RRP平面连杆机构的动态仿真_078105126
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学士学位论文原创性声明本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:20010-6-9学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名: 日期:20010-6-9导师签名: 日期:毕业设计(论文)题 目: RRP平面连杆机构的动态仿真 系 别: 航空工程系专业名称: 机械设计制造及其自动化班级学号: 078105126学生姓名: 徐晴指导教师: 朱保利二O一一 年 六 月 薄壁铝铸造模对家用笔记本电脑的发展韩国科技工业学院2007年9月3日收稿硅基铝铸造合金因其优越的铸造性能和独特的机械与物理性能的结合而在合金体系中受到广泛的应用。但是,厚度小于1mm的薄壁铝铸造模的生产要达到高流动性的铸造铝合金是公认的很困难的任务。所以,在本研究中测试到,对于生产297 mm x 210 mm x 07 mm的薄壁铝构件的最优铸造模条件为两个不同的浇注系统,切向式和拆分式以及通风口设计。同时,还进行了计算机凝固模拟。结果表明,拆分式的浇注系统,在凝固之后的总体变形和铸造的声效来看,比切向式的要优越。同样发现,恰当的通风口设计对于生产薄壁铸件是至关重要的因素之一,因为它对薄壁件的充型和压铸变形的最小化有着重要影响。关键词:铝,薄壁压铸模,家用笔记本电脑,冷室压铸机1 简介在铸造铝合金中,铝-硅系铝基合金由于其优异的性能低密度,较高强度强度和良好的铸造性能等1-3是应用最广泛的合金系之一.目前,在电子和自动化家用中对轻质合金的需求正与日俱增,因为它相比于塑料,在质轻的同时有较高阻尼和抗凹陷性。然而,众所周知,采用高压铸造技术生产厚度小于1mm的薄壁铝制件由于其较差的流动性而比较困难。这就导致了铝合金在家用电子制件领域,比如笔记本电脑和手机等方面的应用受到了限制。因此,在这篇论文中将探索基于包括流道,浇注系统和压铸条件最优模具设计的薄壁铝制件的生产是压铸模技术。而且,实验检测的浇注设计将作用于薄壁铝制家用笔记本电脑厚度少于0.8mm的制备过程.2.实验先于实际的压铸模实验,进行压铸模拟来设置压铸和熔化条件。实验采用的是H13工具钢制备的用于生产尺寸为210mmx297mmx0.7mm的压铸模模具。如图1所示,两种不同的浇注系统,切向式和拆分式用于此次研究。商用压铸模铝合金ALDC12(铝-(9.6-12)%Si-(1.5-3.5)%Cu,如表1)熔化至780,模具在压铸之前加热到230。本研究中所要用到的冷室压铸(机图2)的主要参数如表2所示。熔融的铝合金在塞头达到压室370mm高度之前以0.35m/s的注射速度浇注到型腔中,之后在压室中从370到390mm高度线性的加速到2.0,3.0,3.5,4.0,和4.5m/s。表3归纳了此次研究中的压铸条件。3 结果与讨论 凝固模拟用于在压铸模实验之前的两种不同浇注系统设计,切向式和拆分式。熔融铝合金在填充过程中的流动模式和温度分布如图3所示。结果表明,两种浇注系统在型腔填充过程中呈现很规则的熔体流动。但是,在填充的最后阶段,切向式的浇注系统出现在熔点下方(图3a中圈示),而拆分式浇注系统则允许在液相线温度之上。 如上所述,实际压铸模实验用于设计尺寸为210mmx297mmx0.7mm的家用笔记本电脑。图4所示的是从2.0到4.5m/s的不同注射速度的结构铸件,在低速浇注时固12表1 ALDC12合金的化学组成(质量分数)表2 压铸机的特征参数表3 压铸实验条件图1 家用笔记本电脑原理图(210mmx297mmx0.8mm)和两种不同浇注系统(a)切向式(b)拆分式图2 高速压铸机图3 两种不同浇注系统的模拟结果(a)切向式(b)拆分式图4 不同高速注射的压铸结果(a)切向式 (b)拆分式图5 浇口移除之后的切向式和拆分式浇注系统的变形定在0.35m/s.结果显示,两种浇注系统都允许超过3.0m/s的高速浇注。然而,低于3.0m/s的浇注速度不能填充薄壁型腔。同样发现,切向式浇注系统即使是本实验中最高的浇注速度也不能填充溢流。并且,切向式浇注系统在浇口移除之后导致更多的压铸变形。在图5中显示的是每个浇注系统的浇口移除之后的变形量。结果清楚的表明切向式冷却系统比拆分式的导致更多的严重变形。由于本实验制备的家用笔记本电脑只有0.7mm的厚度,凝固之后的压铸收缩引起的应力是作为家用笔记本电脑大量生产考虑的重要因素。因此,可以得出结论基于上述因素拆分式浇注系统优于切向式的。图6 减小套筒斜度原理图图7 厚度为0.7mm的薄壁家用笔记本电脑然而,即使是采用拆分式的浇注系统也存在很多铸造缺陷诸如流线和交不足。因此,引入了两种主要的改进措施。一个是增大溢流和通风口的尺寸。溢流容量增大了近70%(从4400mm3到7500 mm3),而且内浇道的长度也从13.5mm增大到15mm以便从整体上易于空气在模具型腔中的流动。