快速对接弹簧片式连接器的结构设计及其耐振动冲击分析

摘要

在工业控制领域中，工业电器设备为了功能性的灵活切换使用，均向模块式方向发展。为了实现模块式控制单元机械上的切换方便性，便要求设计一种用以快速对接的连接器。工控电器设备时常处于一种振动和冲击的环境下，由于这种连接器结构的特殊性，必须对于这种连接器结构的耐振动冲击性进行分析。
　　本文根据快速对接的弹簧片式连接器的实际要求进行分析，以确定出弹簧片几何形状并将其参数化；通过材料力学中梁的受力与挠度关系理论和微分方程推导出弹簧片受力和压缩量的关系方程，并通过有限元软件求解验算了所推导方程的准确度，结果是有限元模拟值和理论方程计算值的相似度在96%以上。
　　采用多参数优化设计理论，使用MATLAB软件中的优化函数对弹簧片尺寸进行优化设计，得出了实际情况中的最优参数值。并对弹簧片受压变形过程进行仿真计算，以确定弹簧片的最终几何尺寸和配合尺寸。
　　采用模态分析方法，对弹簧片的动力学模型进行分析，阐述了因为共振而导致连接失效的原因。用ANSYS软件分析计算出弹簧片的固有频率和振型，确认其工作状态不会产生共振模态而导致连接失效。
　　基于有限元法的动力学理论，使用LS-DYNA软件对弹簧片在工作状态下的耐振动和冲击的性能进行分析，确认其在振动和冲击的状态下不会产生与金属触片接触脱离而导致连接器失效。使用设计出来的弹簧片构造检测用的电路，通过测量电路中电压波形的方法检验弹簧片的耐振动和冲击性，最后验证了所使用的有限元方法的准确性。

目录

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2连接器机械性能的研究现状

1.3 国内外连接器及弹簧片结构分析的研究状况

1.4 本文主要研究内容

第二章 弹簧片变形受力模型的计算与分析

2.1 概述

2.2 弹簧片形状结构的分析

2.3 基于微分方程的弹簧片受力与挠度关系式的建立

2.4 基于有限单元法挠度受力关系的验算分析

2.5 本章小结

第三章 连接器弹簧片结构的优化设计及仿真

3.1概述

3.2 参数的优化和应用工具

3.3 弹簧片尺寸参数的优化设计

3.4 基于LS-DYNA的弹簧片接触状态的仿真

3.5 本章小结

第四章 连接器弹簧片动态特性的分析

4.1概述

4.2弹簧片的动态力学模型理论分析

4.3弹簧片模态分析

4.4 本章小结

第五章 连接器弹簧片耐振动和冲击的分析

5.1概述

5.2 弹簧片振动和冲击的解法分析

5.3 基于LS-DYNA的弹簧片振动和冲击的求解

5.4 连接器弹簧片振动与冲击试验及分析

5.5 本章小结

第六章 研究总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间已发表的专利

声明