舷外启闭装置的优化设计和运动仿真分析.pdf

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1、第38卷第1期2016年1月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．38，No．1Jan．，2016舷外启闭装置的优化设计和运动仿真分析贺学明，曾保平，龚亚军，汪琦(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430205)摘要：以某舷外启闭装置平面四连杆机构为研究对象，建立装置的平面四连杆机构运动分析数学模型，应用Matlab软件进行优化设计。根据优化结果在COSMOSMotion软件中建立三维模型并进行运动仿真分析，为机构优化设计提供一种高效、直观的仿真手段，提高对平面连杆机构的设计分析

2、能力，并为后续的机构动力学分析和详细设计打下基础。关键词：平面四连杆机构；优化设计；运动仿真中图分类号：U663．6文献标识码：A文章编号：1672—7649(2016)1—0076—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2016．1．016Optimizationdesignandkinematicsimulationofoutboardopen-closeshuttersHEXue—ming，ZENGBao—ping，GONGYa-jun，WANGQi(WuhanSecondSh

3、ipDesignandResearchInstitute，Wuhan430064，China)Abstract：Thispapertakesaplanefour-barlinkagemechanismofoutboardopen—closeshuttersasanexampletosetupthemathematicalmodelofkinematicanalysisoftheshutters，andtheoptimizationdesignhasbeencarriedoutbytheMatlabsoftw

4、are．The3Dmodelhasbeenbuiltbasedonoptimizationresult，andkinematicanalysishasbeencarriedoutbyCOSMOSMotion．Itgivesanefficientandvisualmethodtooptimizationdesignofmechanisms，andimprovestheabilityofdesigningandanalyzingtheplanefour-barlinkagemechanisms．Meanwhil

5、e，italsobuildsthefoundationofthefuturedynamicalanalysisanddetaildesignoftheshutters．Keywords：planefour—barlinkagemechanism；optimizationdesign；kinematicsimulationO引言舷外启闭装置用于封闭舰船舷外开孔，减少水动力噪声和航行阻力，并且为设备出入提供必需的通道。对启闭装置来说，可靠性要求十分严格¨。。如设计不当会导致开口启闭装置出现卡死、锈蚀和异响，甚至

6、会发生与出入设备碰撞的严重后果。启闭装置采用平面连杆机构实现开口的启闭，是考虑到以下因素。连杆机构由于能有效地实现给定的运动规律或运动轨迹，很好地完成预定的动作。连杆机构的运动副一般为低副，元素之间面接触使得磨损比较小；构成这些运动副的元素(如圆柱面、平面等)加工比较简便，易得到较高的制造精度；低副元素的接触依靠本身的几何约束来保证，不需要附加弹簧等零部件，因而已在机械和仪表等领域中得到广泛应用旧o。但舷外可用空间非常有限，连杆机构中待定的设计参数又较多，设计比较复杂。传统的基于图解法或分析法的连杆机构设计

7、，无论设计精度还是设计效率都相对较低，不能满足现代机械高精度的要求。随着计算机技术的不断发展，为机构优化设计和运动仿真实现提供了有效手段。本文首先以某舷外启闭装置平面四连杆机构为研究对象，建立四连杆机构的数学模型，再利用Matlab软件强大的数值计算能力和高效的工具箱函数进行优化设计，并使用COSMOSMotion软件进行收稿日期：2015一11—05作者简介：贺学明(1981一)，男，硕士，工程师，主要从事船舶特种装置研究与设计。第1期贺学明，等：舷外启闭装置的优化设计和运动仿真分析·77·仿真设计和运动

8、学分析，实现了机构运动仿真的可视化。1平面连杆机构数学模型此平面连杆机构为活塞杆一连杆一曲柄机构左右对称布置，机构运动简图如图1所示。活塞杆为主动件，连杆AB和连杆AD、曲柄BO和曲柄DE分别关于活塞杆的轴线对称布置，曲柄BO和曲柄DE分别和左、右盖板固连，盖板下方为其固定底座。图1中，实线为盖板的关闭位置，点划线为其开启位置。坐标系建立在左盖板转动轴的中心。活塞杆向y轴正向运动，液缸行程为．s，曲柄BO和曲柄D