基于虚拟样机技术的双螺旋副旋转油缸结构参数设计与优化

论文摘要

旋转油缸是一种常用的液压装置,能把活塞的直线运动转变成旋转运动并做功,目前广泛地应用于各行各业中,根据旋转油缸的应用场合不一样,对旋转油缸的结构和性能要求也有所不同。在旋转油缸的传统设计过程中,设计人员主要根据自己以前的经验,结合前人的经验公式和设计参数来进行产品的具体设计,这样很难实现旋转油缸的优化设计。为了降低设计成本,缩短设计周期,本文把虚拟样机技术应用于旋转油缸的设计和研究中。本文借助于虚拟样机技术,结合Pro/E的三维实体造型和运动学仿真功能、ADAMS的动力学仿真功能以及ANSYS的静力学分析功能,对旋转油缸进行了设计与研究。首先利用Pro/E软件实现了360度双螺旋副旋转油缸的三维物理建模和虚拟装配,并对装配模型进行了干涉检查和运动学分析。结合装配实体模型,建立了360度双螺旋副旋转油缸的多体动力学模型,并进行了动力学分析,仿真结果与理论计算结论基本一致,验证了虚拟样机模型的合理性和正确性。研究了不同牙形角参数时输出螺杆的旋转特性和轴承受力特性。建立了有限元静力学分析模型,研究了360度双螺旋副旋转油缸的关键零件的应力、应变特性,为油缸的结构设计和优化提供了可靠依据。最后搭建了360度双螺旋副旋转油缸实验平台,进行了实验验证研究,验证了研究结论的正确性,达到了预期的研究目标。本文中所使用的设计思维和方法对启迪其它产品的开发研究也有一定的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.3 本课题来源及研究内容
• 第二章 360度双螺旋副旋转油缸的结构设计及运动学分析
• 2.1 螺旋油缸结构形式的选择
• 2.1.1 非圆活塞式摆动液压缸
• 2.1.2 花键活塞式摆动液压缸
• 2.1.3 带导向杆式螺旋摆动液压缸
• 2.1.4 双螺旋摆动液压缸
• 2.2 360度双螺旋副旋转油缸的工作原理和主要参数确定
• 2.2.1 液压缸的工作原理分析
• 2.2.2 液压缸的液压参数分析
• 2.2.3 螺纹副的类型及螺纹参数
• 2.2.4 双级螺旋结构设计
• 2.2.5 液压缸的结构分析
• 2.2.6 设计、粗选其它零部件
• 2.3 360度双螺旋副旋转油缸三维实体建模和运动分析
• 2.3.1 双螺旋结构的三维实体建模
• 2.3.2 360度双螺旋副旋转油缸的装配过程
• 2.3.3 360度双螺旋副旋转油缸的运动学分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于ADAMS的360度双螺旋副旋转油缸动力学分析
• 3.1 多体系统动力学理论与ADAMS软件
• 3.2 刚体动力学模型建立流程
• 3.3 动力学仿真分析及结构优化
• 3.3.1 动力学仿真模型的建立
• 3.3.2 仿真结果分析及结构优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 360度双螺旋副旋转油缸关键零件的有限元分析
• 4.1 结构有限元的分析过程
• 4.2 旋转油缸关键零件的有限元分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 360度双螺旋副旋转油缸的实验研究
• 5.1 实验方案
• 5.1.1 实验原理
• 5.1.2 实验设备
• 5.2 实验数据及结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果