组合臂架式OM2拆装设备安装工况动力学分析与仿真.pdf

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1、硕士学位论文组合臂架式OM2拆装设备安装工况动力学分析与仿真DYNAMICANALYSISANDSIMULATIONOFEQUIPMENTCOMBINEDARMSFOROM2’SASSEMBLYANDDISASSEMBLYUNDERINSTALLATIONCONDITION张兴哲哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH21学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文组合臂架式OM2拆装设备安装工况动力学分析与仿真硕士研究生：张兴哲导师：陆念力教授申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期

2、：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH21U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDYNAMICANALYSISANDSIMULATIONOFEQUIPMENTCOMBINEDARMSFOROM2’SASSEMBLYANDDISASSEMBLYUNDERINSTALLATIONCONDITIONCandidate：ZhangXingzheSupervisor：Prof.LuNianliAcademicDegreeAppliedfor：Mas

3、terofEngineeringSpeciality：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要组合臂架式OM2拆装设备是为国家重大项目“神光Ⅲ”子项目—OM2光学组件安装量身定做的机械设备。在光学组件安装过程中，由拆装设备的折臂摆动、伸缩臂俯仰和伸缩臂伸缩完成粗就位，接着由拆装头6个方

4、向自由度微调运动完成精就位。由于设备具有大型重载，并依靠视觉辅助就位，对安装精度要求高，需要对拆装设备进行精准动力学分析，更好地规划OM2组件的运动轨迹。本文首先选取粗就位过程中组合臂架的三种不同姿态，基于ANSYS软件对底盘、折臂、伸缩臂和液压缸等主要部件进行了强度和刚度的静力学校核，并对这三种姿态进行模态分析，得到前六阶自振频率和振型，模态分析为后面瞬态动力学分析的时间积分步长和Rayleigh阻尼选取提供依据。采用浮动坐标法对OM2拆装设备进行动力学建模，利用有限元法离散描述柔性构件的变形。先用Lagrange方程得到单个柔性构件的动力学

5、方程，再利用Lagrange乘子引入约束方程组装成系统动力学方程。由柔性构件的动能得到质量阵，由弹性力虚功得到弹性力和刚度阵，由外力虚功得到广义外力，根据构件之间的关系得到约束方程和约束雅可比矩阵，将动能、弹性力、广义外力、约束力代入第一类Lagrange方程得到了拆装设备的系统动力学方程。动力学方程是一组时变、强非线性、强耦合的微分-代数方程，采用广义-α法对微分-代数方程进行求解，得到了拆装设备末端点在不同工况下位移和速度随时间变化的响应曲线，并将柔体变形约束为零进行求解得到的刚体解与ADAMS刚体仿真解进行比较，发现结果相当吻合，验证了拆

6、装设备多柔体系统模型的准确性，为拆装设备末端轨迹优化控制提供理论基础。粗就位完成后对拆装设备臂架结构“冻结”进行瞬态动力学分析。以加减速控制法求得微调运动中瞬态冲击载荷函数变化曲线，通过前面姿态三的振型选取两个方向微调运动进行分析，得到拆装设备末端点位移、速度随时间变化曲线以及振动周期。关键词：有限元分析；多柔体系统；浮动坐标法；瞬态动力学-I-AbstractAbstractTheequipmentcombinedarmsforOM2’sassemblyanddisassemblyisamechanicaldevicetailoredfort

7、heinstallationofOM2opticalcomponentsfromthenational“Shenguang-III”subproject.Duringtheinstallationoftheopticalassembly,thefoldingarmswing,thetelescopicarmpitchingandthetelescopicarmexpansionandcontractionofthedismountingdevicecompletestheroughposition,andthenthefine-adjustme

8、ntmovementiscompletedbythesixdirectionsoffreedomofthedismountinghead.Becaus