大型設備動力裝置與減速裝置對接平臺結構設計含12張CAD圖

大型設備動力裝置與減速裝置對接平臺結構設計含12張CAD圖,大型,設備,裝備,動力裝置,減速,裝置,對接,平臺,結構設計,12,十二,cad 附錄一：外文翻譯 一臺帶有滑塊曲柄和螺桿機構變速機的運動和動態(tài)特色設計 設計現(xiàn)有機制的可變輸入速度可以提高機器的輸出動力學和動態(tài)特性?；谶@個概念，本文提出了一種方法以提高復合機構的運動學和動態(tài)特性。它開始衍生出一個運動學和動力學特征的復合機理的分析模型。帶有控制點的 Bezier 功能被用來設計復合機構的可變入；控制點和該復合機制的運動學和動力特性是在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱通過求解最優(yōu)函數(shù)來確定的。另外，建議方法由兩個設計實例說明。結果表明現(xiàn)存機器的輸出運動學和動力特性可以通過設計帶有貝塞爾功能的可變輸入速度來改進。 關鍵詞：可變輸入速度; 復合機制;運動和動態(tài)特性; 1 引言 傳統(tǒng)上，工程師以恒定的輸入速度設計現(xiàn)有機制的輸出特性。如果所需的輸出不同，則應重新設計機構的尺寸。為達到此目的，但不修改幾何尺寸的現(xiàn)有機制的一種替代方法。是為原來的機制設計可變輸入速度。 關于變量輸入速度的概念的應用程序，可追溯到由 Rothbart 設計的凸輪機構[1]，其中 Whitworth 急回機構轉化可變輸入速度到凸輪。Tesar 和 Matthew [2]運動方程用于基于可變凸輪轉速概念的凸輪從動機構。Yan et al [3-6]開發(fā)了具有可變輸入速度系統(tǒng)的方法用于改善凸輪從動系統(tǒng)的運動特點，如消除跟隨運動的不連續(xù)性和低峰值。Van de Straete 和 De Schutter [7]提出了一種凸輪機構帶有恒速電機和伺服電機，由差速驅動驅動。作為其電源輸入，用于靈活地修改輸出運動。姚等人 [8-13]應用了最優(yōu)控制理論以提高輸出運動的凸輪速度和減少跟隨器的殘余振動。后來，可變輸入速度也適用于處理其他種類的機制。Kaplan 和 Rao [14]制定了一個可變輸入速度機制作為多目標優(yōu)化問題。閻和陳[15-17]設計了滑塊 - 曲柄機構輸入速度功能，Watt 型壓力機和 Stephenson 形成這些機制近似于所需的功能輸出軌跡。Liu et al [18]設計了一個用于降低滾珠絲桿傳動機構的峰值加速度的多項式速度函數(shù)。閻和宋[19-22]開發(fā)了對于四桿連桿的可變輸入速度的設計方法以獲得預期的輸出運動特性和動態(tài)平衡性能。姚等人 [23,24]提出一種通過改變輸入的速度功能鏈接來最小化驅動轉矩和振動力矩的四桿聯(lián)動方法。Yan 和 Yan [25]開發(fā)了一種用于具有可變輸入速度的四桿連桿綜合設計方法以降低峰值振動力和力矩的值，以提高性能的跟蹤速度軌跡，并盡量減少電機功率耗散。 基于上述研究結果，顯而易見現(xiàn)有機器的輸出運動和動態(tài)特性由機構的配置和輸入決定。一般來說，如果一種現(xiàn)有設計的運動和動態(tài)特性需要被改進為在恒速輸入；然后，原始機制的尺寸也需要變。但是 Rothbart [1]提出的使用另一種機制的辦法推動現(xiàn)有機制改善原有機制的機制。Yan 等提出的其他方法[3-6,8-13,15-18,20-25]通過設計提高產量直接變速輸入，而不改變尺寸的相同的機制。本研究的目的是開發(fā)和設計一個具有滑塊式機構和螺絲機構復合機制的可變輸入速度的模型用 于提高復合機制的運動學和動態(tài)特性來滿足所需的約束。這里，貝塞爾曲線[26]是 用于設計復合機構的輸入速度功能以提高這種復合機理的輸出運動和動態(tài)特征。兩個被提出來的設計實例來說明設計過程。 2. 運動和動態(tài)分析 考慮具有滑塊式機構和螺桿機構復合機制，如圖 1 所示，滑塊曲柄機構的輸入和輸出是曲柄和滑塊（架）；螺絲機構的輸入和輸出分別是小齒輪（螺絲）和從動件；和機架驅動小齒輪?；瑝K - 曲柄機構如圖 2 所示?