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组合结构金刚石圆锯片锯切性能及结构优化设计研究

作　者: 吴军涛
导　师: 王志；张进生
学　校: 山东大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 组合结构有限元离心力圆锯片
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

为了满足国内石材行业中小企业能够低成本、高效率加工大幅面板材(900～1200mm)的需求,本文通过对金刚石圆锯片进行功能分析,依据机构创新设计中的分离、组合创造原理,应用模块化设计技术将圆锯片分解为切割功能模块、驱动功能模块和支承功能模块,通过对各功能模块进行剖析、创新、重组提出三种可加工大幅面板材的组合结构圆锯片基体方案。借助于有限元分析软件ANSYS研究组合结构圆锯片的变形、应力、模态等性能,为组合结构金刚石圆锯片的理论研究及产品设计开发提供理论依据。依据φ1800mm组合结构圆锯片的设计尺寸,利用软件Pro/E建立了三维模型;对各方案的切割外环静力进行系统有限元分析,研究其在锯切力作用下变形、应力分布的变化规律;探讨组合结构圆锯片的动态性能,建立了圆锯片的振动微分方程,并对其进行有限元模态分析,研究各组合结构圆锯片的主振型与固有频率的关系及变化规律,分析了圆锯片旋转过程中产生的离心力、切割外环的尺寸对各种方案的圆锯片的固有频率及其振型的影响;建立了离心力下圆锯片应力场数学模型,研究了离心力和锯切力对各种方案圆锯片性能的影响;结合组合结构圆锯片静力学和模态分析的结果,通过选取恰当的优化设计变量及状态变量,完成对组合结构圆锯片的优化设计,最终使两种方案组合结构圆锯片的体积分别优化到初始值的79%,85%,保证了组合结构圆锯片在满足使用性能的前提下具有最紧凑的结构尺寸,最小的体积,使组合结构圆锯片所需的电机功率最小,节省能源。组合结构圆锯片是在综合了现有的石材加工方法后提出的一种全新的圆锯片,通过将驱动装置安装在圆锯片的上半部分,实现了增加圆锯片加工范围的目的,使切割范围可达到直径的2/3,且对于现有的普通圆盘锯机进行简单改装即可应用,保证对于原有产品的兼容性,使金刚石圆盘锯机在切割宽幅面石材制品的应用中能充分体现其低成本、高效率的特点,具有广阔的市场前景。本论文的研究方法及结果适用于其它用于切割木材、混凝土、陶瓷等材料的圆锯片,具有普遍指导意义。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-24
  1.1 金刚石圆锯片的发展与应用概况  12-13
  1.2 金刚石圆锯片的研究概述  13-22
    1.2.1 金刚石结块的研究  13-14
    1.2.2 金刚石圆锯片切割石材机理的研究  14-15
    1.2.3 金刚石圆锯片基体的选材、强化处理和废旧锯片修复技术  15
    1.2.4 金刚石圆锯片基体的校正及张力处理技术  15-16
    1.2.5 金刚石圆锯片力学模型的建立及有限元分析  16-17
    1.2.6 超薄、消音等特殊锯片、锯齿结构的研究  17-21
    1.2.7 圆锯片动态性能的研究  21-22
  1.3 课题背景及主要研究内容  22-24
    1.3.1 课题背景  22
    1.3.2 课题研究的内容  22-23
    1.3.3 课题研究的意义  23-24
第2章组合结构金刚石圆锯片基体创新设计  24-30
  2.1 组合结构圆锯片总体创新设计  24-27
    2.1.1 支撑功能模块创新研究  26-27
    2.1.2 驱动功能模块创新研究  27
  2.2 组合结构圆锯片创新设计实例  27-29
    2.2.1 自校正组合结构圆锯片创新设计  28
    2.2.2 悬挂式组合结构圆锯片创新设计  28-29
    2.2.3 两种设计方案的特点比较  29
  2.3 本章小结  29-30
第3章组合结构金刚石圆锯片的有限元分析  30-44
  3.1 结构静力学理论分析  30-37
    3.1.1 金刚石圆锯片切削力学分析及力学模型的建立  31-32
    3.1.2 组合结构金刚石圆锯片平面应力分析及应力场数学模型的建立  32-37
  3.2 织合结构金刚石圆锯片的有限元分析  37-42
    3.2.1 组合结构圆锯片静力有限元分析  37-39
    3.2.2 组合结构圆锯片结构静力计算结果分析  39-42
  3.3 本章小结  42-44
第4章组合结构圆锯片模态分析  44-56
  4.1 模态分析理论  44-47
    4.1.1 圆锯片运动微分方程的建立  45-47
    4.1.2 组合结构圆锯片有限元ANSYS模态分析  47
  4.2 组合结构圆锯片ANSYS模态分析结果  47-51
  4.3 离心力对圆锯片固有频率的影响  51-52
  4.4 组合结构圆锯片几何参数对固有频率的影响  52-54
    4.4.1 切割外环内直径  53-54
    4.4.2 切割外环厚度  54
  4.5 本章小结  54-56
第5章离心力效应下组合结构圆锯片性能分析  56-68
  5.1 圆锯片离心应力场数学模型的建立  56-59
  5.2 离心力下的组合结构圆锯片ANSYS有限元分析  59-66
    5.2.1 ANSYS计算过程  59-60
    5.2.2 ANSYS计算结果分析  60-66
  5.3 本章小结  66-68
第6章组合结构金刚石圆锯片的优化设计  68-78
  6.1 优化设计的基本理论  68-69
  6.2 ANSYS中的优化设计  69-70
  6.3 组和结构圆锯片结构优化设计模型的建立  70-72
    6.3.1 设计变量及目标函数的建立  70-72
  6.4 组合结构圆锯片优化结果分析  72-76
    6.4.1 方案一组合结构圆锯片的优化设计  72-74
    6.4.2 方案二组合结构圆锯片的优化设计  74-76
  6.5 本章小结  76-78
结论与展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
学位论文评阅及答辫情况表  85

组合结构金刚石圆锯片锯切性能及结构优化设计研究

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