三坐标POGO柱的结构设计及其力学特性、动态特性分析

论文摘要

在传统的飞机装配中,需要采用大量的装配型架,用于夹紧、定位、支撑飞机的各个部件,然后通过人工辅助进行对接装配。这种装配方法的自动化程度低,产品生产效率低下,质量不稳定,对不同产品的适应性差。为了克服传统的基于固定型架的模拟量装配的缺点,现代飞机装配普遍采用一种基于三坐标POGO柱的数字化柔性装配技术。本文首先回顾了基于模拟量的传统飞机装配方式,分析了并联机构、多机器人位姿调整机构的应用情况和优缺点,提出了论文的研究目标和主要内容。其次,对数字化飞机装配基础单元一一三坐标POGO柱进行了结构设计与原理分析。对POGO柱的驱动元件伺服电机、传动元件滚珠丝杠的选择进行了详细的设计计算和分析。第三,对三坐标POGO柱进行静力学分析,采用有限元分析软件ABAQUS对调姿机构的主要零件进行刚度及强度分析,获得应力、应变图,从而校核零件的强度和刚度,并对危险部位进行优化设计。然后对主要零件进行了模态分析,预知可能产生共振的危险部位,获得结构改进的依据。第四,建立POGO柱单轴位置伺服系统的数学模型,用simulink仿真和实验分析相结合的方法,对三坐标POGO柱的动态特性进行了分析。结果表明,三坐标POGO柱能够快速、准确地跟踪位置指令,并具有很好的抗干扰性,能够提高飞机调姿和装配的质量和效率。最后,总结论文的主要工作,并指出未来研究的方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 并联机构位姿调整技术
• 1.1.2 多机器人位姿调整技术
• 1.1.3 飞机姿态调整和装配的国内外现状
• 1.2 课题研究的目标及内容
• 1.3 论文的结构
• 2 三坐标POGO柱的结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 三坐标POGO柱的结构及工作原理
• 2.3 三坐标POGO柱设计原则
• 2.4 三坐标POGO柱技术参数与性能指标
• 2.4.1 各向工作行程
• 2.4.2 Z向最大载荷
• 2.4.3 横向最大载荷
• 2.4.4 几何精度
• 2.5 三坐标POGO柱的主要零部件设计及计算
• 2.5.1 POGO柱载荷计算
• 2.5.2 伺服电机参数选择计算
• 2.5.3 滚珠丝杠参数选择计算
• 2.6 本章小结
• 3 三坐标POGO柱的力学特性分析
• 3.1 材料失效现象
• 3.2 三坐标POGO柱静力学分析
• 3.2.1 有限元分析软件ABAQUS
• 3.2.2 三坐标POGO柱调姿机构简化
• 3.2.3 主要零件刚度及强度分析
• 3.3 主要零件模态分析
• 3.3.1 伸缩柱模态分析
• 3.3.2 外缸体模态分析
• 3.3.3 模态分析结论
• 3.4 刚度提高的措施
• 3.5 本章小结
• 4 三坐标POGO柱的动态特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 三坐标POGO柱的位置伺服系统
• 4.2.1 伺服控制系统的数学模型
• 4.2.2 永磁同步电机数学模型
• 4.2.3 机械传动系统数学模型
• 4.2.4 单轴位置伺服系统数学模型
• 4.3 三坐标POGO柱的动态特性
• 4.3.1 闭环控制系统的基本要求
• 4.3.2 系统动态过程性能指标
• 4.3.3 单轴位置伺服系统仿真
• 4.4 实验分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 教育经历及攻读硕士学位期间所获的科研成果