；瑝K的位移表示為 r4，速度表示為 v4 和加速度表示為 a4。 大型設備動力裝置與減速裝置對接平臺結構設計 ￠ ￠ ￠ 其中f4 和f4 是運動系數(shù)和它的一階導數(shù)。曲柄 2 的角速度w2 和角加速度w2 是曲柄角位移q2 的一階和二階導數(shù)，角位移q5 ，角速度w5 ，螺旋物的角加速度w5 可以表示為： 其中 rg 是小齒輪的半徑，Dr4 是位移 r4 的變化。 修正正弦加速度運動曲線為應用于設計螺桿 5 的位置，位移 s6，跟隨器 6 的速度 v6 和加速度 a6 表示為： 圖一 復合機制 圖二 滑塊 - 曲柄機構的環(huán)向量其中 b 和 h 分別是在時段 s 期間螺桿 5 的角行程和行程跟隨者 6。 顯然， 曲柄 2 的角位移q2(t )是時間 t 的一個功能， g = 2p 曲柄 2 的角行程是在相同時間 段t 的角行程。然后，歸一化時間 T 和標準化曲柄 2 的角位移q2(T )被定義為 T =t/t ,q2 =q2 / g 。因此 0≤T≤1，0≤q2(T )≤1。此外，歸一化加速度是： W2(T )=dQ2(T ) / dT = (t / g )w2 ； 歸一化角加速度是W (T )=d 2Q (T ) / dT 2 = (t 2 / g )w 。當確定角速度時；復合機制的運 2 2 2 動特性將通過應用方程式(1)–(15)來計算。 應用牛頓第二定律來鏈接產生 20 個方程。輸入轉矩 M2 可以通過 20 個方程計算。搖晃的時刻，在框架上的復合機制，可以表示為： 的鏈接 i 其中 rOi 是向量從點 O 到質心。 3.貝塞爾曲線 貝塞爾曲線廣泛應用于計算機圖形模型中光滑的曲線。Winkel [26]指出，伯恩斯坦多項式和貝塞爾曲線是至關重要的計算機輔助幾何設計。因此，這項工作使用這些基本功能來設計歸一化的曲 柄 2 輸入角速度W2(T )。n 度貝塞爾函數(shù)是 n 階可微分連續(xù)曲線，其形狀由 n 個受控點控制。除了高分辨率的連續(xù)性，貝塞爾功能還提供了足夠的各種曲線圖輸入速度功能。歸一化的輸入角速度 W2(T )可以用 n 度貝塞爾函數(shù)表示： 其中 Pi，0≤i≤ n + 1 是 Bezier 功能的第 i 個控制點，Bi， n （T）是伯恩斯坦多項式。 通過整合表達式W2(T )，等式（17），對于 T，然后進行歸一化輸入角位移Q2(T )可以被派生為： 其中伯恩斯坦多項式的積分可以由其導出使用部件集成的方法。 對于歸一化輸入角位移，初始歸一化輸入角位移為零， Q2(0) = 0 ,最終歸一化輸入角位移為 一, Q2(1) = 1。將這兩個要素代入方程 （19） 由于貝塞爾曲線是 n 階微分，歸一化輸入角加速度， Q2(T )，可以通過微分得出。歸一化輸入 角速度Q2(T )，相對于 T 為 其中： 4.設計實例 這項工作使用貝塞爾曲線作為，復合機制的變速輸入，以提高復合機制的輸出運動學特性。這種改善可以被制定為受到設計師提出的一些設計約束一個優(yōu)化問題。最佳設計結果可以通過求解函數(shù)找到。 圖三 示例 1 的運動特性：（a）曲柄運動特性和（b）跟隨器運動特性 大型設備動力裝置與減速裝置對接平臺結構設計 “fmincon”在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中。函數(shù) fmincon 可以實現(xiàn)最優(yōu)設計應用順序二次編程 （SQP）算法的局部最小值。設計過程由如下兩個例子說明。例 1 如果從動件 6 的運動特性是用應用變速輸入改進，目標函數(shù)可以表示為兩個比率的總和：一個是均方根比；另一個是波動比。對于該示例，優(yōu)化結果與恒定輸入結果的比率是[a6b]/[a6]。目標函數(shù)必須最小化并可以表達為 受制于以下約束： 其中下標 b 表示優(yōu)化結果，下標 rms 表示均方根的結果，從動件 6 是加速度 a6，ei(i=1,2,3,4,5) 是平等約束。方程（26）和（27）表明初始和最終的歸一化輸入 角位移分別為 0 和 1。方程（28）表明歸一化輸入角速度的邊界條件必須相等。類似地， （29）歸一化輸入角加速度的邊界條件必須相等。