摆动液压缸虚拟样机技术实现及系列化设计

论文摘要

摆动液压缸是一种通过螺旋传动把直线运动转变成旋转运动并因此做功的液压元件,其结构简单,传动效率高,能够在较小的结构尺寸下输出大扭矩,适用于大扭矩、短力臂的工况。本文对摆动液压缸进行了数字化设计、动力学仿真及关键零部件的有限元分析,研究了满足不同结构要求、输出要求的摆动液压缸的虚拟样机技术的实现问题。主要包括以下几个方面的工作：进行了零部件的参数化建模和虚拟装配,建立了含两级渐开线螺旋副的摆动液压缸数字样机。利用该数字样机进行了多体动力学仿真分析,分析结果表明：系统液压力与输出扭矩成正比关系；在30°-60°的螺旋角区间,45°附近的渐开线螺旋副传递效率最高。对摆动液压缸的关键零部件进行了受力分析,对其两级渐开线螺旋副进行了有限元分析。运用NXNastran,建立了两级渐开线螺旋副在两种极限工况下的静力分析有限元模型,分析得到了各零件在极限工况下的最大应力、应变,进行了零件的刚度、强度校核；分别建立了两级螺旋副的内外齿轮接触对的非线性面-面接触有限元模型,分析了接触面的应力分布,结果表明齿面应力和齿根应力分布较均匀。对摆动液压缸输出端旋转角度进行了系列化设计,设计了输出端旋转角度为90°、180°、270°、360°的系列；选取R5优先数列,对输出扭矩进行了系列化设计。对系列内的摆动液压缸可进行零部件的虚拟装配、两级螺旋副的动力学仿真、关键零部件的有限元分析。应用摆动液压缸实验测试平台,进行了低转速输出扭矩与输入压力的关系实验,验证了仿真结果的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景和项目来源
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.3 论文研究内容和意义
• 第二章 摆动液压缸参数化模型及动力学（MBD）分析
• 2.1 摆动液压缸的组成及工作原理
• 2.2 摆动液压缸参数化模型的建立
• 2.2.1 NX 7.5 Modeling对摆动液压缸三维实体建模
• 2.2.2 NX 7.5 Modeling摆动液压缸三维模型装配过程
• 2.3 摆动液压缸动力学（MBD）分析
• 2.3.1 RECURDYN软件
• 2.3.2 多刚体动力学分析（MBD）
• 2.3.3 仿真计算及结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 摆动液压缸关键零部的有限元分析（FEA）
• 3.1 Advanced Simulation模块简介
• 3.2 摆动液压缸关键零部受力模型的建立
• 3.3 摆动液压缸整体结构受力有限元仿真计算及结果
• 3.3.1 活塞齿轮轴极限扭转工况
• 3.3.1.1 摆动液压缸关键零部件网格划分及赋材
• 3.3.1.2 摆动液压缸关键零部件边界条件的加载
• 3.3.1.3 摆动液压缸关键零部件有限元仿真计算及结果
• 3.3.2 输出右旋齿轮轴极限扭转工况
• 3.3.2.1 摆动液压缸关键零部件网格划分及赋材
• 3.3.2.2 摆动液压缸关键零部件边界条件的加载
• 3.3.2.3 摆动液压缸关键零部件有限元仿真计算及结果
• 3.4 摆动液压缸局部结构接触有限元仿真计算及结果
• 3.4.1 右旋螺旋副接触有限元分析
• 3.4.1.1 右旋螺旋副模型准备
• 3.4.1.2 右旋螺旋副网格划分及赋材
• 3.4.1.3 右旋螺旋副边界条件的加载
• 3.4.1.4 右旋螺旋副接触有限元仿真计算及结果
• 3.4.2 左旋螺旋副接触有限元分析
• 3.4.2.1 左旋螺旋副模型准备
• 3.4.2.2 左旋螺旋副网格划分及赋材
• 3.4.2.3 左旋螺旋副边界条件的加载
• 3.4.2.4 左旋螺旋副接触有限元仿真计算及结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 摆动液压缸的系列化设计
• 4.1 系列化设计的简介
• 4.2 NX 7.5系列化设计技术实现
• 4.3 摆动液压缸系列化设计过程
• 4.3.1 摆动液压缸输出端旋转角度系列化设计
• 4.3.2 摆动液压缸输出扭矩系列化设计
• 4.3.3 摆动液压缸系列化设计结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 摆动液压缸的实验验证
• 5.1 摆动液压缸实验设计
• 5.1.1 摆动液压缸实验原理
• 5.1.2 摆动液压缸实验过程
• 5.2 摆动液压缸实验数据及结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 全文展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果