钢管倒棱机夹紧机构系列的优化设计

发布时间：2017-10-23 04:06

  本文关键词：钢管倒棱机夹紧机构系列的优化设计

  更多相关文章： 倒棱机 夹紧机构 参数化设计 ADAMS 优化设计 系列优化

【摘要】：被誉为工业发展“血管”的钢管在国民经济中占有重要的地位。全自动钢管端面铣头倒棱机是现代钢管生产过程中不可缺少的设备之一,主要在钢管的精整加工阶段对钢管的端面进行平头,去毛刺和倒棱坡口成型等工作。为保证钢管的精整的质量和效率,设计合理的夹紧装置是一项重要的工作。钢管夹紧装置应准确的定位需加工的钢管端面的位置,将钢管夹紧并紧固,防止钢管在切削力、惯性力、离心力以及重力等外力的作用下发生转动、滑动、位移和振动等,使钢管端面与刀具及切削成形运动过程保持准确的位置。本文在总结各类经典夹具的基础上对钢管夹紧装置进行了全新的设计,提出了多连杆式夹紧装置,并对该夹紧机构做了一下研究:(1)根据设计的多连杆式夹紧机构,计算出该机构夹紧钢管加工时的切削力(圆周力和平端面力),计算了卡钳夹紧力以及钢管被夹紧切削时的弹性变形量。通过STEP函数仿真模拟夹紧力的作用过程,并在ADAMS-View模块中对夹紧力进行了模拟测量验证,结果显示计算值与仿真过程中的测量值相对误差为3.01%,两者相差在±5%以内。由此可见,ADAMS建立的仿真模型非常接近钢管生产的实际工作夹紧力情况。(2)基于Φ76钢管夹紧机构创建18个设计变量,并进行了参数化建模及优化设计。根据夹紧装置整体尺寸要求提出了两种优化思路。结合实际生产需要及经济性考虑,最终选择不改变夹紧机构整体尺寸,仅改变内部杆件尺寸及各杆件的连接位置的方案,获得了结构的最合理参数,使气缸做功的最大驱动力减少了36.6%,平均驱动力减少了19.9%,极大地降低了生产加工的能耗。(3)针对钢管口径型号不一,对夹紧机构的优化设计将是一项复杂的工作,提出了系列优化的方案,根据分析选取合适的中间设计变量建立与钢管外径之间参数关系,选取卡钳两铰接间距离为中间变量,并将其创建为DV_19。通过改变DV_19的数值进行系列优化,优化后,气缸连杆的长度尺寸变为零,钳座连杆的尺寸减小约56.7%~66.8%,且钳座连杆的中间铰接与钳口连杆处铰接重合,此时钳座连杆变为二力杆,不再是受三个力的杆件。气缸最大驱动力降低了36.0%~39.9%,相同工况下,能耗降低19.0%~23.6%。(4)对影响机构的关键长度尺寸进行了参数化计算,系列优化结果为其他各口径夹紧装置的设计提供了理论依据。同时对卡钳进行了有限元分析,结果符合要求。
【关键词】：倒棱机 夹紧机构 参数化设计 ADAMS 优化设计 系列优化
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG75
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及来源10-11
• 1.1.1 钢管发展的现状及趋势10
• 1.1.2 课题来源10-11
• 1.2 钢管端面铣头倒棱平头的作用及钢管加工过程11-12
• 1.3 钢管铣头倒棱领域的研究现状和发展方向12-13
• 1.4 本课题研究的意义及主要内容13-15
• 1.4.1 本课题研究的意义13
• 1.4.2 本课题的主要内容13-15
• 第二章 全自动钢管端面铣头倒棱机夹具的结构设计15-20
• 2.1 机床夹具简介15-16
• 2.1.1 机床夹具定义及作用15
• 2.1.2 夹具的基本组成15-16
• 2.2 典型夹具结构及工作原理简介16-17
• 2.3 本文研究夹具的结构设计17-19
• 2.3.1 新型倒棱机钢管夹紧机构设计及其工作原理17
• 2.3.2 驱动方式的选择17-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 卡钳夹紧力和弹性变形量的计算及验证20-27
• 3.1 计算钢管加工切削力20-21
• 3.1.1 圆周力的计算20
• 3.1.2 平端面力的计算20-21
• 3.2 卡钳夹紧力的计算21-22
• 3.3 钢管弹性变形量的计算22-23
• 3.4 夹紧力的测量验证23-26
• 3.4.1 虚拟样机技术技术软件ADAMS的简介23-24
• 3.4.2 夹紧力的测量24-26
• 3.5 本章小结26-27
• 第四章 基于ADAMS的Φ76 钢管夹具的优化设计27-36
• 4.1 钢管夹具动力学优化分析27-35
• 4.1.1 优化目标27
• 4.1.2 模型建立及其参数化27-32
• 4.1.3 自变量参数范围的确定32
• 4.1.4 根据灵敏度分析选择优化参数32-33
• 4.1.5 优化结果及分析33-35
• 4.2 本章小结35-36
• 第五章 钢管倒棱机多连杆夹紧机构系列的优化36-54
• 5.1 模型建立及其参数化36-46
• 5.1.1 系列优化的目标和关键点36
• 5.1.2 中间参数的选择36-37
• 5.1.3 夹紧机构系列的参数化推导37-42
• 5.1.4 夹紧机构优化参数的选取42-43
• 5.1.5 夹紧机构的优化设计43-46
• 5.2 系列优化夹紧机构与钢管口径参数关系46-51
• 5.2.1 各口径优化结果的对比46-50
• 5.2.2 系列优化后关键尺寸与钢管口径的参数关系计算50-51
• 5.3 卡钳的有限元分析51-53
• 5.3.1 卡钳有限元模型的建立51-52
• 5.3.2 静力仿真结果分析52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 结论与展望54-56
• 6.1 课题总结54
• 6.2 课题展望54-56
• 参考文献56-58
• 发表论文和科研情况说明58-59
• 致谢59-60
• 附录-1 Ф76 钢管夹紧机构的优化设计数据60-63
• 附录-2 钢管夹紧机构系列的优化设计数据63-71

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本文编号：1081499