基于多杆系统的高速辊床研究与优化设计

摘要

随着工业现代化的发展，对自动化输送机的需求也日益增多，在汽车制造等行业中，需要一些地面柔性输送系统以提高制造过程的现代化程度，使用辊床输送系统进入汽车制造的焊装、涂装、总装等生产过程，能满足汽车行业的某些特殊需要，其特点及优势是往复式输送机和板式输送机无法替代的。为适应这一需求，本文在参考了国外汽车装焊生产线的基础上，引进、消化、吸收国外先进技术，对多杆系统的高速辊床进行了研究。
　　 首先，介绍了课题的研究背景及其在国内外的发展现状，对论文研究过程中所应用到的理论和方法进行了系统的概述，包括多刚体系统动力学、参数化设计方法、有限元法。
　　 其次，对高速辊床输送系统进行了分析研究，研究了高速辊床输送系统的结构组成以及运动方式、功能实现方式;通过对比几种升降方式，以连杆机构的升降方式为研究对象，分别利用解析法和虚拟样机仿真法，对高速辊床升降机构的运动规律进行研究，借助MATLAB软件进行辅助绘图，分析了升降机构在工作过程中的运动学特性，结果表明两者具有很好的一致性，为进一步对机构的优化设计提供了可靠的基础。
　　 然后，利用参数化设计的方法，对虚拟样机模型进行优化分析，得到了合理的机构位置参数，实现了升降机构的参数化设计;利用ADAMS进行动力学仿真，分析升降机构在运行过程中电机转矩、摇杆速度以及各铰链处载荷，为机构的设计和有限元分析提供了依据。
　　 最后，以升降机构的动力学仿真获得的动态载荷作为有限元分析的边界条件，运用ANSYS对摇轩进行应力应变分析，计算机构随时间变化激励载荷下的响应，得出了最大危险点的应力分布。采用疲劳理论计算构件的疲劳寿命，验证了机构强度和寿命设计的正确性。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的与意义

1．2 汽车焊接生产线输送方式

1．2．1 输送设备分类

1．2．2 辊床输送系统的特点及应用

1．3 国内外发展概况

1．3．1 国外情况

1．3．2 国内情况

1．4 本论文研究内容和方法

第二章 多杆系统建模及优化方法

2．1 多刚体系统动力学基础

2．1．1 多刚体系统动力学

2．1．2 建模与求解

2．2 参数化设计基础

2．2．1 参数化设计概述

2．2．2 参数化设计流程

2．3 有限元法

2．3．1 有限元理论

2．3．2 疲劳理论

2．4 本章小结

第三章 升降高速辊床输送系统研究

3．1 升降高速辊床结构和工作原理

3．1．1 底座机构

3．1．2 升降驱动机构

3．1．3 水平驱动机构

3．1．4 电气控制系统

3．1．5 升降辊床的工作原理

3．2 升降高速辊床的设计

3．2．1 升降机构的初步设计

3．2．2 同步举升机构设计

3．2．3 水平机构的设计

3．2．4 控制系统设计

3．3 升降机构的运动分析与计算

3．3．1 运动学数学模型的建立

3．3．2 基于MATLAB的运动学辅助分析

3．3．3 基于ADAMS的建模仿真

3．4 本章小结

第四章 高速辊床升降机构的优化设计与动力学分析

4．1 升降机构的参数化建模

4．1．1 设计变量

4．1．2 约束条件

4．1．3 优化目标

4．2 升降机构的优化分析

4．2．1 设计研究

4．2．2 仿真试验

4．2．3 机构优化

4．3 升降机构的动力学分析

4．3．1 升降机构模型简化

4．3．2 虚拟样机模型的建立

4．3．3 升降机构的动力学分析

4．4 本章小结

第五章 高速辊床传动机构的有限元分析

5．1 传动机构瞬态动力学分析

5．1．1 瞬态动力学概述

5．1．2 瞬态动力学分析过程

5．1．3 瞬态动力学分析结果

5．2 传动机构疲劳分析

5．2．1 疲劳分析方法

5．2．2 疲劳分析过程

5．2．3 疲劳分析结果

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文