【摘要】： 空間對接平臺的主要任務就是將設備精確的裝入固定箱體中或者由固定箱體中拆卸下來以維護。本文主要從實現(xiàn)精密對接出發(fā),分析出空間對接平臺的六自由度調(diào)節(jié)功能是實現(xiàn)設備精確對接到位的關鍵技術。從而分析出支撐腔體是空間對接平臺的關鍵件。對支撐腔體的優(yōu)化設計具有重大意義,為以后的空間對接平臺的設計奠定了基礎。 對空間對接平臺進行了功能分析,將功能進行了分解、歸類。歸納整合后得出了空間對接平臺組成結(jié)構(gòu)。通過功能分析以及現(xiàn)場對接情況,發(fā)現(xiàn)空間對接平臺的六自由度調(diào)整功能是實現(xiàn)設備精確對接的關鍵,對空間對接平臺支撐腔體這一關鍵件的優(yōu)化設計是必要的,也是本文進行優(yōu)化設計的研究對象。 本文以空間對接平臺支撐腔體作為研究對象,主要利用有限元軟件ANSYS11.0建立腔體有限元模型,根據(jù)實際情況施加約束及載荷,然后進行靜力學分析和模態(tài)分析,得出了腔體的等效最大值應力、最大變形量值、前10階模態(tài)以及相應振型。這些數(shù)據(jù)作為優(yōu)化設計的性能指標。 介紹了連續(xù)體拓撲優(yōu)化設計的方法和理論,本文使用的Ansysworkbench11.0采用變密度法進行拓撲優(yōu)化,優(yōu)化準則法進行數(shù)學計算。介紹了變密度法建立拓撲優(yōu)化數(shù)學模型的方法,推導了迭代算式。定義了優(yōu)化的目標函數(shù)、約束條件、設計變量。通過改變約束條件得到了3中優(yōu)化結(jié)果,但偽密度云圖總體輪廓基本保持一致。為防止優(yōu)化結(jié)果出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象,對拓撲優(yōu)化結(jié)果進行了可信度分析,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化過程不存在網(wǎng)格依賴性。拓撲優(yōu)化結(jié)果并不能用于產(chǎn)品的加工制造,考慮腔體采用鑄造方式,結(jié)合拓撲優(yōu)化密度云圖對腔體進行了可制造化處理,設計出新的對接平臺腔體。最后對新腔體建立有限元模型進行靜力學、模態(tài)分析。比較了優(yōu)化前后腔體的最大值等效應力、最大值變形量值、前10階模態(tài)、振型以及它們出現(xiàn)位置,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前后腔體的力學性能并未發(fā)生太大變化,都在容許范圍內(nèi);不過優(yōu)化后一階固有頻率明顯提高,腔體動力學特性變好。且腔體質(zhì)量減小近30%,大大降低了加工制造成本。因此,達到了拓撲優(yōu)化設計目的,對以后空間對接平臺的設計具有指導意義,達到了課題研究的目的。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TH122
【圖文】：

2.1 對接平臺概述作為某工程實際項目的運用，對接平臺用于兩設備之間的精密對接。如圖2.1所示，對接平臺放置在設備待裝工位的地面上，設備放置于對接平臺上面，在對接平臺垂直上方是固定箱體。設備兩側(cè)有固定滑軌，上方固定箱體內(nèi)對應有兩導軌。在工程中需要把設備精密安裝到帶有導軌的固定箱體內(nèi)部，箱體內(nèi)部兩導軌是豎直且相互平行的，設備左右兩側(cè)有兩根互相平行的滑軌。在裝配中首先要解決的問題就是使設備兩側(cè)滑軌與上面固定箱體的豎直導軌準確對位。即是通過對接平臺在空間六個自由度（X、Y、Z、α 、β 、θ ）調(diào)節(jié)設備姿態(tài)，使得設備的幾何中心與固定箱體兩對導軌的幾何中心重合；同時，使得固定箱體兩對導軌的底部對應與設備兩側(cè)的滑軌的端部分別在同一平面內(nèi)。在同時滿足了這兩個條件下，通過下面的對接平臺調(diào)節(jié)Z方向的自由度使設備精確裝配到固定箱體的導軌上。如果在對接過程中不解決設備姿態(tài)精確調(diào)整問題

對于設備的安裝，為滿足精確對接基本功能，根據(jù)上面的功能分析將對接平臺分為三個部分，即平面運動機構(gòu)、水平調(diào)節(jié)機構(gòu)以及支撐腔體。對接平臺結(jié)構(gòu)組成如圖2.3。圖 2.2 對接平臺功能分解Fig. 2.2 Functional analysis for Butt-joint platforms設 備 精 確 對 接Z方向運動θ方向運動X方向運動β方向運動α方向運動Y方向運動平 面 運 動 機 構(gòu) 水 平 調(diào) 節(jié) 機 構(gòu)空 間 對 接 平 臺支 撐 腔 體平面運動機構(gòu)水平調(diào)節(jié)機構(gòu)圖 2.3 對接平臺結(jié)構(gòu)組成Fig. 2.3 Structural compose for Butt-joint pl

2.4 本章小結(jié)根據(jù)工程實際項目的應用，介紹了對接平臺的實際使用情況，歸納接平臺應具備的功能。通過功能分析將對接平臺各功能進行細化、分類確定了對接平臺各子系統(tǒng)的功能。通過功能分析以及現(xiàn)場安裝實際數(shù)據(jù)出對接平臺的關鍵技術即六自由度調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn)，從中提煉出對接平——支撐腔體，也是本文研究的對象。圖 2.5 對接平臺支撐腔體模型Fig. 2.5 Model of sustain shelly of butt-joint platform

【引證文獻】

相關碩士學位論文 前1條

1 姚柯飛;地層變形模擬試驗平臺結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化設計[D];長安大學;2012年

本文編號：2807265