毕业设计（论文）开题报告牛头刨床动态分析与设计.doc

杭州电子科技大学毕业设计（论文）开题报告题 目牛头刨床动态分析与设计学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化姓 名班 级学 号指导教师一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着经济全球化的发展，产品的市场竞争日趋激烈，客户对产品多样化和个性化的要求愈加迫切。 市场竞争的核心是产品创新，产品创新主要体现在对客户的响应速度和响应品质上。要想在市场竞争中获胜，缩短产品开发周期、快速响应市场，降低产品的生命周期成本，提高产品质量成为企业追求的目标【1】。为了达到这样的目标,国内外采用最多的就是虚拟样机技术。虚拟样机技术(Virtual Prototyping Technology，简称VPT)是一种全新的机械设计方法，作为一项计算机辅助工程(CAE)技术于上个世纪80年代随着计算机技术的发展而出现，在90年代特别是进入21世纪以后得到了迅速发展和广泛应用。在这里，虚拟样机是针对于物理样机而言，而虚拟样机技术则是针对于传统的设计方法而言。一个机械系统的研究可分为静力学、运动学和动力学3种类型，而虚拟样机技术主要进行的是机械系统运动学和动力学分析，因此也被称之为机械系统动态仿真技术【2】。而此次的毕业设计就是用ADAMS来建立机械系统的仿真模型，用户可以将注意力放在改进模型设计上，而不必关心建立方程、求解方程这些在过去要耗费大量精力的工作，从而大大提高了机械系统仿真的效率。尽管这些动力学软件都具有一定的三维建模功能，但对于复杂机械系统或零部件几何外形不规则的情况，就显得力不从心，所以一般用专业 的CAD建模软件和专业动力学仿真软件进行联合仿真。目前国内这方面常见的是用美国PTC公 司的ProE软件与美国MDI公司的ADAMS软件结合来开发复杂机械系统的虚拟样机【3】。目前，虚拟样机技术在一些较发达国家，如美国、德国、日本等已得到广泛的应用。应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用机械到人机工程学、生物力学、医学以及工程咨询等很多方面。所涉及的产品从庞大的卡车到照相机的快门。从上天的火箭到轮船的锚链。在各个领域里，针对各种产品，虚拟样机技术都为用户节约了成本，节省了时间并提供了满意的设计方案；美国波音747飞机的设计是虚拟样机技术应用的典范。它的开发周期从通常的8年减至5年，飞机的设计，装配和测试均在计算机中模拟完成，保证了一次试制成功；通用动力公司1997年建成了第一个全数字化机车虚拟样机，并且进行了产品的设计、分析、制造及夹具，模具工装设计和可维修性设计，覆盖件设计，整车仿真设计等；Caterpillar公司以前制造一台大型设备的物理样机需要数月时间，并耗资数百万美元。为提高竞争力，必须大幅度消减产品的设计制造成本Caterpillar公司采用虚拟样机技术，从根本上改进设计和试验步骤，实现了快速虚拟试验多种设计方案从而使产品成本低，性能却更加优越【4】。由此可见，虚拟样机技术在国外已经得到了相当大程度上的应用并获得了很大的重视。在我国，机械虚拟样机技术在某些领域也已得到了一定的应用和推广。例如月球表面探测机器人方案研究，就是运用虚拟样机技术对涉及到的多项关键技术进行深入研究，并取得可喜成果的。但从目前我国的情况来看，机械虚拟样机技术还主要只是在专业研究机构和高校研究机构中应用，只能算是初级应用阶段。由此可见，我国机械虚拟样机技术存在着很大的发展空间【5】。结合我国的特殊情况，这项技术应优先应用于以下方面：1.重点机械投资项目。这种项目投资太大，任何系统设计方面的失误都会带来巨大的经济损失。运用虚拟样机技术不仅可以避免损失，而且会找到满意的优化方案。与巨大的投资相比，建立虚拟模型及模拟的费用微乎其微。2.样机引进项目。自开放以来，我国从发达国家引进了各种机械设备的样机予以仿制，来提高国内产品的水平。但效果总是差强人意。一个很重要的原因是仿制停留在零件照抄水平上，对于样机缺乏系统水平的理解。设计人员对样机只知其然而不知其所以然。如果采用虚拟样机技术，技术人员便可对引进样机进行深入研究。可以追踪样机的设计思想，进行子系统的模拟来指导其设计，更重要的是可以发现样机的缺陷以便索赔或改造。3.国民经济的骨干行业。像汽车工业、工程机械行业、军事工业及石油化工行业等。这些行业对国民经济的应用会带来可观的经济效益【6】。在这个课题中我们要对牛头刨床进行三维建模并动态仿真分析，牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种， 主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽等。一般牛头刨床工作原理是当曲柄匀速转动时， 摇杆左右摆动，使牛头刨床的刨刀沿着固定的轨迹运动，通过曲柄转动驱动刨头作往复移动。