铜包装生产线双杆曲柄滑块升降台优化设计

摘要

阴极铜板自动包装生产线项目是综合应用机械、电子、液压、精密计量、计算机控制等不同学科理论研制完成的全自动包装生产线。在该生产线中，上料、配重和整形三个工位用到升降平台，是生产线组成的关键设备。现场使用过程中升降台存在刚度低、变形大、动态特性不稳定等现象。本课题旨在通过对升降台承载条件下的静、动态力学性能研究，发现其薄弱环节，并进行优化改进。本文主要进行了以下工作：
　　 (1)根据升降台的工作要求，合理设计升降台的传动机构，利用0.618法优化设计了连杆和曲柄的长度，建立了升降台的机构运动简图、等效力学模型并进行了数学分析；利用PRO/E，建立了升降台的三维实体模型；
　　 (2)根据受力分析结果，得出升降台的底座和主轴受力情况相对复杂，在PRO/E中建立的三维实体模型导入有限元分析软件ANSYS中，重点对这两个核心零件进行有限元静力学分析，得到其等效位移数值和等效应力数值，提取了该条件下的等效位移、等效应力云图；
　　 (3)对底座有限元模型进行动态分析。通过模态分析，采用兰索斯法提取得到底座的前10阶固有频率、主振型图。依此为依据，选取液压缸的工作频率尽量远离底座的固有频率，使震动的危害降到最低。
　　 (4)通过静力学分析和动态分析的数据，可对底座进一步进行优化。在有限元分析软件ANSYS中建立底座的参数化模型，运用ANSYS参数化设计语言，采用一阶法，以底座的各钢板壁厚为优化对象，以底座的体积变化为优化目标进行优化。优化后的底座体积减小了26.54％，最大等效位移较优化前增大了3mm;最大等效力为22.4Mpa。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 国内外机构学研究现状[3-11]

1.2.1 国内机构学分析发展及研究

1.2.2 国外机构学分析发展及研究

1.3 现代设计理论和方法在产品开发中应用

1.4 主要研究方法及研究内容

第2章 升降台模型的建立及机构设计

2.1 平面连杆机构简介

2.2 升降台的工作原理

2.3 基于0.618法的双杆曲柄滑块升降台设计

2.4 传动系统三维实体建模

2.5 本章小结

第3章 双杆曲柄滑块升降台力学分析

3.1 升降台的传动机构等效力学模型

3.2 传动机构的运动学分析

3.3 传动机构的受力分析

3.4 本章小结

第4章 底座和主轴的静态分析

4.1 有限元方法简介

4.1.1 有限元法的基本思想

4.1.2 有限元法的特点[33-35]

4.2 ANSYS软件介绍

4.3 底座和主轴的静态分析

4.3.1 静力分析理论基础和步骤

4.3.2 建立底座和主轴的有限元模型

4.3.3 有限元模型的网格划分以及施加约束和载荷

4.3.4 求解及结果分析

4.4 本章小结

第5章 升降台底座的动态分析

5.1 底座的模态分析

5.1.1 模态分析理论基础

5.1.2 模态提取方法

5.1.3 模态分析步骤

5.1.4 分析及求解

5.2 谐响应分析

5.2.1 谐响应理论分析基础

5.2.2 谐响应分析方法

5.2.3 求解及分析

5.3 本章小结

第6章 升降台底座优化设计

6.1 优化设计简介

6.1.1 ANSYS中优化设计相关概念

6.1.2 优化设计步骤

6.1.3 优化程序

6.2 底座优化设计

6.2.1 优化参数建模

6.2.2 状态变量

6.2.3 定义目标函数

6.2.4 求解结果

6.3 本章小结

结论及展望

参考文献

致谢

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