基于摆线运动规律的全方向水下推进器机构设计与仿真

论文摘要

全方向推进器是通过叶片螺距角在桨叶旋转的过程中周期性的改变,可产生前后、上下、左右不同方向的推力,能够实现全方位运动,具有广阔应用前景,必将在海洋工程领域里得到广泛应用。推进器调距机构设计是本课题的一个重点内容,根据对偏心盘调距基本原理进行分析,确定使用基于摆线运动规律的偏心圆盘连杆调距机构来对推进器桨叶实现控制,实现桨叶螺距角周期变化,桨叶按摆线规律运动设计出整套推进器机构,给出了与之相应的全方向推进器的试验模型,并进行了桨叶位置角度状态分析,对步进电机输出转角与桨叶周期螺距角之间的运动关系和在模拟工作阻力情况下各部件的受力情况进行了详细分析计算,确定机构零件合理的位置尺寸关系。在Pro/ENGINEER环境下对初步设计的推进器机构进行建模、装配及运动学仿真。将模型通过Mechanism/Pro接口程序导入ADAMS中进行优化设计,并在ADAMS中得到了螺距角与电机驱动的运动关系曲线,将分析结果与计算结果相比较,验证了计算方法的正确性。利用Pro/E和ADAMS结合分析的方法可以为机械结构的优化设计提供一条有效路径。本文在研究国内外相关资料和试验基础上,设计并仿真分析一种新型调距机构全方向推进器,得到了基本合理的推进器机构模型,为进一步研制全方向推进器提供有益借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外相关领域的研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 摆线规律的推进器机构设计
• 2.1 引言
• 2.2 全方向推进实现原理
• 2.3 全方向水下推进器设计基本原则及方案提出
• 2.3.1 偏心盘调距的基本原理
• 2.3.2 设计指标
• 2.4 基于摆线运动规律的水下全方向推进器的设计
• 2.4.1 机构设计的基本原则
• 2.4.2 困难及解决方案
• 2.5 全方向推进器调距机构工作原理
• 2.5.1 桨毂的设计
• 2.5.2 圆盘十字滑块的设计
• 2.5.3 内盘的设计
• 2.5.4 外盘和滑动圈的设计
• 2.5.5 调节环的设计
• 2.5.6 框架和支架设计
• 2.6 小结
• 第3章 调距机构运动分析
• 3.1 空间机构自由度
• 3.1.1 桨叶-外盘自由度分析
• 3.1.2 框架-调节支架自由度分析
• 3.1.3 外盘-滑动圈自由度分析
• 3.1.4 调节环自由度分析
• 3.1.5 竖直调节支架自由度分析
• 3.1.6 水平调节支架自由度分析
• 3.1.7 桨毂-内盘自由度分析
• 3.2 机构运动关系
• 3.2.1 万向节轴-外盘的运动关系
• 3.2.2 桨叶-万向节轴角度转换规律
• 3.2.3 调节环-滑动圈运动关系
• 3.2.4 电机-调节环运动关系
• 3.2.5 电机-调节支架运动关系
• 3.3 运动分析
• 3.3.1 外盘转动情况
• 3.3.2 外盘平动情况
• 3.3.3 外盘平动桨叶转角周期变化规律
• 3.4 小结
• 第4章 机构关键零件强度校核及动力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 机构关键零件强度校核
• 4.2.1 推进器的主轴受力及强度分析
• 4.2.2 主轴键强度校核
• 4.2.3 方位推进器的桨叶轴强度校核
• 4.3 推进器机构动力学分析
• 4.3.1 等效力学模型
• 4.3.2 推进器联轴节
• 4.3.3 连轴节动力学分析
• 4.3.4 调节支架的力学分析
• 4.4 小结
• 第5章 基于虚拟样机技术的推进器运动仿真
• 5.1 虚拟样机的概念
• 5.2 ADAMS软件的介绍
• 5.3 全方向推进器模型从 Pro/ENGINEER导入到 ADAMS
• 5.3.1 MECHANISM/Pro的优点
• 5.3.2 全方向推进器 MECHANISM/Pro设计流程
• 5.4 全方向推进器 ADAMS仿真分析
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