牛头刨床机构具有急回的特性，即牛头刨床工作时刨刀慢慢向前移动，完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。如何实现刨头在切削行程中速度平稳,，难以凭经验确定。而且机构的几何参数对切削行程刨头速度的平稳性的影响，也难以直接判断。为了确定牛头刨床的设计是否满足要求，就必须对其进行分析【7】。选取该课题主要是为了研究牛头刨床的动态仿真分析，利用仿真技术建立牛头刨床的虚拟样机模型，能够实现对整个系统的运动分析、动力分析、载荷及应力分析等。可以动态观察其运行情况，揭示机构的运动规律和受力状态，为设计分析提供一种全新的方法，可预测其整体性能，进而改进设计，由于工作量大，同时时间有限，本设计只进行方案分析、结构分析、三维建模、运动仿真分析。通过ADAMS进行仿真分析，可得到刨床急回机构运动过程中刨刀的位移、速度、加速度曲线，仿真结果验证了ADAMS在刨床机构动态设计中的可行性与可靠性，从而大大提高了机械效率，并达到最佳切削效果【8】。仿真技术可缩短设计周期、降低设计成本、在机构运行前预先评估设计的作用和功效，快速并且直观的进行优化设计。利用ADAMS的虚拟样机技术可以快速准确地对牛头刨床操纵稳定性能进行仿真，从而对其性能做出预测和评估，为设计和改型提供依据和参考，减少开发费用，缩短设计周期，提高产品竞争力，具有重要的现实及工程意义。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：1. 研究并选定牛头刨床机构；2. 对所选牛头刨床进行结构分析（包括运动副、自由度、约束等）；3. 对选定牛头刨床用Pro/E进行三维建模； 4. 将三维模型导入ADAMS，分析各个部件的位移、速度、加速度等参数； 5. 完善牛头刨床的模型设计使得其有更理想的运动参数。三、研究步骤、方法及措施：研究步骤:1. 利用Pro/E设计机械手三维实体模型；2. 导入到ADAMS中；3. 对牛头刨床进行动态模拟仿真；4. 结果分析；5. 撰写说明书。研究方法及措施:1. 自己查看文献资料并上网寻找其他资料；2. 每周集结问题向老师讨教；3. 同学之间相互研究讨论。四、研究工作进度：序号时间内容12011.11.15 -20.11.31学习指定的选修课，查阅文献资料22011.12.1 -2011.12.25完成调研，完成毕业设计总体规划32011.11.26 -2012.1.31翻译外文资料42012.2.1 -2012.3.31牛头刨床建模52012.4.1 -2012.5.1完成牛头刨床仿真分析62012.5.2 -2012.5.25撰写设计说明书、上交论文72012.5.26 -2012.5.31修改完善82012.6.2答辩五、主要参考文献：1李旭荣,郑相周. 基于ADAMS的牛头刨床工作机构虚拟样机设计与动态仿真J. 中国工程机械学报,2007,5(4):437-446.2王侃,杨秀梅. 虚拟样机技术综述J. 新技术新工艺, 2008(3):29-33.3罗锦华,章程,赵成宏. 基于ProE和ADAMS的动力学联合仿真研究J. 船电技术, 2011,31(9):69-71.4张洪国. 虚拟样机综述J. 机电产品开发与创新, 2008,21(5):129-130.5刘淑芬,刘辉. 机械领域虚拟样机技术综述J. 五金科技, 2009,37(2):32-34.6赵志平,李新勇. 虚拟样机技术及其应用和发展J. 机械研究与应用, 2006,19(1):6-7.7周毅钧,李坤. 基于ADAMS牛头刨床机构建模与仿真分析J. 安徽理工大学学报, 2010,30(2):25-28.8刘守法,杨宏才.基于ADAMS的B635A型刨床急回机构运动学仿真J. 煤矿机械,2010,31(7):49-51.9李增刚ADAMS入门详解与实例M国防工业出版社，2006.10Zhengyan Zhang,Dingfang Chen,Min Feng. Dynamics Model and Dynamic Simulation of Overhead Crane Load Swing Systems Based on the ADAMSM.China Academic Journal Electronic Publishing House.1994:484-487.11杨洪伟. Pro/E模型导入ADAMS问题探讨J. 中国科技信息,2010,(6):83-8712马成习. 基于Pro /E 的牛头刨床运动机构建模及其运动仿真分析J. 机械设计与制造,2008,(10):182-183.13李俄锋,徐学林. 基于Pro /E和ADAMS的林木干果采摘臂的运动仿真分析J. 林业机械与木工设备,2010,38(2):34-48.六、指导教师审核意见： 指导教师签字： 年月日七、系（教研室）评议意见： 系（教研室）主任签字： 年月日八、开题小组评审意见：开题小组负责人签字： 年月日九、学院领导审核意见：1通过； 2完善后通过；未通过 学院领导签字： 年月日