿真与多目标驱动优化

摘要

振荡拉软机是皮革生产中必不可少的制革机械之一，本文以某双排对称式振荡拉软机为研究对象，针对机器存在的问题进行深入的研究，重点对拉软机传动机构进行相应的分析及改进设计。主要研究工作包括如下几个方面:
　　(1)将参数化好的三维模型导入ADAMS中建立虚拟样机模型，将拉软机二分之一模型简化为曲柄滑块机构，通过理论计算得到拉软机轴承座处支反力表达式，将MATLAB中支反力曲线、ADAMS中测得曲线、实际测试曲线进行对比，以验证ADAMS中模型的正确性，为后续的仿真分析准备数据。
　　(2)通过验证主要参数找出带传动失效原因为传递功率问题，提出三种改进方案并进行综合比较得到最佳方案，同时对改进后方案进行关键部位处轴承进行寿命校核，轴承的寿命都满足设计要求。
　　(3)对拉软机连杆进行强度校核以确定优化空间，根据ADAMS中受力情况确定受压受拉两个分析工况，首先采用惯性释放方法研究其应力和变形，后续对连杆进行静力分析，并且搭建应力应变测试平台对其进行实际应力测试，综合比较三者误差以评估有限元仿真结果的正确性。
　　(4)对连杆进行结构拓扑优化以获得较好的优化方案，根据拓扑优化得到可以对连杆大端、小端以及肋板做出适当的减小。在此基础上采用多目标驱动优化进行定量的优化。选取连杆大端外径、小端外径以及加强筋宽度作为设计输入变量，选取连杆整体质量、最大压力和拉力工况下的最大等效应力作为设计输出变量，设定相关参数得到三个候选点，对三个候选点进行分析并结合实际确定最终的方案并对优化后的连杆重新进行校核与验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 拉软机国内外研究现状

1．3 振荡拉软机的工作原理

1．4 振荡拉软机的主要问题

1．5 本文主要研究内容

第二章 振荡拉软机的建模与验证

2．1 基于SolidWorks对拉软机进行参数化建模

2．1．1 SolidWorks软件简介

2．1．2 SolidWorks建模过程

2．1．3 SolidWorks模型参数化方法

2．2 基于MSC／ADAMS对拉软机建立虚拟样机模型

2．2．1 MSC／ADAMS软件简介

2．2．2 ADAMS中振荡拉软机模型的建立与预处理

2．2．3 ADAMS仿真环境设置

2．2．4 添加约束与冗余约束分析

2．2．5 添加载荷与驱动

2．3 ADAMS模型仿真与正确性验证

2．3．1 运动学动力学理论计算与ADAMS测量数据对比

2．3．2 实际测量数据与ADAMS数据对比

2．4 ADAMS仿真与分析与后处理

2．4．1 左端连杆受力分析

2．4．2 右端连杆受力分析

2．5 本章小结

第三章 振荡拉软机带传动校核与改进设计

3．1 V带传动概述

3．2 V带基本参数的验算

3．2．1 V带传递功率的验算

3．2．2 带速v的验算

3．2．3 带工作时有效拉力的验算

3．3 改进措施

3．3．1 方案一：更换带型

3．3．2 方案二：增加V带根数

3．3．3 方案三：增加小带轮直径

3．4 改进措施的选择与验证

3．4．1 方案之间比较与确定

3．4．2 方案的验证

3．5 本章小结

第四章 振荡拉软机连杆有限元分析

4．1 ANSYS Workbench简介

4．2 连杆惯性释放分析

4．2．1 惯性释放理论

4．2．2 几何模型的建立与网格划分

4．2．3 载荷与边界条件的添加

4．2．4 有限元结果分析

4．3 连杆静力结构分析

4．3．1 几何模型的建立与网格划分

4．3．2 载荷与边界条件的添加

4．3．3 有限元结果分析

4．4 本章小结

第五章 拉软机连杆应力应变测试

5．1 应变测试理论

5．1．1 应变片测试原理

5，1．2 应变片测量电路

5．1．3 非线性误差分析

5．1．4 等效应力计算方法

5．2 应变测试系统的构建与验证

5．2．1 应变测试系统总体组成

5．2．2 应变测试系统测试步骤

5．2．3 应变测试系统可行性验证试验

5．3 连杆应力现场测试与分析

5．3．1 测试设备

5．3．2 测点的选择与应变片布置

5．3．3 测试工况选择与测试数据处理

5．3．4 有限元分析与实验数据对比

5．4 本章小结

第六章 连杆拓扑优化与多目标驱动优化

6．1 连杆拓扑优化

6．1．1 拓扑优化理论基础

6．1．2 拓扑优化模型建立与参数设置

6．1．3 拓扑优化结果分析

6．2 多且标驱动优化

6．2．1 连杆参数化建模及目标函数的确定

6．2．2 多目标驱动优化设置

6．3 优化设计结果分析

6．3．1 候选设计点分析

6．3．2 设计变量灵敏度分析

6．3．3 响应曲面分析

6．3．4 优化方案的确定与校核

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录