套筒的上部如图6所示机械地减少了坡度以减少在浇注过程中套筒内的紊流和残余空气量。因为套筒在浇注过程中在少于30%(在压铸过程中至少需要40%填充套筒)铝填充时产生大量的夹杂空气和高紊流4。如图6所示,坡度的增加可以在浇注过程中使套筒内的空气更易流出,使得熔体中的气体夹杂最小化。采用上述的两种改进方法,可以成功制备出较少缺陷的优异的家用笔记本电脑(图7)。在铸件中可以发现有较少的流线,裂纹和浇不足等缺陷。测量了铸件的厚度(图8)。在左图中,厚度的位置测量并显示了,右图显示的是所测铸件的厚度。可以发现厚度的分别相当均匀,并且可达到平均厚度为0.67mm.图8 薄壁家用笔记本的厚度由于铸件很薄,厚度小于0.7mm,凝固之后从模具上的喷射显得十分重要。在喷射过程中,薄壁铸件可能弯曲甚至是裂纹,因此,喷射头的数目和它的分布在设计中十分关键。并且,模具温度控制器的使用对于薄壁铸造模的填充也是很重要的。同样发现,没有温度控制器,即便是注射速度超过20次模具也不能足够地加热。当模具没有加热到合适的温度时,熔体注入冷模型腔中时将会很快冷却下来。因此,没有模具温度控制,将会呈现严重的铸造缺陷包括浇不足和裂纹。4 结论(1)在切向式和拆分式的浇注系统设计中,拆分式被认为是更适合薄壁压铸模因为熔体在型腔中流动的更为规律。(2)当熔体到达内浇口时,对于尺寸小的薄壁家用笔记本电脑而言。高速浇注速度需要在3.0m/s以上,最好在4.5m/s,(3)在铸件上厚度分布是均匀的,并且可以达到平均厚度为0.67mm.(4)对于薄壁铝压铸件,通风口的位置和尺寸以及溢流对于最小化铸件的流线和浇不足缺陷是很重要的因素。(5)减少套筒坡度设计在浇注过程中对于套筒内部的空气夹杂流动大有益处。(6)因为铸件容量比较小,尽可能高的控制模具温度也是很重要的。致谢本作品由韩国科技信息学院和Gwangju 文化中心通过高级材料和工业发展项目支持。参考文献1 铝合金的微观结构和性能,日本轻金属工业,1991,2332G.K.Sinworth:AFS转变,1983,91,73 JEGruzleski and Bernard MClosset:AFS,1990,134 Ghlkingto:铸造模缺陷,NADCA,1997毕业设计(论文)开题报告题目 RRP平面连杆机构的动态仿真专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 078105126学 生 姓 名 徐晴指 导 教 师 朱保利填 表 日 期 2011 年 4 月 1 日1、 选题的依据及意义: 连杆机构的最基本形式是平面四杆机构,它是其它连杆机构的基础。所以,对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的基本原理,从而用以连杆机构的设计。 机构运动学综合是按照给定的运动特性对机构进行系统的设计的过程,包括型综合和尺度综合两大主要内容,主要综合方法有解析法、作图法和实验法。作图法和实验法工作量大,设计精度低,仅适用于对机构精度要求不高的场合。近几十年来,随着工业技术的高速发展,人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高,作图法和实验法已不能满足要求,而基于计算机辅助设计(CAD)的解析法得到了广泛的应用。 本课题的主要内容是平面四杆机构的连杆曲线及轨迹综合,其意义在于:一、深入研究计算机在设计和仿真连杆机构连杆曲线方面的应用,从而指导实践;二、总结出四杆机构轨迹综合的理论基础,从而指导多杆或复杂的低副平面机构的综合。此课题的主要目标是系统地对平面四杆机构连杆曲线进行研究,从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法,以便在实际中得到应用;主要特色是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言编程来辅助设计和仿真平面四杆机构。2、 国内外研究概况及发展趋势(含文献综述):国内外研究概况在各种机构型式中,连杆机构的特点表现为具有多种多样的结构和多种多样的特性。仅就平面连杆机构而言,即使其连杆件数被限制在很少的情况下,大量的各种可能的结构型式在今天仍难以估计。它们的特性在每一方面是多种多样的,以致只能将其视为最一般形式的机械系统。在古代和中世纪许多实际应用方面的发明中就有连杆机构,例如我国东汉时期张衡发明的地震仪、列奥纳多达芬奇所描述的椭圆车削装置等,在这些发明中,都巧妙地应用了平面连杆机构。在近代,随着工业越来越高度自动化,在大量的自动化生产线上,许许多多的连杆机构得到了应用。特别是机器人学成为目前一个前沿学科,连杆机构又有了新的应用,例如日本等国家开发的类人型机器人等。在仿生学上,连杆机构巧妙地实现了人类关节的功能,例如国外研制的六杆假肢膝关节机构。