汽车生产线高速拉杆升降辊床结构设计与仿真

发布时间：2020-06-02 17:58

【摘要】：随着国民生活水平的提高,汽车行业快速发展,汽车生产装配制造的自动化水平也随之加强,需要现代化程度更高的地面柔性输送系统以提高生产效率。高速辊床作为汽车生产线输送系统的重要组成部分,在汽车制造的装配、焊接、喷涂等生产过程,以及物料的运输、分类、贮存等环节具有不可取代的优势,被广泛应用起来,但目前其核心技术仍然掌握在国外少数企业手中,严重阻碍了我国汽车制造业的发展。本课题在对国内外高速辊床分析研究的基础上,通过引进吸收国外先进技术,对高速辊床系统进行分析研究,结合其运动学对升降机构优化设计,基于生产节拍时间规划对电机选型,同时对高速辊床进行了动力学和有限元模拟仿真分析。本文的主要研究内容如下:(1)阐述了课题的研究背景、目的及意义,同时对不同类型的升降机构进行了介绍,分析了辊床的国内外研究现状以及平面连杆机构和运动学、动力学的发展。(2)对高速拉杆辊床系统进行了分析,首先对辊床的系统组成及工作原理做了介绍,其次根据辊床的工作原理,对辊床的水平机构、升降机构、托举机构进行了相应的设计,然后结合辊床的机构运动学简图及运动模型,对辊床的运动学进行了理论分析,并基于理论分析的结果利用MATLAB软件对其仿真,同时利用ADAMS软件对运动仿真的结果对比验证,结果显示理论分析与ADAMS软件仿真结果吻合度较好,为辊床升降机构的优化设计奠定基础。(3)介绍了优化分析理论,并利用ADAMS软件建立辊床机构的虚拟样机模型,对辊床的升降机构的结构参数化设计,通过对虚拟样机的仿真和优化分析,得到机构最佳性能的结构设计方案,最后,根据优化分析的结果利用Autodesk Inventor软件对辊床三维实体建模。(4)根据实际生产的需要,对辊床输送线的生产节拍时间进行规划分析,并基于ADAMS软件对辊床三维实体模型进行分析,结合仿真结果,找出最优的工作节拍时间规划方案,并基于时间规划确定辊床的扭矩和转速,最后根据扭矩转速曲线对辊床电机选型。(5)对高速辊床的关键部件进行动力学分析,结合ADAMS动力学运动曲线,利用有限元分析软件ANSYS对关键部件模型进行模态分析、谐响应分析,通过分析获得辊床框架的前10阶固有频率和振型,以及不同方向的谐响应曲线,为高速辊床工作频率的选择提供依据,减少振动对高速辊床的损害。
【图文】：

升降机构,柱塞

主要是通过液压驱动的方式实现升降台的上升和下降，其特点是机械结构简单、运行平稳、机构冲击小等，但同时也存在运动精度低、能耗大、液压油污染等问题（如图1-1所示）。丝杠升降机构[5]的工作原理是通过丝杠的旋转，将转动驱动转化直线驱动的过程，从而实现工作台在直线方向的升降。丝杠升降机构由于丝杠传动动力，因此具有传动精度高、机械结构紧凑、机构运动平稳、安全性高等优点（如图1-2所示）。齿轮齿条升降机构[6]主要通过齿轮齿条之间的啮合将齿轮转动转变为齿条的直线运动，从而实现工作平台的升降，这类机构具有较高的定位精度和升降速度以及操作方便简单等优点，同时由于齿轮结构的特殊性，使得齿轮齿条机构具有较好的同步性，但同时由于齿轮的加工制造难度大，对材料的要求高等使得机构的价格比较昂贵，目前，此类机构主要用于海上自升式升降平台（如图1-3所示）。剪叉式升降机构[7 ]主要通过剪叉机构的折叠伸展，从而将驱动的小位移行程放大为机构平台竖直方向的较大的位移，从而实现平台的升降运动

升降机构,丝杠

的工作原理是通过丝杠的旋转，将转动驱动转化直线驱动的过程，从而实现工作台在直线方向的升降。丝杠升降机构由于丝杠传动动力，因此具有传动精度高、机械结构紧凑、机构运动平稳、安全性高等优点（如图1-2所示）。齿轮齿条升降机构[6]主要通过齿轮齿条之间的啮合将齿轮转动转变为齿条的直线运动，从而实现工作平台的升降，这类机构具有较高的定位精度和升降速度以及操作方便简单等优点，同时由于齿轮结构的特殊性，使得齿轮齿条机构具有较好的同步性，但同时由于齿轮的加工制造难度大，对材料的要求高等使得机构的价格比较昂贵，目前，此类机构主要用于海上自升式升降平台（如图1-3所示）。剪叉式升降机构[7 ]主要通过剪叉机构的折叠伸展，从而将驱动的小位移行程放大为机构平台竖直方向的较大的位移，从而实现平台的升降运动，其特点是操作简单，结构紧凑，承载能力较大，但剪叉机构在升降的过程中很难实现匀速运动，，升降行程也有较大局限性。凸轮升降机构[8]是一种通过凸轮、从动件以及机架组成的传动机构，使其能够实现连续的回转、往复移动或摆动
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U468.2

【参考文献】