对称式曲柄飞剪机的设计研究

摘要

曲柄式飞剪机构是由曲柄、连杆与上下剪刃、摇杆机构等组成。圆柱型齿轮减速机低速轴分别带动上下曲轴，所以上下剪切是同步进行的。本文以无锡威华机械有限公司的飞剪机为分析模型，详细研究曲柄式飞剪的构造并作了受力分析，计算出飞剪机最大剪切力位置，并对其进行了运动学和动力学分析。剪切机构的运动学分析，主要包括飞剪剪刃的运行轨迹、速度以及加速度的计算。剪切机构动力学分析主要包括最大剪切力、剪切角、剪切功率的计算，为选择电机提供了依据。
　　 飞剪机设计要求是上下剪刃水平方向速度与钢板水平运行速度大致相等，且尽可能速度均匀，所以剪刃的运行轨迹曲线应尽量平缓，从而减小对板材的冲击，提高剪切钢板质量。本文根据上面分析结果，运用Matlab对剪切机构进行优化设计，得出了优化前后的剪刃轨迹曲线图，经过轨迹曲线对比，验证了优化结果是正确的，为该类型飞剪的设计提供了依据。
　　 本文还建立杆长尺寸制造误差对飞剪剪刃轨迹精度影响的数学模型，运用Matlab找出了其影响规律。对合理设计飞剪机，提高轨迹综合精度具有一定指导意义。
　　 利用Deform3D有限元分析软件对飞剪剪切过程进行有限元数值模拟。通过对飞剪剪切过程的模拟仿真分析，可以更好地了解各种参数(包括设备参数和工艺参数)对钢板加工质量的影响，例如钢板厚度、剪切速度、不同钢板材料以及剪刃圆角等。说明将有限元方法应用于钢板坯料剪切中具有巨大潜力。
　　 文章最后运用有限元分析软件Ansys对飞剪机机架作了应力应变分析，得出了机架的薄弱环节，并提出了相应的措施。同时也分析了飞剪机刀刃的应力应变情况，对延长刀刃使用寿命和提高板材剪切质量具有重要意义。
　　 通过对飞剪机进行初步研究，为将来进一步深入研究奠定了基础，并且具有一定的实践指导作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 设备介绍及研究现状

1.2.1 飞剪机设备介绍

1.2.2 飞剪机国内外研究现状

1.3 本课题的内容及意义

第二章 曲柄式飞剪的设计研究

2.1 曲柄式飞剪的工作循环

2.2 曲柄式飞剪的机构设计

2.2.1 飞剪机结构分析

2.2.2 飞剪机传动系统图

2.2.3 飞剪机结构设计

2.3 曲柄式飞剪剪切机构的运动学分析

2.4 曲柄式飞剪剪切机构的动力学分析

2.5 本章小结

第三章 飞剪机构优化设计与累计误差分析

3.1 基于Matlab曲柄式飞剪机优化设计方法介绍

3.2 曲柄式飞剪机优化程序流程图

3.3 飞剪机优化计算数学建模

3.4 Matlab曲柄式飞剪机优化计算程序编制

3.5 优化结果与分析

3.6 飞剪剪刃误差累积分析

3.6.1 尺寸误差对轨迹误差的影响

3.6.2 剪刃M点的位置精度

3.6.3 误差结果分析

第四章 飞剪机剪切过程有限元分析

4.1 模拟软件介绍(DEFORM 3D)

4.2 塑性变形问题求解与材料断裂的模拟

4.2.1 塑性变形问题求解

4.2.2 材料断裂模拟

4.2.3 Deform仿真注意事项

4.3 Deform 3D剪切仿真过程与结果分析

4.3.1 建立剪切过程有限元模型

4.3.2 Deform 3D仿真结果分析

4.4 本章小结

第五章 基于ANSYS的飞剪机有限元分析

5.1 曲柄式飞剪机机架有限元计算模型的建立

5.1.1 三维模型的建立

5.1.2 结构静力分析概述

5.1.3 机架静力分析

5.1.4 结果分析

5.2 曲柄式飞剪机刀刃有限元分析

第六章 课题总结及展望

6.1 本课题完成的工作总结

6.2 课题的展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文