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滚切式双边剪平面连杆机构运动学研究

作　者: 张继东
导　师: 黄庆学
学　校: 太原科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 滚切式双边剪连杆机构纯滚动优化设计有限元
分类号: TG333.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 43次
引　用: 1次
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内容摘要

随着奥运会,世博会等国际性盛会在我国的成功举办,世界工厂的中心正逐步走向中国,大大的刺激了国内需求,推动了我国的钢铁工业的迅猛发展,钢铁生产厂家迫切需要符合轧制线及热处理线技术指标的先进滚切剪精整设备。相比传统的斜刃剪与圆盘剪,滚切式双边剪是一种更为先进的中厚钢板剪切机,其在剪切质量和剪切效率方面存在许多优点。但是,目前我国滚切剪技术大多靠引进外商技术,特别是滚切式双边剪技术,国外对其技术封锁及其严重,加之国内对其理论研究较少,严重的制约了我国滚切式双边剪的自主研发过程,阻碍了我国经济的进一步发展。因此,对滚切式双边剪的理论进行深入的研究,提出合理的设计方法有重要的意义。本文通过对滚切式双边剪的原理和工艺性能进行分析,利用机构学原理将滚切式双边剪简化为8R7Ⅲ级连杆机构。总结了滚切式双边剪设计的两个工艺性能要求,以上剪刃的纯滚动为主要设计要求,对滚切式双边剪进行设计研究,提出了可行的方案。具体研究内容如下:1.对滚式双边剪进行机构简化后,建立其整体的运动学方程,求出其中几个关键的铰接点和动态最低点的坐标,然后利用Matlab求得其运动轨迹,并对其结果与ADAMS中得出的结果以及实际进行比对以验证公式的正确性。2.以上剪刃的纯滚动剪切为主要目标,结合滚切式双边剪的工艺性能要求对其进行优化,以获得最佳的机构参数。3.应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对其剪切过程进行模拟,测定其剪切力的大小,并分析了影响剪切力的诸多因素。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 中厚板剪切设备技术的发展  11-16
    1.2.1 中厚板剪切设备概述  11
    1.2.2 典型的中厚板剪切机  11-15
      1.2.2.1 斜刃剪  12
      1.2.2.2 圆盘剪  12-13
      1.2.2.3 滚切剪  13-15
    1.2.3 滚切式双边剪的技术优势  15-16
  1.3 滚切式双边剪技术的发展  16-18
    1.3.1 国外滚切式双边剪技术的发展概况  16
    1.3.2 国内滚切式双边剪技术的发展概况  16-18
    1.3.3 国内对滚切式双边剪理论研究现状  18
  1.4 课题研究内容和方法  18-19
    1.4.1 研究内容  18
    1.4.2 研究方法  18-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章滚切式双边剪的工作原理及特性  20-30
  2.1 滚切式双边剪概述  20-21
  2.2 滚切式双边剪工作原理及其特性  21-25
    2.2.1 滚切式双边剪的工作原理  21-22
    2.2.2 滚切式双边剪的剪切过程  22-23
    2.2.3 滚切式双边剪结构特征  23-25
  2.3 滚切式双边剪主要结构参数  25-28
    2.3.1 上剪刃圆弧半径  25-26
    2.3.2 上剪刃行程和剪刃开口度  26-27
    2.3.3 剪切力峰值  27
    2.3.4 剪刃重叠量和侧向间隙  27-28
  2.4 本章小结  28-30
第三章滚切式双边剪运动学分析  30-44
  3.1 机构分析的基本理论与方法  30-34
    3.1.1 机构运动学分析概述  30
    3.1.2 运动学分析的一般步骤和方法  30-32
      3.1.2.1 建立位移方程  31-32
      3.1.2.2 建立速度方程  32
    3.1.3 平面坐标变换  32-34
      3.1.3.1 旋转变换矩阵  32-33
      3.1.3.2 坐标变换矩阵  33-34
  3.2 滚切式双边剪的几何参数  34-37
    3.2.1 滚切式双边剪机构简化  34-36
    3.2.2 上下剪刃几何参数的确定  36-37
      3.2.2.1 平直下剪刃参数  36
      3.2.2.2 上剪刃圆弧参数  36-37
  3.3 运动学方程建立  37-42
    3.3.1 机构整体运动方程的建立  37-39
    3.3.2 上刀架上关键点的坐标表达式  39-40
    3.3.3 上刀架上任意点的坐标表达式  40-41
    3.3.4 上剪刃动态最低点坐标的确定  41-42
  3.4 本章小结  42-44
第四章滚切式双边剪系统动态特征分析及参数优化  44-62
  4.1 滚切式双边剪动态特征分析  44-47
    4.1.1 系统运动轨迹MATLAB 求解  44
    4.1.2 MATLAB 求解运动轨迹  44-46
    4.1.3 剪切机构关键点运动轨迹分析  46-47
  4.2 滚切式双边剪运动学仿真  47-52
    4.2.1 ADAMS 软件及MECHANISM/Pro 接口简介  47-49
      4.2.1.1 ADAMS 软件  48
      4.2.1.2 接口软件MECHANISM/Pro 简介  48-49
    4.2.2 虚拟样机模型的建立  49-50
      4.2.2.1 PROE/E 模型的建立  49
      4.2.2.2 ADAMS 模型的建立  49-50
    4.2.3 ADAMS 仿真结果测试  50-52
  4.3 滚切式双边剪机构参数优化  52-60
    4.3.1 最优化设计  52-53
    4.3.2 最优化设计基本要素  53-54
    4.3.3 Matlab 优化工具箱  54-55
    4.3.4 滚切式双边剪机构参数优化  55-60
      4.3.4.1 设计变量  55
      4.3.4.2 目标函数  55-56
      4.3.4.3 约束函数  56-58
      4.3.4.4 优化方案的确定  58-60
  4.4 本章小结  60-62
第五章滚切式双边剪剪切过程数值模拟  62-78
  5.1 引言  62
  5.2 剪切过程数值模拟的理论基础和ANSYS-DYNA 简介  62-67
    5.2.1 金属剪切理论  62-65
      5.2.1.1 屈服准则  62-63
      5.2.1.2 塑性流动法则  63-64
      5.2.1.3 塑性强化准则  64
      5.2.1.4 材料断裂准则  64-65
    5.2.2 有限元法  65-66
    5.2.3 LS-DYNA 简介  66-67
  5.3 滚切式双边剪有限元分析  67-70
    5.3.1 滚切式双边剪有限元模型的建立  67
    5.3.2 单元类型的选择  67
    5.3.3 材料模型的选择  67-68
    5.3.4 网格的划分  68-69
    5.3.5 接触的处理  69
    5.3.6 约束和载荷的处理  69-70
  5.4 剪切过程分析  70-71
  5.5 剪切过程中的剪切力  71
  5.6 剪切力综合影响因素分析  71-76
    5.6.1 剪刃相对切入深度对剪切力的影响  71-73
    5.6.2 剪刃间隙对剪切力和刀架滑板压力的影响  73-74
    5.6.3 剪切速度对剪切力的影响  74
    5.6.4 压板力对剪切力和滑板压力的影响  74-75
    5.6.5 剪切角对剪切力和滑板压力的影响  75-76
  5.7 本章小结  76-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 结论  78
  6.2 展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
攻读学位期间发表的学术论文  86-87

滚切式双边剪平面连杆机构运动学研究

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