這些邊界條件使曲柄的運動連續(xù)。方程（30）顯示了控制點的極限; 這個也在等式（21）。復合機理的相關規(guī)范列于表 1。 平均輸入速度為 200rpm，即正?；瘯r間 T 和時間 t 的范圍分別為：0≤T≤1 和 0≤ t≤ 0.3s。使用十階 Bezier 曲線作為歸一化輸入角速度。有 11 個控制點，它可以作為設計變量。這項工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能確定最優(yōu)設計變量：P0，P1，...，P10 分別為1.1250,1.1250，0.5000，0.5000, 1.5000, 1.5000, 1.5000, 0.5000, 0.5000, 1.1250, and1.1250。角位移， 速度和曲柄加速度，由設計變量確定，如圖圖 3（a）。從動件 6 的相應運動特性如圖 3（b）。圖3 也顯示了相應的恒速輸入特性。 設計結果表明，從動件 6 速度的峰值和加速度會被應用變量輸入減少。實施例 1 的特點的比較 展示于表 2 中。 例 2 如果從動件 6 的運動特性和曲柄 2 的輸入轉矩特性用應用變速輸入改進，目標函數(shù)可以表示為四個比率的總和：兩個是均方根比，而其他兩個是波動比。對于這個例子，優(yōu)化結果至恒定輸入結 果為[a6b]/[a6]和[M2b]/[M2]。目標函數(shù)必須最小化并可以表達為 受限于公式（26） - （31），其中下標 b 表示優(yōu)化結果，下標 rms 表示結果均方根，下標 flu 表示造成的結果，M2 是曲柄 2 的輸入轉矩。平均輸入速度為 200 rpm。十階 Bezier 曲線用于表示歸一化的輸入角速度。有是 11 個控制點，可以用作設計變量。這項工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中 fmincon 的功能來確定最優(yōu)設計變量。P0，P1，...， P10 為 1.0234,1.0234,0.5000,0.7032,1.5000,1.5000,1.5000，分別為 0.7032,0.5000,1.0234 和 1.0234。曲柄的角位移，速度和加速度 2 由設計變量確定，如圖 4（a）所示。從動件 6 的相應運動特性和曲柄 2 的輸入轉矩如圖 4(b)和 5。圖 4 和圖 5 也示出了常數(shù) - 速度輸入。設計結果表明，速度的峰值和從動件 6 的加速度和曲柄 2 的輸入轉矩可以通過應用變速輸入減小。 和例 2 的特點的比較列在表 3 中。概要。 根據(jù)設計實例的結果，這項工作提出以下結論： （1）現(xiàn)有的機制運動和動態(tài)特性的改善可以通過變速輸入的 應用提出的方法實現(xiàn)。 （2）研究復合機制的鏈路長度 r1（圖 2 和表 1）等于零; 滑塊和跟隨器的運動特性是對稱的。獲得控制點的價值遵循相同的模式。他們是對稱的，并具有相同的重復。 （3）方程（25）和（32）是多目標函數(shù)包含一些子目標函數(shù)。事實上，當采用多目標函數(shù)時，如何確定對于每個子目標合適的權重，總是有一個問題。合適的權重的確定取決于設計師提出要求。為了簡單的討論，這項工作使得在等式 （25）和（32 每個子目標函數(shù)的權重等于 1。 （4）這個工作解決了在 MATLAB 的優(yōu)化工具箱中函數(shù) fmincon 確定最優(yōu)設計變量 P0， P1，...，P10。功能 fmincon 可以依靠應用 SQP 算法的局部最小值實現(xiàn)最優(yōu)設計這項工作的最佳設計結果可能是本地化的。 5 結論 基于可變輸入速度的設計，這項工作提出了一種用于改善復合機制的輸出運動學和動態(tài)特性的方法。導出機制的運動和動態(tài)特性的分析模型。貝塞爾函數(shù)用于設計可變輸入速度，以及復合機理的局部最優(yōu)運動學和動態(tài)特性的確定。最后，所提出的方法由兩個設計實例說明。結果表明復合機制的輸出動力學和動態(tài)特性通過使用貝塞爾函數(shù)設計可變輸入速度的軌跡得到改進。 附錄二：翻譯原文 大型設備動力裝置與減速裝置對接平臺結構設計