全方位推进器调距机构的设计与仿真

论文摘要

水下装备不仅在海洋开发与研究中起着重要作用,也是国防建设的重要装备。特殊的应用环境要求其结构应具有紧凑、轻量与小型等特点。水下装备的推进器一般采用普通的螺旋桨,而普通的螺旋桨只能产生前后两个方向的推力,这在很大程度上阻碍了水下装备的发展,成为其发展的瓶颈。全方位推进器便是基于上述要求应运而生的,它最大的特点是叶片螺距角可以周期性的改变,从而产生任意方向的推力。本论文的工作主要包括:全方位推进器调距机构的设计;螺距角的运动关系算法分析;基于虚拟样机技术对全方位推进器进行运动仿真及运动学与动力学分析。本论文通过对全方位推进器国内外的相关资料和设计条件进行分析,确定了使用圆盘调距机构作为基本设计方案,在此基础上,进行了全方位推进器的总体方案设计。螺距角与推杆的运动关系在全方位推进器的具体应用中至关重要,该调距机构较为复杂,本论文利用空间机构的相关知识,结合机构对称性等特点,对螺距角与推杆的运动关系进行了详细的分析,得到了其运动关系算法,并在Java平台上编程实现了该算法。在具体部件的结构设计中,本课题参考了国内外的相关试验参数,结合本课题的设计条件,分别确定了各部件的材料、形状、结构等,并对重要部件进行了强度校核,以保证其安全性和可靠性。虚拟样机技术在机构设计中起着很重要的作用,本论文在Pro/E环境下建立了全方位推进器的虚拟样机模型进行运动仿真,然后将模型通过Mechanism/Pro接口程序导入ADAMS进行运动学与动力学分析,并对结果进行了分析,结果表明机构的设计是合理的。

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 全方位推进器的国内外研究现状
• 1.3 全方位推进器概述
• 1.3.1 全方位推进器简介
• 1.3.2 全方位推进器的工作原理
• 1.3.3 影响全方位推进器性能的参数
• 1.4 虚拟样机技术及仿真分析
• 1.5 论文的主要工作
• 第2章 全方位推进器调距机构总体方案设计
• 2.1 全方位推进器的设计条件
• 2.2 调距机构的方案分析
• 2.2.1 圆盘连杆调距机构的工作原理
• 2.2.2 偏心调距机构的工作原理
• 2.2.3 调距机构的方案选择
• 2.3 圆盘调距机构的总体方案设计
• 2.3.1 调距机构有关参数的确定
• 2.3.2 调距机构的设计
• 2.3.3 调距机构的运动方式
• 2.4 调距机构的自由度分析
• 2.4.1 调距机构运动简图
• 2.4.2 机构的自由度计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 全方位推进器调距机构的运动学分析
• 3.1 全方位推进器调距机构坐标系的建立
• 3.2 调距机构的运动学分析
• 3.2.1 桨叶转角与动盘平面的关系
• 3.2.2 各活塞的推进位移与定盘的运动关系
• 3.3 程序设计
• 3.4 程序运行情况
• 3.5 结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 全方位推进器调距机构的结构设计
• 4.1 全方位推进器的壳体设计
• 4.2 全方位推进器的主轴设计及校核
• 4.2.1 主轴的设计
• 4.2.2 全方位推进器的主轴校核
• 4.2.3 主轴的键强度校核
• 4.3 全方位推进器的桨叶设计
• 4.3.1 全方位推进器的桨叶结构设计
• 4.3.2 全方位推进器的桨叶轴的校核
• 4.4 全方位推进器轮支架的设计
• 4.5 全方位推进器桨毂的设计
• 4.6 调距机构的弯连杆设计
• 4.7 调距机构的动盘和定盘部分
• 4.8 全方位推进器的总装图
• 4.9 本章小结
• 第5章 基于虚拟样机技术的调距机构仿真与分析
• 5.1 推进器虚拟样机模型的建立及仿真
• 5.1.1 虚拟样机模型的建立
• 5.1.2 全方位推进器的运动仿真及干涉检查
• 5.2 全方位推进器的运动学分析
• 5.2.1 ADAMSE下的样机模型导入
• 5.2.2 活塞运动曲线的绘制
• 5.2.3 ADAMS下运动学的结果分析
• 5.3 在ADAMS下进行动力学分析
• 5.3.1 绘制动力曲线
• 5.3.2 动力学结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