操作机夹钳机构的优化设计和参数化设计

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1、上海交通大学硕士学位论文操作机夹钳机构的优化设计和参数化设计摘要锻造操作机的发展水平是影响重大装备制造业发展的一个重要因素。而夹钳机构作为锻造操作机的重要组成部分，它设计的好坏直接影响到整个锻造操作机的使用性能。面对工业发展对锻造设备的需求，设计出具备更好承载性能以及稳定性的夹钳机构也是本课题需要解决的问题。此外，参数化设计作为机械设计的重要组成部分，通过对夹钳机构进行参数化设计，使得工程师从繁琐的、大量重复的建模工作中解放出来，可以把更多的时间和精力投入到后续的干涉检查、有限元分析、运动仿真等方面的研究工作。本文即是在科技重大专项课题“大型锻造操作机”的基础上，以拉压式锻造操作机夹钳为研究

2、对象，对其进行优化设计并创建了参数化建模系统。主要研究内容及成果如下：1.锻造操作机夹钳机构的运动学和力学模型分析对锻造操作机夹钳机构进行了构型分析，在此基础上，对夹钳机构进行运动学建模及正反解求解；对夹钳机构进行了静力学和动力学建模及求解；并进行了夹钳机构末端夹持力分析和销轴尺寸计算，为后续的夹钳机构优化设计及液压缸驱动力控制等提供了依据。2.夹钳机构的优化设计根据夹钳机构运动学和力学模型的分析结果，建立其优化模型。定义驱动系数，表示在实现同样末端夹持力的条件下，所需要的驱动力，并以驱动系数在工作空间内的平均值代表力的传递效率，作为优化目标；在考虑传动角范围以及结构干涉等约束条件下，利用遗

3、传算法对机构进行优化设计；并根据机构优化的结果，提出二级优化的方I万方数据摘要法，一级优化采用遗传算法，二级优化采用遍历算法，使优化结构更趋近于最优解。3.6t/15t•m锻造操作机夹钳机构模型的仿真验证针对6t/15t•m型号操作机夹钳机构优化后的模型，利用Matlab进行编程计算和仿真，并从运动空间、传动角参数、驱动系数、传动比、受力分析等方面与原始模型进行比较，以验证优化设计的有效性；利用ADAMS软件对夹钳模型进行运动学、静力学以及实际操作过程仿真，并与编程分析计算结果进行对比，以验证计算结果的准确性。4.锻造操作机夹钳的参数化建模系统的建立根据UG中建好的零件模型进行零件分析；根据

4、其零件特征，进行参数化关联计算，分析设计变量与零件特征参数之间的关系；最后利用UG平台，结合C++和C#语言进行二次开发，实现夹钳机构的参数化设计。通过二次开发，定制了系统的个性化菜单，结合UG/OpenAPI和VisualStudio2010，创建了可以同时实现模型优化、参数驱动、和零件模型更新的参数化建模系统。关键词：锻造操作机，夹钳机构，优化设计，遗传算法，参数化设计，二次开发万方数据上海交通大学硕士学位论文OPTIMIZATIONANDPARAMETERIZATIONDESIGNOFTHEFORGINGMANIPULATOR’SGRIPPERABSTRACTTheforgingman

5、ipulator’sdevelopinglevelisasignificantfactorthataffectsthedevelopmentoftheheavyequipmentmanufacturingindustry.Andasanimportantcomponent,thedesignofthegrippermechanismdirectlyinfluencestheentiremanipulatorproperties.Facingthequickdevelopmentoftheheavyindustry,theloadcapacityaswellasthestabilityofth

6、egripperneedstobeimproved.Also,parameterizationisanimportantpartofmechanicaldesign,throughtheparameterizationofthemanipulator’sgripper,engineerswouldbeliberatedfromtedious,massduplicatedmodelingjobs,soastoputmoreenergyintothefurtherresearchsuchasinterferencechecking,finiteelementanalysisandmotionsi

7、mulationetc.Thispapertakessomeresearchontheforgingmanipulator’sgripper,which’spull-rodtype.Basedonsuchmechanism,optimizationdesignwasmadeandtheparameterizationmodellingsystemwasbuiltup.Themainresearchconten