大型动态雕塑机械驱动系统研究.pdf

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1、山东理T人!≯硕lj学位论文摘要本文针对大型动态雕塑的特征，对其机械驱动系统进行了深入研究，并开发了具有升降、旋转和开合功能的大型动态雕塑机械驱动装置。研究了升降系统的设计目标及设计要求，对现有升降机构进行了类型分析与优选，确定了齿轮齿条升降方案并进行了分析，最终创新设计出背靠背式齿轮齿条升降系统。分析了回转系统的工作特点，对回转装置中的回转小齿轮采取对称布置的结构形式，从而使回转装置运行更加平稳。分析了开合机构的设计目标和要求，对开合机构进行了类型综合并对方案进行了优选，最终确定了液压直拉式开合机构。在此基础上确定了开合机构优化设计的设计变量、约束

2、条件、目标函数，建立了优化设计的数学模型。利用MATLAB优化工具箱对优化模型进行求解。优化设计后，液压缸运行更加平稳。对动态雕塑机械驱动系统的关键零部件进行了结构设计，并利用UG软件建立了动态雕塑的三维实体模型。建立齿轮齿条有限元模型并研究了其强度问题。结果表明所选结构及尺寸参数满足升降装置的强度要求。建立以升降装置的用钢量最小为目标函数的优化计算模型，利用ANSYS软件得到其优化结果，从中选取了一组最优化设计序列，再次建立数学模型，分析验证了所确定的升降装置能够满足应用要求，使升降装置的用钢量减少20．28％。利用UG4．0对动态雕塑进行虚拟装配

3、，装配过程中对主要零部件进行了静干涉检验，并确定了各零部件间的相对位置关系，进一步优化了模型结构。按照给定的运动要求进行了虚拟仿真，分析了相关部件的位移、速度和加速度并进行了运动干涉研究。结果表明，该方案在运动方面是可行的。本文的研究为大型动态雕塑驱动设备的研制提供了一种切实可行的设计方法，解决了由于物理样机制造困难而无法验证设计方案是否可行的问题，并对今后进行大型非标重载设备的研究和开发提供了重要的参考价值。关键词：大型动态雕塑；有限元分析；优化设计；运动仿真山东理r大学硕．Jj学位论文第一章绪论第一章绪论1．1研究背景和意义随着科技的发展以及人民

4、生活水平的提高，自上世纪九十年代起，动态雕塑结合地产、旅游开发和城市规划的需求，得到了很快的发展。动态雕塑在提升城市形象和增加旅游收入方面起了很重要的作用，也带来了很好的社会效益和经济效益【l-2]。但大负载、大行程的动态雕塑还不是很多，没有成熟的可借鉴的产品，并且绝大多数动念雕塑运行动作单一。由于动态雕塑具有静位置固定和动过程移动，以及活动周围有大量的游客观众等特点，故对它的安全性和可靠性有特殊的要求。因此设计出一套安全可靠的大型动态雕塑，把它应用在旅游景区对增加旅游景点项目和提升城市形象方面具有重要的经济意义和社会意义。1．2大型动态雕塑驱动研究

5、现状动态雕塑是实现空问位置移动或空间运动的雕塑，而实现雕塑运动的技术叫雕塑运动技术【谰，它包括机械、电子、液压拖动、材料、控制、计算机、传感器、监控等技术。动态雕塑主要是指利用机械驱动装置使雕塑完成设定的动作。所以雕塑要有运动的功能。雕塑运动形式可分为水平移动、铅垂移动、水平旋转等。动态雕塑形成于上世纪五十年代，随着现代科技的发展，目前动态雕塑又出现快速发展的新局面[71。近年来国内外动态雕塑发展的新技术有：l、数字化技术；2、立体动感类高科技仿真技术；3、虚拟现实技术；4、激光类以及媒体综合类产品等；5、各类声、光、电、机械结合，科技含量高的新型设

6、备；6、机器人技术。近年来在在大型动态雕塑方面做的比较成功的有江苏无锡灵山和山东威海赤山的动态雕塑。如图1．1和1．2所示。铜雕塑铜雕http://www.xingyetd.com/铜雕塑铜雕http://www.xingyetd.com/!：尘些!皇!些窒些堡圭塑：：塑尘图I2山东威海赤山动态雕塑无锄炙lfj动奄雕塑是集雕塑、音乐、喷泉、瀑椎、烟火于。体的动态景观雕塑。其主要完成的动作是人像雕塑的列降、旋转以及花瓣的肝台。威海赤山的动态雕塑主要足完成雕塑的旋转动作。目前国内外在动态雕塑驱动系统方面的研究比较少。I3本文研究目的和意义设计大型的动态雕

7、塑驰动啦备，既包括原理结构的设计又有美术设计的耍求等。其中功能和机构的设计与实现是重中之重，使用传统的设计手段，则最得力不从心，跟不上当前绎济社会发展的需要。目前人型动态雕塑驱动设备存在的主要问题如下：(1)动奁雕塑负载小、动作单一。目前国内的大型动态雕塑宵无锡灵山动态雕塑卡要完成的动作是人像雕塑的升降、旋转以及桤瓣的开合。无锡灵山动态雕塑的特点是动作丰富，但是负载小。威海赤山的动态雕塑丰要是完成雕塑的旋转动作和、lqf"移动。威海赤山动态雕塑的特点足负载大，但是动作过于单一；j{是完成雕塑的旋转。目自口缺乏一干叶-既能承受人负载而义具有卡富动作的动

8、态雕塑驱动设备。(2)动态雕塑驱动设备的世汁仍然采川比较忙统的设计方法，以：维设计为主。设计时问占整个台同剧