某减速器结构分析与优化

某减速器结构分析与优化

论文摘要

减速器是电动舵机的重要部件,其主要作用是将电机的高速转动转变为导弹舵面的低速偏转。随着导弹武器系统性能的不断提高,减速器呈现了小型化、轻质化的发展趋势,同时其所处的力学环境也更加恶劣。因此,对减速器的进行结构分析与优化设计具有重要的工程意义。本文以某滚珠丝杠减速器为研究对象,对其进行结构分析,并在对其进行参数建模的基础上,采用遗传算法对减速器进行了结构优化设计。主要研究内容如下:建立了某滚珠丝杠减速器的三维有限元模型,准确模拟了部件间的多种连接关系,采用有限元软件MSC.Marc/Nastran对滚珠丝杠减速器进行了非线性静力分析、动力分析。研究了利用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL(Patran Command Language)实现减速器参数化建模的相关技术,编制了某滚珠丝杠减速器的的PCL参数化建模程序,实现了根据几何参数自动建立有限元模型并进行分析计算和结果输出的功能。讨论了遗传算法的基本实现技术,利用所建立的参数化模型采用遗传算法以质量最小为目标对减速器进行了形状和尺寸优化。总之,本文成功地实现了基于参数化建模的某滚珠丝杠减速器的结构优化,所得结果可为减速器的设计工作提供参考,研究方法能够方便地应用于类似的复杂结构的形状和尺寸优化设计。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 参数化建模技术概述
  • 1.3 形状优化的发展与现状
  • 1.4 本文主要研究内容
  • 第二章 减速器结构非线性静力学分析
  • 2.1 引言
  • 2.2 结构有限元建模
  • 2.2.1 结构概述
  • 2.2.2 部件有限元模型
  • 2.2.3 整体有限元模型
  • 2.2.4 各部分有限元模型连接处理
  • 2.3 静力学分析
  • 2.3.1 边界条件
  • 2.3.2 静力分析结果
  • 2.3.3 摇臂两端的转角
  • 2.4 小结
  • 第三章 减速器结构动力学分析
  • 3.1 引言
  • 3.2 模态分析
  • 3.2.1 摇臂模态结果
  • 3.2.2 滚珠丝杠副模态结果
  • 3.2.3 齿轮系统模态结果
  • 3.2.4 整体模态结果
  • 3.3 滚珠丝杠减速器动响应分析
  • 3.3.1 稳态激励下动响应分析
  • 3.3.2 稳态与随机联合激励下动响应分析
  • 3.4 滚珠丝杠减速器工作状态下响应分析
  • 3.4.1 满足输出角度停止后动响应分析
  • 3.4.2 输出角度从0°变化至3°后停止的全过程动响应分析
  • 3.5 小结
  • 第四章 减速器结构参数化建模
  • 4.1 引言
  • 4.2 参数选择
  • 4.3 基于PCL语言的减速器结构参数化建模
  • 4.3.1 PCL语言简介
  • 4.3.2 基于PCL语言的减速器结构参数化建模
  • 4.4 减速器参数化模型验证
  • 4.4.1 静力分析验证
  • 4.4.2 整体模态验证
  • 4.5 小结
  • 第五章 减速器结构优化设计
  • 5.1 引言
  • 5.2 基于参数化建模的减速器结构优化设计
  • 5.2.1 遗传算法的的基本实现技术
  • 5.2.2 减速器结构优化
  • 5.3 优化后减速器结构的验证
  • 5.3.1 优化后减速器结构静力分析
  • 5.3.2 优化后减速器结构动响应分析
  • 5.3.3 优化后减速器结构工作状态下响应分析
  • 5.4 小结
  • 第六章 结论与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者在学期间取得的学术成果
  • 附录A 滚珠丝杠减速器静力分析结果云图
  • A.1 摇臂转角为0°工况的静力结果
  • A.2 摇臂转角为3°工况的静力结果
  • A.3 摇臂转角为8°工况的静力结果
  • A.4 摇臂转角为16°工况的静力结果
  • A.5 摇臂转角为20°工况的静力结果
  • A.6 摇臂转角为35°工况的静力结果
  • 附录B 稳态与随机联合激励下滚珠丝杠减速器动响应结果
  • B.1 稳态与X向随机联合激励下关键点响应结果
  • B.2 稳态与Y向随机联合激励下关键点响应结果
  • B.3 稳态与Z向随机联合激励下关键点响应结果
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