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轻质复合构件车体便携式加工设备研制

作　者: 金浩
导　师: 程寓
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 轻质复合构件便携式加工设备真空吸盘有限元正交试验预应力
分类号: U468.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着科学技术的迅猛发展,新型特种车辆不仅需要优良的防护性能,也需要尽可能轻的车体重量,满足现代作战高机动性的要求。因此,需要努力进行装甲防护单元轻量化的研究。研究表明,工程陶瓷／玻璃钢轻质复合构件具有非常广阔的应用前景。但由于传统工艺的制约,在轻质复合构件车体成型过程中,无法准确预留一些装配特征,尤其是大量连接孔,需要根据装配现场的要求进行二次加工。因此,需要研制一种专用便携式加工设备来满足现场加工的需求。根据装配现场需求对便携式加工设备进行总体结构设计,综合考虑整机重量和结构刚度的影响,确定真空吸盘底座、支架、滑块和连接块等零部件的结构尺寸和材料,选择动力设备,研制样机。为了确保真空吸盘底座能够可靠吸附在工件上,需要对密封结构进行接触分析。利用Pro/E建立密封结构的三维几何模型,导入ANSYS中分析橡胶密封圈与工件的接触情况,重点讨论了橡胶硬度对接触的影响。考虑ANSYS Workbench在整机分析方面的优势,利用其对便携式加工设备进行整机模态分析,再利用模态测试仪器对整机进行模态试验,比较有限元仿真与试验测试的模态结果。结果表明电机工作频率与整机固有频率相差较大,不容易发生共振。因此,设备结构设计和电机选型合理,整机动态特性较好。为了验证所研制的便携式加工设备能够满足轻质复合构件的加工需求,需要用其进行加工试验。选择设备转速、定压进给压力和金刚石套料钻壁厚作为试验因素,进行三因素三水平的正交试验,分析各因素与加工时间的关系,得出最佳工艺参数,并通过方差分析,明确各因素对加工时间的影响程度。为了进一步提高孔加工质量,研制了预应力施加装置,并从加工试验和有限元分析两方面说明该装置使用效果明显。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 轻质复合构件便携式加工设备国内外研究现状  10-12
  1.3 本课题来源、研究目的和意义  12-13
    1.3.1 课题来源  12
    1.3.2 课题研究目的和意义  12-13
  1.4 主要研究内容  13-14
    1.4.1 所要达到的技术指标  13
    1.4.2 主要研究内容  13-14
    1.4.3 关键技术  14
  1.5 本章小结  14-15
2 便携式加工设备总体设计方案  15-30
  2.1 轻质复合构件特种车辆车体结构  15-16
  2.2 轻质复合构件套料加工  16-19
    2.2.1 套料加工基本原理及技术优势  16
    2.2.2 工程陶瓷的套料加工  16-18
    2.2.3 玻璃钢的套料加工  18-19
  2.3 便携式加工设备设计原则和设计思路  19-20
    2.3.1 设计原则  19
    2.3.2 设计思路  19-20
  2.4 便携式加工设备的总体设计  20-28
    2.4.1 真空吸盘底座设计  20-22
    2.4.2 支架设计  22-24
    2.4.3 滑块设计  24-25
    2.4.4 连接块设计  25-27
    2.4.5 电机选型  27-28
  2.5 便携式加工设备的力学分析  28
  2.6 本章小结  28-30
3 真空吸盘底座密封性能的有限元分析  30-46
  3.1 有限元法在真空吸盘中的应用  30-32
    3.1.1 有限元分析方法  30-31
    3.1.2 有限元技术在真空吸盘底座分析中的应用  31-32
  3.2 密封方法及材料  32-33
    3.2.1 密封方法  32
    3.2.2 密封材料  32-33
  3.3 真空密封技术  33-35
    3.3.1 橡胶密封  33-34
    3.3.2 矩形密封圈  34-35
  3.4 真空吸盘底座接触分析  35-45
    3.4.1 几何模型  35
    3.4.2 有限元模型  35-38
    3.4.3 模型的基本假设  38-40
    3.4.4 计算结果分析  40-45
  3.5 本章小结  45-46
4 整机模态分析与试验  46-58
  4.1 模态分析基础理论  46-47
  4.2 整机有限元模态分析  47-50
    4.2.1 ANSYS Workbench介绍  47
    4.2.2 有限元模态分析  47-50
  4.3 整机试验模态分析  50-57
    4.3.1 试验模态基础理论  50-51
    4.3.2 试验模态方案设计  51-53
    4.3.3 试验模态测试  53-56
    4.3.4 模态参数识别  56-57
  4.4 有限元分析与试验结果比较  57
  4.5 本章小结  57-58
5 基于工艺参数优化的加工试验研究  58-70
  5.1 工件材料及试验设备  58-59
    5.1.1 工件材料  58
    5.1.2 试验设备  58-59
  5.2 加工方式与加工顺序  59-61
    5.2.1 加工方式  59
    5.2.2 加工顺序  59-61
  5.3 加工试验  61-66
    5.3.1 试验评价指标和方案  61
    5.3.2 正交试验结果  61-62
    5.3.3 试验结果分析  62-66
  5.4 预应力施加装置  66-69
    5.4.1 装置研制与加工试验  66-67
    5.4.2 装置有限元分析  67-69
  5.5 本章小结  69-70
6 总结与展望  70-72
  6.1 论文工作总结  70-71
  6.2 论文创新点  71
  6.3 今后研究方向  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
附录  76

轻质复合构件车体便携式加工设备研制

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