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某火炮自动装填系统协调器可靠性分析

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摘要

1 绪论

1.1 选题研究的背景与意义

1.2 国内外相关领域研究现状

1.2.1 多体系统动力学研究现状

1.2.2 刚柔耦合动力学研究现状

1.2.3 机械可靠性仿真研究现状

1.3 本文的研究内容

2 协调器结构原理及相关参数计算

2.1 引言

2.2 协调器的结构及原理

2.3 协调器运动学关系分析

2.4 协调器驱动负载计算

2.5 本章小结

3 多体系统动力学理论及协调器系统的动力学建模

3.1 多体系统动力学理论概述

3.1.1 多体系统建模理论

3.1.2 多体系统动力学理论

3.2 动力学数学模型的建立

3.2.1 坐标系的确立

3.2.2 位置、速度计算

3.2.3 动能计算

3.2.4 势能计算

3.2.5 动力学方程的建立

3.3 基于虚拟样机的动力学仿真模型的建立

3.3.1 三维实体建模

3.3.2 基于ADAMS的协调器动力学仿真建模

3.4 本章小结

4 基于刚柔耦合动力学仿真的结构强度可靠性分析

4.1 协调臂刚柔耦合动力学仿真

4.1.1 刚柔耦合基本原理

4.1.2 柔性体的建立

4.1.3 刚柔耦合动力学仿真

4.2 解决方案及仿真验证

4.2.1 通过控制改进提高结构可靠性方案

4.2.2 通过结构改进提高结构可靠性方案

4.2.3 综合结构与控制两个方面同时改进提高结构可靠性方案

4.3 协调臂强度可靠性分析

4.3.1 应力-强度干涉理论

4.3.2 协调臂强度可靠度计算

4.4 本章小结

5 基于参数化动力学仿真的机构动作可靠性分析

5.1 机构动作可靠性基本理论

5.1.1 机构动作可靠性指标

5.1.2 蒙特卡洛模拟法

5.1.3 机构动作可靠性分析

5.1.4 系统的机构可靠性

5.2 ADAMS-ISIGHT联合参数化动力学仿真

5.2.1 ADAMS中的参数化模型处理

5.2.2 ISIGHT与ADAMS的集成

5.3 协调器机构可靠性分析

5.3.1 解锁机构动作可靠性分析

5.3.2 自动锁定机构动作可靠性分析

5.3.3 协调器系统的机构动作可靠性

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来展望

致谢

参考文献

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摘要

本文以某基础科研项目为背景,基于动力学仿真的分析方法,结合实际产品,对作为火炮自动装填系统中关键部分的弹协调器的可靠性进行了较为全面的分析。通过对实验台架的生产加工以及调试阶段的跟踪、观察和记录,结合对弹协调器工作原理的深入理解,对实验台架中的协调器部件已经存在的可靠性问题进行原因分析;对可能存在的可靠性问题进行预判并通过仿真分析给予检验。
  考虑到协调臂是属于做大范围高速、重载运动的构件,对于协调臂的动态结构强度可靠性研究显得尤为重要。利用基于多刚体动力学和有限元法的刚柔耦合动力学仿真对协调臂本体的动态受力状况进行仿真分析,得到了协调臂本体在动态载荷下的动态应力分布,以此为依据判断协调臂的结构强度可靠性。从控制、结构以及二者结合三个方面给出提高协调臂结构强度可靠性的优化方案,对优化方案的仿真结果显示协调臂的受力状况有了较大改善,可靠性得到大幅提高。
  协调器的功能是抓取弹丸并协调弹丸位置到任意射角再将弹丸交接给输弹机,弹协调器除了要实现高速重载的协调动作之外,还要能够可靠地实现对弹丸的锁定、解锁动作。因此,对于弹协调器的机构动作功能可靠性的分析也是非常必要的。本文利用基于参数化建模的动力学仿真方法,借助于多学科优化软件ISIGHT与多刚体动力学软件ADAMS联合仿真来分析考虑随机性的机构动作功能可靠性。分析得到影响机构动作可靠性的随机因素,为机构的优化设计工作以及生产加工阶段的工艺指标的制定提供了充分的理论依据。

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