旋转电弧传感器的振动分析与结构优化

发布时间：2017-08-02 19:29

  本文关键词：旋转电弧传感器的振动分析与结构优化

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【摘要】：在焊接过程中,传感器是焊缝自动跟踪的关键设备,决定着焊缝质量的精度。电弧传感器是通过焊炬扫描坡口时,弧长变化引起电流或电压变化来获得焊缝信息的,具有结构简单、实时性强、稳定性好等特点。在电弧传感器中,旋转电弧传感器具有更高的控制精度和灵敏度,因此,被广泛地应用在焊接自动化设备上。但旋转电弧传感器旋转部分的偏心块和导电杆的质心不在旋转轴上,存在不平衡质量,因此,当旋转电弧传感器旋转时存在离心力,从而引起振动,并且旋转电弧传感器本身的固有机械特性也会对其产生振动影响,给焊缝跟踪和焊接质量带来较大的影响。为了解决该问题,有必要研究旋转电弧传感器的振动特性以及对其结构进行改进。本文主要围绕旋转电弧传感器的虚拟样机模型的建模,运动学分析、动力学分析、自由振动分析、强迫振动分析、结构优化等几方面展开。首先利用PROE软件建立旋转电弧传感器的三维模型,通过数据接口技术将PROE中的模型导入到ADAMS软件中,添加材料属性,运动副和驱动,完成多刚体模型的运动学仿真分析,并验证了模型建立的正确性;同时对焊炬连接组件进行简化,并导入ANSYS软件中,创建焊炬连接组件有限元模型,并生成模态中性文件,将模态中性文件导入到ADAMS中替换原先的刚性构件,建立刚柔耦合模型,为振动分析提供了模型基础。然后通过对轴承的受力仿真分析,计算出不平衡惯性力的大小和位置,为振动分析时添加激励提供了依据;利用ADAMS/Vibration模块对刚柔耦合模型进行自由振动分析及强迫振动分析,得到系统的各阶固有频率,模态主振型,以及频率响应曲线,为旋转电弧传感器的结构改进提供了理论依据。最后对旋转电弧传感器的动平衡计算方法进行了阐述,计算出了不平衡力的大小和位置,从而确定了平衡块的安装位置;同时利用ADAMS的参数化设计对平衡块的尺寸参数进行了优化设计,达到了振动减小的目的。
【关键词】：旋转电弧传感器 刚柔耦合模型 振动分析 结构优化
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG43;TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景与意义9-10
• 1.2 旋转电弧传感器的国内外研究状况10-13
• 1.3 虚拟样机技术及ADAMS介绍13-15
• 1.3.1 虚拟样机技术13-14
• 1.3.2 ADAMS的介绍14-15
• 1.4 课题的主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 仿真模型的创建及仿真分析17-35
• 2.1 旋转电弧传感器的结构及三维模型17-20
• 2.1.1 旋转电弧传感器的结构方案17-18
• 2.1.2 旋转半径的实现18-19
• 2.1.3 旋转电弧传感器三维建模19-20
• 2.2 旋转电弧传感器多刚体模型的建立20-25
• 2.2.1 PROE与ADAMS之的数据接.技术20-21
• 2.2.2 模型的简化21-22
• 2.2.3 模型的导入及属性的修改22-23
• 2.2.4 添加约束及驱动23
• 2.2.5 模型验证23-24
• 2.2.6 虚拟样机仿真24-25
• 2.3 旋转电弧传感器刚柔耦合模型的建立及仿真25-33
• 2.3.1 刚柔耦合建模的基本理论25-26
• 2.3.2 柔性部件的创建26-29
• 2.3.3 模态中心文件的导入29-30
• 2.3.4 模态中性文件的验证30-32
• 2.3.5 刚柔耦合模型的仿真分析32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 刚柔耦合模型振动分析35-49
• 3.1 ADAMS/Vibration模块介绍35-36
• 3.2 振动模型的建立36-42
• 3.2.1 轴承受力仿真分析37-38
• 3.2.2 添加振动激励38-42
• 3.3 自由振动分析42-45
• 3.3.1 模态固有频率和振型42-44
• 3.3.2 模态参与因子分析44-45
• 3.4 强迫振动分析45-47
• 3.4.1 强迫振动仿真结果45-46
• 3.4.2 传递函数曲线46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 旋转电弧传感器的结构优化49-66
• 4.1 ADAMS参数化模型和优化分析的概念49-51
• 4.1.1 ADAMS参数模型50
• 4.1.2 ADAMS优化设计概念50-51
• 4.2 动平衡校正51-55
• 4.2.1 刚性回转体的动平衡计算51-53
• 4.2.2 旋转电弧传感器的动平衡计算53-55
• 4.3 平衡块的优化55-65
• 4.3.1 建立优化仿真模型55-56
• 4.3.2 定义设计变量56-57
• 4.3.3 定义目标函数57-58
• 4.3.4 设计研究58-59
• 4.3.5 优化结果分析59-62
• 4.3.6 优化前后刚柔耦合模型运动学仿真对比62-64
• 4.3.7 优化前后的频率响应分析对比64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66
• 5.2 展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间的研究成果72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘静;李郝林;黄德杰;;基于ADAMS/Vibration的轧辊磨床测量装置振动特性仿真[J];机械设计;2010年12期

2 康文利;张颖;王川;;基于UG和ADAMS的减速器的虚拟样机设计与仿真分析[J];机械;2011年01期

3 贾剑平,张华,潘际銮;用于弧焊机器人的新型高速旋转电弧传感器的研制[J];南昌大学学报(工科版);2000年03期

4 黄凌翔;张华;马国红;李晓波;王红波;;旋转电弧传感器的结构优化[J];上海交通大学学报;2008年S1期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张孝;两轮差速驱动三轮移动焊接机器人机构设计与仿真[D];南昌大学;2013年

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本文编号：610881