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新型手持式电磁铆枪的研制

作　者: 孙立强
导　师: 李春峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 新型手持式电磁铆枪隔振系统数值模拟等效电磁力后坐力
分类号: TG938
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电磁铆接是基于电磁成形技术在传统铆接工艺上发展起来的一种新型连接工艺。而电磁铆枪是该工艺在实际生产中的应用设备,目前国外的电磁铆枪已经广泛应用于航空航天领域,国内的电磁铆枪正处于工程化应用的探索阶段,加之电磁铆枪设计理论尚不完善,仍存在铆接力不足、后坐力较大以及铆枪笨重不方便使用等问题。本文首先介绍了电磁铆枪的工作原理及铆接工艺特点和国内外电磁铆接技术的发展概况,分析了现阶段电磁铆枪设计过程中存在的问题。从电磁铆枪的工作原理出发,将放电回路等效为双回路模型,求解铆接时的放电电流;在两圆环线圈互感求解的基础上,求解作用于驱动片的电磁力;分析了应力波在细圆杆中的传播方式,得到了波在反射和叠加过程中两种边界条件的不同之处。介绍了电磁铆枪隔振系统的研究现状,根据冲击隔振的理论分析了电磁铆枪的简化隔振模型。采用松散耦合法对电磁铆枪放电过程进行分析。利用ANSYS软件建立电流密度激励的电磁场耦合模型。以此为边界条件,在ANSYS/LS-DYNA模块中,建立铆钉变形分析模型。模拟结果表明,不同磁导率的枪体材料对铆枪内部电磁场分布影响较大,铆枪枪体材料为绝缘材料时等效电磁力最大,而且枪体不受电磁力的影响;驱动片主要受轴向磁场力的作用,随驱动片厚度增加,等效电磁力呈增大趋势。在磁压力的作用下,铆钉变形分为整体自由墩粗过程和局部自由墩粗过程,线圈匝数、放大器质量、倾角等结构参数对铆钉变形有一定的影响。对电磁铆枪进行了三维实体造型并装配,根据理论分析和数值模拟结果设计并制造了新型手持式电磁铆枪,组装后铆枪总体质量4.3 kg,便于操作;可成形Φ4 mm高强铝合金铆钉;利用压电石英力传感器测试了电磁铆枪的后坐力,在最大放电能量的情况下,获得最大的平均冲量为2.23 N·s,远低于国家军用标准的9.8 N·s,对操作人员的健康及安全没有影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 电磁铆枪的工作原理及工艺特点  11-13
    1.2.1 电磁铆枪的工作原理  11
    1.2.2 电磁铆接工艺的特点  11-13
  1.3 国内外电磁铆接设备的发展现状及趋势  13-17
    1.3.1 国外电磁铆接设备的发展现状  13-15
    1.3.2 国内电磁铆接设备研究状况及及存在的问题  15-17
  1.4 电磁铆枪数值模拟中存在的问题  17-18
  1.5 选题意义及本文的主要研究内容  18-20
第2章电磁铆枪理论分析  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 电磁铆接放电回路分析  20-23
    2.2.1 电感对放电电流的影响  21-22
    2.2.2 电阻对放电电流的影响  22-23
  2.3 电磁铆枪铆接力的推导  23-26
    2.3.1 电磁铆接力的求解  24
    2.3.2 应力波的传播  24-26
  2.4 电磁铆枪隔振系统理论分析  26-30
    2.4.1 电磁铆枪隔振系统的发展  26-28
    2.4.2 冲击隔振的理论基础  28-29
    2.4.3 电磁铆枪隔振设计  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章电磁铆枪有限元分析  31-45
  3.1 引言  31
  3.2 电磁铆枪模拟方案的确定  31-33
    3.2.1 耦合方法的选择  31-32
    3.2.2 磁压力转化理论依据  32-33
  3.3 电磁铆枪的数值模拟  33-37
    3.3.1 电磁场分析模型  33-35
    3.3.2 铆钉变形分析模型  35-37
  3.4 模拟结果分析  37-44
    3.4.1 枪体材料对铆枪内部磁场力的影响  37-40
    3.4.2 驱动片厚度对等效电磁力的影响  40-41
    3.4.3 线圈与驱动片间隙对等效电磁力的影响  41-42
    3.4.4 铆钉的变形过程分析  42-43
    3.4.5 线圈匝数对铆钉变形程度的影响  43
    3.4.6 放大器结构对铆钉变形程度的影响  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章手持式电磁铆枪的设计与制造  45-61
  4.1 引言  45
  4.2 铆枪的三维造型  45-48
    4.2.1 整体装配结构造型  45-46
    4.2.2 动力系统结构造型  46-47
    4.2.3 隔振系统结构造型  47-48
  4.3 手持式电磁铆枪的设计  48-60
    4.3.1 铆枪枪体设计  49-51
    4.3.2 线圈结构设计  51-53
    4.3.3 动力系统结构设计  53-56
    4.3.4 隔振系统结构设计  56-59
    4.3.5 铆枪装配  59-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章电磁铆枪的调试  61-67
  5.1 引言  61
  5.2 试验设备  61-63
  5.3 电磁铆枪铆接能力的验证  63-64
  5.4 电磁铆枪后坐力测试  64-66
  5.5 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-73
致谢  73

新型手持式电磁铆枪的研制

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