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金刚石框架锯动态特性研究及关键结构优化

作　者: 刘文超
导　师: 张进生
学　校: 山东大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 金刚石框架锯虚拟样机有限元优化设计
分类号: TG717
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金刚石框架锯具有加工效率高、加工质量好、环境污染小的优点,成为大理石大板最主要的加工设备之一。目前金刚石框架锯技术有了长足进步,但也存在明显的整机结构较笨重、关键构件结构不合理、锯机设计缺少理论指导等问题。同时大理石大板的应用量大,质量要求高,这对锯机性能提出了更高的要求。因此需要深入分析锯机动态性能,并作优化设计。本文对国内外主要金刚石框架锯结构与技术特点进行了系统分析,结合目前金刚石框架锯机的研究现状及存在问题,对锯机进行了模块化设计,建立了金刚石框架锯虚拟样机模型。对已经生产出的金刚石框架锯样机进行动态运动学与动力学理论与仿真分析,并进行了对比,两种分析结果基本吻合,得到曲柄连杆机构主要部件的运动学规律,以及受力变化等动力学性能,明确了金刚石框架锯的动态特性。运用ADAMS对金刚石框架锯曲柄连杆机构进行参数化建模,以部件受力最小为优化目标,分析了飞轮转速、曲柄长度及连杆长度等影响因素对目标函数的影响,并对它们进行了优化,得到了最佳的飞轮转速与连杆长度等技术参数。对金刚石框架锯锯框、连杆及飞轮等部件进行了结构与尺寸优化。利用ANSYS Workbench Environment (AWE)协同优化分析平台对部件强度及受力变形影响因素进行了分析,确定了优化方法,得到了优化结果。对新结构进行了静动态性能分析,并进行了强度校核。经过优化的部件质量减轻,运动过程中受力减小。金刚石框架锯经过动态特性分析以及关键部件优化设计,最终得出新型锯机模型。新型锯机总体质量减小,部件受力减小,可靠性更强。锯机运动更加平稳,板材加工质量好。新型锯机提高了市场竞争力,促进了大理石板材加工业的发展。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第1章绪论  12-24
  1.1 课题研究背景  12-15
    1.1.1 市场需求分析  12-13
    1.1.2 板材锯切设备现状  13-15
  1.2 金刚石框架锯  15-17
    1.2.1 锯机分类及其结构  15-16
    1.2.2 锯机技术特点  16-17
  1.3 金刚石框架锯研究现状  17-21
    1.3.1 锯机运动特性研究  17-18
    1.3.2 锯切机理研究  18-19
    1.3.3 锯机结构的研究  19-20
    1.3.4 金刚石框架锯存在问题  20-21
  1.4 课题研究内容及意义  21-24
    1.4.1 课题研究内容  21-22
    1.4.2 课题研究意义  22-24
第2章金刚石框架锯方案设计与建模  24-38
  2.1 锯机总体方案设计  24-26
    2.1.1 锯机设计原则  24
    2.1.2 锯机设计指标  24-25
    2.1.3 锯机模块划分  25-26
  2.2 模块结构设计  26-32
    2.2.1 运动模块设计  26-30
    2.2.2 动力模块设计  30-32
  2.3 虚拟样机模型的建立  32-36
    2.3.1 框架锯三维模型  32
    2.3.2 导入框架锯虚拟样机模型  32-33
    2.3.3 完善虚拟样机模型  33-36
  2.4 本章小结  36-38
第3章锯机曲柄连杆机构动态特性分析  38-54
  3.1 机构运动学理论分析  38-43
    3.1.1 锯框运动学分析  39-42
    3.1.2 连杆运动学分析  42-43
  3.2 机构运动学仿真分析  43-45
    3.2.1 仿真参数设置  43
    3.2.2 仿真结果分析  43-45
  3.3 机构动力学理论分析  45-50
    3.3.1 曲柄连杆机构的惯性力  45-48
    3.3.2 主轴受力分析  48-50
  3.4 机构动力学仿真分析  50-52
  3.5 本章小结  52-54
第4章基于ADAMS的锯机曲柄连杆机构仿真设计  54-66
  4.1 优化仿真模型的建立  54-55
  4.2 目标函数与约束条件  55-56
    4.2.1 目标函数  55-56
    4.2.2 设计变量  56
    4.2.3 约束条件  56
  4.3 参数化曲柄连杆机构  56-60
    4.3.1 曲柄长度参数化  56-57
    4.3.2 连杆长度参数化  57-59
    4.3.3 飞轮转速参数化  59
    4.3.4 其它结构参数化  59-60
  4.4 曲柄连杆机构仿真优化分析  60-65
    4.4.1 敏感因素分析  60-63
    4.4.2 优化设计  63-65
  4.5 本章小结  65-66
第5章金刚石框架锯的关键部件优化  66-88
  5.1 优化设计关键技术  66-68
    5.1.1 SolidWorks与AWE协同设计技术  66-67
    5.1.2 有限元分析技术  67
    5.1.3 ANSYS Workbench的多目标优化技术  67-68
  5.2 锯框优化设计  68-74
    5.2.1 锯框有限元分析  68-69
    5.2.2 锯框优化设计  69-73
    5.2.3 两种方案对比分析  73-74
  5.3 连杆创新性设计  74-81
    5.3.1 连杆有限元分析  74-76
    5.3.2 连杆优化设计  76-80
    5.3.3 两种方案对比分析  80-81
  5.4 飞轮结构优化设计  81-86
    5.4.1 轮结构优化  81-83
    5.4.2 飞轮性能分析  83-85
    5.4.3 新旧飞轮对比  85-86
  5.5 新型金刚石框架锯分析  86-87
    5.5.1 新型锯机模型  86
    5.5.2 新旧锯机性能对比  86-87
  5.6 本章小结  87-88
总结与展望  88-90
参考文献  90-94
攻读硕士学位期间发表的学术论文  94-96
致谢  96-98
学位论文评阅及答辩情况表  98

金刚石框架锯动态特性研究及关键结构优化

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