本文關(guān)鍵詞：光聲成像系統(tǒng)中傳動機(jī)構(gòu)的實(shí)體造型與有限元分析

  更多相關(guān)文章： 阿基米德蝸桿 三維建模 有限元分析 優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：近年來,光聲成像技術(shù)發(fā)展成為一種新型的生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù),它具有無損,分辨率高等優(yōu)點(diǎn),尤其適合腫瘤的早期檢測。中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院宋亮博士帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)搭建了多套光聲成像系統(tǒng),處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。在基于單探頭環(huán)形掃描方式的光聲斷層成像系統(tǒng)中,換能器及激光探頭需要圍繞待測對象作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,以獲得組織不同位置的光聲信號。而換能器和激光探頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動都是由電機(jī)控制的,電機(jī)輸出軸與換能器之間的傳動結(jié)構(gòu)十分重要,這是由于動力傳遞過程中的振動會影響光聲信號的采集質(zhì)量。因此,有必要對系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定研究與分析�？紤]到傳動的平穩(wěn)性要求,我們選擇蝸桿傳動方式。本文主要基于環(huán)形掃描光聲成像傳動系統(tǒng)中的阿基米德蝸桿(ZA蝸桿)為研究對象,建立三維實(shí)體模型。利用有限元分析軟件ANSYS Workbench對蝸桿傳動過程進(jìn)行表面接觸分析。空間曲面的接觸分析一般較難分析,它涉及到摩擦、接觸狀態(tài)等方面。本論文詳細(xì)敘述了接觸分析的基本步驟、網(wǎng)格劃分流程、約束的定義以及對蝸輪蝸桿的載荷施加方式。1.介紹整理了阿基米德蝸桿、蝸輪的齒面方程的數(shù)學(xué)模型,以及蝸輪輪齒兩側(cè)齒面數(shù)學(xué)表達(dá)式,據(jù)此作為建立阿基米德蝸桿傳動模型的理論基礎(chǔ)。2.由于蝸桿和蝸輪的表面形狀較復(fù)雜、加工要求精度高,著重探討了ZA蝸桿和蝸輪輪齒的數(shù)學(xué)模型以及建模方法,利用Solid Works實(shí)體建模方法對蝸輪、蝸桿進(jìn)行了三維建模,并進(jìn)行了裝配仿真。3.敘述了ANSYS Workbench軟件對三維模型常用的分析方法與理論。采用靜力學(xué)理論分析了ZA蝸桿傳動的接觸問題,經(jīng)過前處理、計算求解、后處理過程,最終得到蝸輪與蝸桿相接觸表面的應(yīng)力大小。4.對比接觸應(yīng)力理論計算結(jié)果與有限元分析的實(shí)際情況,從得到結(jié)果可以看出兩者的接觸應(yīng)力值相差并不大,說明采用有限元法分析蝸輪蝸桿之間的接觸應(yīng)力還是比較準(zhǔn)確的。分析了兩種常見的安裝誤差,分別對兩種安裝誤差情況下的接觸應(yīng)力大小分析進(jìn)行比較。結(jié)果表明,當(dāng)安裝誤差越大,齒面的應(yīng)力值就越大,即承受的載荷就越大,降低蝸輪蝸桿的使用壽命。與事實(shí)情況相符合。5.對于實(shí)體建模,并沒有給出選擇建模參數(shù)的具體依據(jù),而是通過經(jīng)驗(yàn)確定建模參數(shù)。因此,還需對蝸桿傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,以設(shè)計參數(shù)為優(yōu)化變量,以蝸輪體積最小為優(yōu)化目標(biāo),綜合考慮了蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的齒數(shù)約束、模數(shù)約束、蝸桿直徑系數(shù)、蝸桿剛度約束等條件,利用數(shù)值分析軟件MATLAB優(yōu)化工具箱對蝸桿傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)約束極小值優(yōu)化,最終確定優(yōu)化方案。節(jié)約了設(shè)計材料,提高了蝸桿傳動的質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：阿基米德蝸桿 三維建模 有限元分析 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH789
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 光聲成像的原理與發(fā)展情況11-14
• 1.3 蝸桿傳動的國內(nèi)外研究概況14-15
• 1.4 本論文的主要研究工作成果15-17
• 第2章 ZA蝸桿數(shù)學(xué)模型及實(shí)體建模17-36
• 2.1 蝸輪蝸桿的分類17
• 2.2 蝸桿傳動建模方式的選取17-18
• 2.3 蝸桿螺旋面的數(shù)學(xué)模型18-22
• 2.3.1 車削蝸桿時的坐標(biāo)系及變換18-20
• 2.3.2 車刀刃.直線方程20-21
• 2.3.3 蝸桿齒面方程21
• 2.3.4 蝸桿齒面法線21-22
• 2.4 蝸輪輪齒的數(shù)學(xué)模型22-28
• 2.4.1 蝸桿傳動嚙合坐標(biāo)系22-25
• 2.4.2 蝸桿蝸輪嚙合表達(dá)式25-27
• 2.4.3 蝸輪的齒面方程27-28
• 2.5 ZA蝸桿實(shí)體建模介紹28-29
• 2.5.1 三維建模軟件SolidWorks介紹28
• 2.5.2 常見的三維建模方法介紹28
• 2.5.3 特征建模技術(shù)28-29
• 2.5.4 實(shí)體建模技術(shù)29
• 2.6 蝸輪蝸桿三維實(shí)體建模過程29-35
• 2.6.1 阿基米德蝸桿的傳動參數(shù)計算29-30
• 2.6.2 蝸桿的特征造型30-32
• 2.6.3 蝸輪的三維模型建立32-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第3章 ZA蝸桿傳動的有限元處理36-50
• 3.1 ANSYS Workbench簡介36-38
• 3.1.1 ANSYS Workbench的特點(diǎn)37-38
• 3.2 接觸問題基本概念38-39
• 3.3 常見接觸方式及算法39-40
• 3.4 有限元基礎(chǔ)理論40-41
• 3.5 接觸分析的有限元法41-43
• 3.6 靜態(tài)接觸分析的具體過程43-49
• 3.6.1 定義蝸輪蝸桿的材料屬性43
• 3.6.2 ZA蝸桿副有限元模型的建立43-44
• 3.6.3 創(chuàng)建接觸對44-45
• 3.6.4 網(wǎng)格劃分控制45-47
• 3.6.5 定義約束及施加載荷47-48
• 3.6.6 求解與結(jié)果分析48-49
• 3.7 本章小結(jié)49-50
• 第4章 安裝誤差對傳動的影響50-56
• 4.1 理論計算與有限元仿真的結(jié)果對比50-51
• 4.2 存在安裝誤差下的ZA蝸桿傳動的有限元分析51-55
• 4.2.1 中心距偏差 Da時蝸桿傳動的接觸分析51-54
• 4.2.2 存在蝸輪軸向安裝誤差 Db時的接觸分析54-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第5章 蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計56-63
• 5.1 機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計流程56
• 5.2 MATLAB優(yōu)化工具箱介紹56
• 5.3 建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型56-62
• 5.3.1 確定目標(biāo)函數(shù)56-58
• 5.3.2 確定約束條件58-59
• 5.3.3 建立蝸桿傳動優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型59-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果68

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 柴群;萬朝燕;;基于ANSYS/LS-DYNA的蝸輪蝸桿動態(tài)接觸分析[J];現(xiàn)代制造工程;2006年11期

2 趙延嶺;楊文凱;;蝸輪傳動優(yōu)缺點(diǎn)及研究方向[J];一重技術(shù);2006年04期

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本文編號：855165