当今,工业生产自动化程度越来越高,连杆机构以及它与其它类型的机构组成的组合机构将得到更加广泛的应用,特别是形状丰富多样的连杆曲线将应用在更多的场合中。发展趋势全世界有250,000 多位专业人员正在使用Mathcad 来执行、记录和共享计算及设计工作。Mathcad 独有的可视化格式和简单易用的白板界面将标准的数学符号、文本和图形集成到一个工作表中,使Mathcad 成为获取知识、计算重用和工程协作的理想之选。Mathcad 使个人工作能够进行更新和交互式设计,因此,用户可以获取他们每一个工程项目背后的关键方法和价值。3、 研究内容及实验方案:研究内容:1、外文翻译;2、MATLAB软件的使用;3、平面连杆机构的组成原理;4、RRR四杆II级机构MATLAB运动学仿真模块;5、RRR四杆II级机构MATLAB动力学仿真模块;6、RRR_RRP六杆II级机构的设计;7、RRR_RRP六杆II级机构的运动学仿真;8、RRR_RRP六杆II级机构的动力学仿真。设计方案:1、收集有关资料、写开题报告;2、翻译外文资料;3、熟悉MATLAB软件;4、学习RRR_RRP六杆II级机构及MATLAB运动学和动力学仿真;5、设计一个RRR_RRP六杆II级机构;6、画出所设计的机构连杆图;7、RRR_RRP六杆II级机构的动态仿真; 8、 撰写毕业设计论文。4、 目标、主要特色及工作进度1、目标: 采用matlab软件对RRR_RRP六杆III级机构进行运动及动力仿真。2、MATLAB主要特色 : 1)友好的工作平台和编程环境; 2) 简易的程序语言; 3) 强大的科学计算机数据处理能力; 4) 出色的图形处理能力; 5) 实用的程序接口和发布平台。3、工作进度: 1)、 收集资料、开题报告、外文翻译(6000字以上) 3.1-3.21 2)、 熟悉MATLAB软件 3.22-4.4 3)、III级杆组运动学和动力学仿真模块 4.05-5.094)、机构的运动学仿真 5.09-5.23 5)、机构的动力学仿真 5.24-6.13 6)、撰写毕业设计论文 6.14-6.27五、参考文献1 孙桓,陈作模主编.机械原理.第七版. 北京高等教育出版社,2006.122 曲秀全主编.基于MATLAB/Simulink平面连杆机构的动态仿真. 哈尔滨工业大学出版社,2007.43 邱晓林主编. 基于MATLAB的动态模型与系统仿真工具. 西安交通大学出版社,2003.104 张策主编. 机械动力学. 北京高等教育出版社,20005 Ye Zhonghe, Lan Zhaohui. Mechanisms and Machine Theory. Higher Education Press, 2001.7毕业设计(论文)任务书I、毕业设计(论文)题目:RRP平面连杆机构的动态仿真II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:1、原始资料:1)RRP四杆机构的原动曲柄转速、各构件长度与质量、工作阻力矩;2)RRR-RRP六杆机构的原动曲柄转速、各构件长度与质量、工作阻力矩。2、设计技术要求:1)机构的运动学仿真;2)机构的动力学仿真。 III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间:1. 收集资料、开题报告、外文翻译 2.16-3.082. 熟悉MATLAB软件 3.09-3.223II级杆组运动学和动力学仿真模块 3.23-4.184. 机构的运动学仿真 4.18-4.285. 机构的动力学仿真 4.28-5.246. 撰写毕业设计论文 5.25-6.12 、主 要参考资料:1 孙桓,陈作模主编.机械原理.第七版.北京:高等教育出版社,2006.122 曲秀全主编.基于MATLAB/Simulink平面连杆机构的动态仿真.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2007.43 邱晓林主编. 基于MATLAB的动态模型与系统仿真工具. 西安:西安交通大学出版社,2003.104 张策主编. 机械动力学. 北京:高等教育出版社,20005 Ye Zhonghe, Lan Zhaohui. Mechanisms and Machine Theory. Higher Education Press, 2001.7 机 械 系 机械设计制造及自动化 专业类 班学生: 日期: 自 2010 年 2 月 16 日 至2010年 6 月 12 日指导教师:朱保利助理指导教师(并指出所负责的部分):机械设计 教研部主任:附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。