塑性材料交变弯折机构设计及虚拟样机开发

论文摘要

在甘肃省人才工程项目和兰州理工大学特色学术梯队及特色研究方向基金资助下,开展了针对塑性材料交变弯折机构的虚拟开发,开发了一种新型断料虚拟装置。本课题从应力断料出发,以裂纹技术为基础,研究交变弯折断料的基础理论和断裂机制,对交变弯折装置的主要机构完成了初步设计后,进行切口机构和弯折机构的建模和仿真。主要完成的工作和取得的结果:分析了几种常见的下料断裂模型,比较它们的特征、实施方法和适用范围,指出其存在的问题,在此基础上,提出一种针对塑性棒料在夹紧不旋转情况下的断料方法——交变弯折断料,并研究了交变弯折断料的的基础理论和工作原理。依据前面的分析理论,进行交变弯折机构断料装置的主要机构——切口机构、弯折机构的结构设计。采用Pro/E建模软件,完成零件虚拟建模和虚拟装配,并进行干涉检查,修正了设计中的缺陷。通过将Pro/E模型转化为抛物面后成功转入到动力学仿真软件ADAMS平台中,对所设计的机构进行运动学和动力学的仿真分析,验证机构运动原理及运动功能完整性,并以速度、加速度及受力情况等曲线形式将设计参数表达出来。另外还对影响扭转驱动力的曲柄滑块的偏心距进行了仿真优化。最后,建立了弹性体动力学分析模型,采用有限元法对主轴结构进行静态分析,并对影响动态性能的结构运用模态综合技术进行了固有振动特性分析,得到主轴的静态刚度及固有振型的各阶频率,并且建立了主轴的热力学模型,然后利用有限元法计算主轴的发热温度场,通过分析结果提出对主轴箱部分的优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 断料机构国内外研究现状
• 1.2.1 关于应力断料
• 1.2.2 传统下料方法概述
• 1.2.3 新型断料设备的发展现状
• 1.3 虚拟样机技术综述
• 1.3.1 虚拟样机的概念
• 1.3.2 虚拟样机的发展概况
• 1.4 课题研究目标、研究内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 课题研究方法、技术路线
• 1.5.1 研究方法
• 1.5.2 技术路线
• 1.6 本章小结
• 第二章 塑性材料交变弯折机构的工作原理及结构设计
• 2.1 交变弯折机构的理论依据
• 2.1.1 塑性材料复合型裂纹的断裂判据
• 2.1.2 塑性材料的断裂机理
• 2.1.3 几种棒料断裂模型
• 2.2 交变弯折机构的工作原理及结构设计
• 2.2.1 交变弯折机构的工作原理
• 2.2.2 交变弯折机构切口部分设计
• 2.2.3 交变弯折机构弯折部分设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 塑性材料交变弯折机构的实体建模
• 3.1 Pro/Engineer 软件及其特点
• 3.2 零件设计的基本步骤及基本流程
• 3.3 交变弯折断料机构主要零件的建模
• 3.3.1 拉伸件模型的建立
• 3.3.2 旋转件模型的建立
• 3.3.3 轴类模型的建立
• 3.3.4 标准件模型的建立
• 3.4 虚拟装配
• 3.4.1 虚拟装配技术
• 3.4.2 虚拟装配中常用到的约束
• 3.4.3 切口机构主轴系统的虚拟装配
• 3.4.4 交变弯折机构的虚拟装配
• 3.5 装配体的干涉检查
• 3.6 本章小结
• 第4章 交变弯折机构的工作过程仿真及结果分析
• 4.1 实体模型转化为仿真模型
• 4.1.1 机构模型转化的必要性
• 4.1.2 ADAMS 软件概述
• 4.1.3 模型转化方法
• 4.1.4 模型转化中应注意的问题
• 4.2 仿真前的准备工作
• 4.2.1 仿真模型的建立
• 4.2.2 ADAMS 中还需添加的工作
• 4.3 交变弯折机构仿真分析
• 4.3.1 切口机构的工作过程及仿真分析
• 4.3.2 切口机构中偏心距的优化分析
• 4.3.3 弯折机构的工作过程及仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 交变弯折断料机构静动态特性分析
• 5.1 切口机构主轴静力学分析
• 5.1.1 主轴静力学分析
• 5.1.2 主轴结构有限元分析模型
• 5.2 切口机构主轴动力学分析
• 5.2.1 主轴结构动力学分析
• 5.2.2 主轴模态分析
• 5.3 主轴发热及温升分析
• 5.3.1 热分析模型的建立
• 5.3.2 主轴发热量和温度场分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的论文