面向产品族的大型铣齿机模块化产品平台设计与优化研究

摘要

为了提高产品对用户需求的适应性，提高产品的质量、使产品更具有竞争力。本文将模块化平台设计方法与可适应设计的思想引入到齿轮机床产品的设计中，讨论了模块化设计原理和方法在大型铣齿机设计中的具体应用，阐述了铣齿机的模块化产品平台的设计过程，在对铣齿机进行了功能分析、模块划分、产品族设计的基础上对铣齿机模块化产品平台进行构建和多级优化设计。本文主要的研究内容包括： 1）对铣齿机的需求及其设计技术研究现状进行综述，阐述了模块化设计与可适应设计的基本概念及其相关技术的研究现状，提出了本课题的研究内容。 2）对铣齿机模块化产品平台的构建原理进行研究，研究了铣齿机需求分析的一般方法，进而对其模块化产品平台的规律与方法进行了探讨，并且对铣齿机产品结构优化设计的一般数学模型进行介绍。 3）在对铣齿机进行需求分析，对市场现有产品调查的统计基础之上，利用相似度计算和聚类分析相关方法对产品平台进行初步设计。将铣齿机按功能原理进行建模，并对其功能分解，将铣齿机模块化。通过模块选取与重新组合，构建铣齿机的模块化产品平台。 4）在对铣齿机铣削力进行计算的基础上，利用有限元软件ANSYS对铣齿机的静、动态性能进行分析，找出其中的薄弱环节，为后面的优化打下基础。 5）为实现铣齿机的优化设计，将多级优化和灵敏度分析用于铣齿机各主要模块以及整机的优化设计，最后对优化结果进行综合评价。 6）介绍齿轮加工机床模块化软件原型系统，对齿轮机床模块化产品平台的模块库进行初步设计，并针对内齿铣齿机创建其模块数据库。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1齿轮加工技术的发展

1.1.1齿轮加工的发展

1.1.2大型齿轮需求

1.1.3铣齿机的研究现状

1.2模块化产品平台设计相关技术研究现状

1.2.1产品族设计研究

1.2.2产品平台设计

1.2.3模块化设计

1.2.4模块化产品族设计方法

1.3可适应设计的研究现状

1.3.1可适应设计概念

1.3.2可适应设计研究现状

1.4机械结构优化技术研究现状

1.5神经网络近似模型

1.6课题的提出和研究内容

1.6.1课题的提出和意义

1.6.2课题研究内容

第二章 铣齿机模块化产品平台设计的基本原理

2.1铣齿机模块化产品平台设计过程

2.2铣齿机产品平台规划

2.2.1需求分析一般方法

2.2.2铣齿机产品平台的规划方法

2.3结构优化设计的数学模型

2.4面向产品族的模块化产品平台设计流程

2.5本章小结

第三章 铣齿机产品族与模块化产品平台规划

3.1铣齿机的需求分析

3.2铣齿机模块化产品平台构建

3.2.1相似度(差异度)计算

3.2.2聚类分析

3.2.3聚类分析应用实例

3.3功能原理建模

3.3.1功能分解

3.3.2功能模块建立

3.4铣齿各模块结构设计

3.4.1整机总体布局设计

3.4.2各主要部件结构的确定

3.4.3基于功能独立的模块选取与重新组合

3.5本章小结

第四章 铣齿机结构建模与静动态性能分析

4.1铣齿机有限元模型建立

4.2铣齿机切削力分析

4.3整机静态分析

4.4整机模态分析

4.5本章小结

第五章 铣齿机多级优化设计

5.1整机优化模型建立及任务分解

5.2铣齿机变量化、灵敏度分析

5.2.1刀架的灵敏度分析

5.2.2床身的灵敏度分析

5.2.3立柱的灵敏度分析

5.3铣齿机多级优化数学模型的建立

5.3.1 MDO基本概念介绍

5.3.2多学科优化软件iSIGHT介绍

5.3.3建立多级优化模型

5.4优化结果分析和评价

5.4.1优化结果分析

5.4.2整机性能评价

5.5刀架神经网络模型的建立

5.6本章小结

第六章 面向产品族的铣齿机模块化产品平台数据库的创建

6.1软件原型系统功能

6.2软件原型系统总体结构

6.3软件平台实现工具简介

6.3.1 SOLIDWORKS及其二次开发工具

6.3.2 ANSYS及其二次开发工具

6.3.3 MYSQL数据库简介

6.4面向产品族的铣齿机模块化产品平台数据库的创建

6.5本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