目录RRP平面连杆机构的动态仿真11 绪论11.1引言11.2平面连杆机构及杆组概述21.3 进行杆组系统仿真的意义21.4 MATLAB简介32 RRP级杆组MATLAB运动学仿真模块62.1 用MATLAB实现牛顿-辛普森求解62.2用MATLAB进行速度分析82.3曲柄、RRR级杆组MATLAB运动学仿真模块92.4四杆机构的MATLAB运动学仿真112.5四杆机构MATLAB运动学仿真结果133 曲柄、RRR级杆组的MTALAB动力学仿真153.1 曲柄、RRR级杆组MATLAB动力学仿真模块163.2四杆机构的MATLAB动力学仿真213.3四杆机构MATLAB仿真模型的初值确定223.4四杆机构MATLAB动力学仿真结果224 RRR-RRP六杆机构的MTALAB运动学仿真254.1 RRR-RRP六杆机构254.2RRR-RRP六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定254.3RRR-RRP六杆机构MATLAB仿真模型284.4 RRR-RRP六杆机构MATLAB运动学仿真结果30参考文献37致谢38毕业设计(论文)外文翻译题目 薄壁铝铸造模对家用笔记本电脑的发展 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 078105126学 生 姓 名 徐晴指 导 教 师 朱保利填 表 日 期 2011 年 03 月 21 日论文摘要RRP平面连杆机构的动态仿真学生姓名:徐晴 班级:0781051 指导老师:朱保利摘要:机构的运动分析,主要获得机构中某些构件的位移,角速度和角加速度,以及某些点的轨迹,速度和加速度。机构的动力分析,主要是在运动学的基础上,由已知工作阻力,求出运动副的约束反力和驱动力,为选择和设计轴承,零件强度的计算及选择原动机提供原理。本文以机构的组成原理为出发点,主要以RRP组连杆机构为分析对象,用复数向量推导出曲柄,RRP级杆组的矩阵数学模型,并编制了用于MATLAB/Simulink仿真的函数,这样以MATLAB/Simulink为平面连杆机构运动分析和动力分析的平台,可以搭建RRP级杆组组成的平面连杆机构的运动学和动力学的仿真模型并进行仿真,并观察参数是如何变化的。关键词:运动学 动力学 RRP 仿真 MATLAB/Simulink 指导老师签名:Dynamic Simulation of RRP Planar LinkageStudent name:xuqing class:0781051 Supervisor: Zhu Bao LiAbstract:Analyzing the movement of institutions, mainly obtain displacement, velocity and Angle acceleration, and some points trajectory, speed and acceleration in some institutions of displacement。Organization of the dynamic analysis of kinematics, mainly in, on the basis of the known by the work resistance, the motion pair constraint force and driving force for the selection and design of bearings, strength calculation, and select engine provide principle.This is Based on the principles of the institution as a starting point,with RRP group of linkage mechanism mainly,use the plural vector derivation the Matrix mathematic model of level. RRP pole ,crank.And prepare the Simulation of function of MATLAB/Simulink .So ,MATLAB/Simulink is used for platform of planar linkage mechanism.This can build RRP level rod group composed of planar linkage mechanism of the kinematics and dynamics simulation model and simulation.And observed how is the change of parameters.Keyword:kinematics dynamic RRP simulation MATLAB/Simulink Signature of Supervisor:
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