本書介紹了大型重載航天攪拌摩擦焊機器人研發設計的基礎理論、基本方法和常用軟件，面向我國在航空航天、國防和現代化工業等領域的迫切需求，以提高工件的焊接精度和焊縫質量為落腳點，針對新型的攪拌摩擦焊機器人開展了大量的理論分析、仿真優化和試驗測試工作，獲取了機器人在焊接過程中所關心的各項性能參數。研究機械結合部對整機靜動態性能的影響，建立了針對復雜大件結構動態優化設計的分析流程。*終的分析和測試結果表明了本書工作的必要性，提出大型重載航天攪拌摩擦焊機器人研發設計流程及仿真測試方法,確保攪拌摩擦焊機器人的焊接精度，有力地配合和指導了大型重載航天攪拌摩擦焊機器人研發設計工作。本書注重理論研究和實踐相結合，旨在開拓讀者的研究思路，提高讀者的研究能力。
目錄
《21 世紀先進制造技術叢書》序
前言
第1章 緒論 1
1.1 攪拌摩擦焊的背景及意義 1
1.2 攪拌摩擦焊的原理及特點 4
1.3 攪拌摩擦焊設備現狀介紹 5
1.3.1 國外攪拌摩擦焊設備 6
1.3.2 國內攪拌摩擦焊設備 9
1.3.3 國內外攪拌摩擦焊設備特點歸納 12
1.4 大型重載設備的相關理論研究現狀 14
1.4.1 多體系統的運動學與動力學 14
1.4.2 機械結合部的等效建模方法 15
1.4.3 結構的靜動態特性分析 18
1.4.4 參數化建模與結構優化 19
1.5 本章小結 20
第2章 攪拌摩擦焊機器人多體系統建模與仿真 21
2.1 引言 21
2.2 擬研究的攪拌摩擦焊機器人簡介 21
2.2.1 機器人的系統構成 21
2.2.2 機器人的功能與指標 23
2.2.3 機器人的五種典型工況 24
2.3 攪拌摩擦焊機器人運動學研究 25
2.3.1 機器人的正向運動學 25
2.3.2 機器人的逆向運動學 27
2.3.3 雅可比矩陣及連桿速度和加速度 30
2.3.4 機器人典型工況下的運動學仿真 36
2.4 攪拌摩擦焊機器人動力學研究 39
2.4.1 機器人連桿的質心坐標和速度 39
2.4.2 機器人的拉格朗日函數 42
2.4.3 機器人的動力學方程 43？
2.4.4 機器人典型工況下的動力學仿真 45
2.5 本章小結 50
第3章 攪拌摩擦焊機器人結合部建模和剛度分析 52
3.1 引言 52
3.2 滾珠{滾道的赫茲點接觸理論 53
3.2.1 基本假設 53
3.2.2 滾珠{滾道的點接觸理論模型 53
3.2.3 滾珠{滾道的點接觸理論求解 56
3.3 角接觸球軸承的剛度分析 58
3.3.1 角接觸球軸承的幾何參數 58
3.3.2 角接觸球軸承的靜剛度計算 61
3.3.3 角接觸球軸承的靜剛度有限元仿真 69
3.3.4 角接觸球軸承的靜剛度試驗驗證 72
3.3.5 角接觸球軸承的動剛度計算 75
3.3.6 角接觸球軸承的動剛度有限元仿真 82
3.4 滾珠絲杠副的剛度分析 89
3.4.1 滾珠絲杠副的幾何參數 89
3.4.2 滾珠絲杠副的靜剛度計算 92
3.4.3 滾珠絲杠副的靜剛度有限元仿真 98
3.5 導軌滑塊副的剛度分析 100
3.5.1 導軌滑塊副的幾何參數 101
3.5.2 導軌滑塊副的靜剛度計算 103
3.5.3 導軌滑塊副的靜剛度有限元仿真 110
3.6 本章小結 114
第4章 攪拌摩擦焊機器人機械結構設計 115
4.1 引言 115
4.2 XYZ軸系統設計 115
4.2.1 功能要求與設計指標 115
4.2.2 總體結構方案 116
4.2.3 零部件結構設計 119
4.2.4 關鍵零部件的有限元分析 124
4.3 AB 軸系統設計 130
4.3.1 功能要求與設計指標 130
4.3.2 總體結構方案 131
4.3.3 零部件結構設計 132？
4.3.4 AB軸結構的有限元分析 135
4.4 攪拌頭主軸設計 137
4.4.1 功能要求與設計指標 138
4.4.2 總體結構方案 139
4.4.3 零部件結構設計 141
4.4.4 攪拌頭主軸有限元分析 143
4.5 本章小結 149
第5章 攪拌摩擦焊機器人動態優化設計 150
5.1 引言 150
5.2 基于結構分解的動態優化設計方法 151
5.2.1 結構框架和結構單元的基本概念 151
5.2.2 復雜大件結構的參數化設計流程 152
5.3 X 軸底座結構的動態優化設計 154
5.3.1 筋格出砂孔與筋格固有頻率的關系 155
5.3.2 邊長和壁厚與筋格固有頻率的關系 158
5.3.3 筋格密度對底座固有頻率的影響 159
5.3.4 X 軸底座結構的最優方案驗證 160
5.4 Y 軸立柱結構的動態優化設計 163
5.4.1 拓撲優化的方法和流程 163
5.4.2 Y軸立柱結構的載荷和邊界條件 166
5.4.3 Y軸立柱結構的拓撲優化分析 167
5.4.4 Y軸立柱結構筋板的合理配置 170
5.5 Z軸滑枕結構的動態優化設計 171
5.5.1 Z軸滑枕結構的受力分析 171
5.5.2 Z軸滑枕結構的拓撲優化分析 174
5.5.3 Z軸滑枕結構的尺寸優化分析 176
5.6 本章小結 179
第6章 攪拌摩擦焊機器人靜動態特性研究 180
6.1 引言 180
6.2 攪拌頭焊接過程中的受力分析 180
6.2.1 攪拌頭的受力模型 181
6.2.2 焊接過程的數值模擬 183
6.3 攪拌摩擦焊機器人靜力分析 185
6.3.1 結合部等效剛度模型的建立 185
6.3.2 攪拌摩擦焊機器人的空載分析 187？
6.3.3 攪拌摩擦焊機器人的工況模擬 189
6.4 攪拌摩擦焊機器人動態特性分析 192
6.4.1 模態分析 192
6.4.2 模態試驗 199
6.4.3 頻率響應分析 205
6.5 攪拌摩擦焊機器人焊接精度分析 206
6.5.1 柔性體計算模型的建立 207
6.5.2 剛柔耦合動力學模型的建立 209
6.5.3 瓜瓣焊工況下機器人的焊接精度分析 210
6.6 本章小結 212
參考文獻 214
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