面向全生命周期和再制造工程的转子驱动直线振动工具的研发

论文摘要

电动工具是实现手工劳动机械化的一种重要手段,其具有结构简单、重量轻、携带和使用方便、易于维修等优点,被广泛应用于机械制造业、建筑业、采矿业、铁道、公路、桥梁建设工程、农牧业、林业加工等生产部门及家居装璜服务领域。现今社会电动工具大多采用旋转运动这种运动形式,本文首先了解其结构和工作原理,分析旋转运动电动工具存在的问题及提出解决问题的方法——改旋转运动的加工方式为直线往复运动方式。基于全生命周期和再制造工程这两大原则的直线振动电动工具采用单相串激式电动机驱动,电子调速器进行无级调速,利用等宽凸轮传动机构的原理实现由旋转运动到直线往复运动加工方式的转换,利用了振动加工原理,使传统的连续接触加工变成往复的断续接触加工,小振幅、高频率的直线往复运动,能量瞬时叠加,使接触材料达到疲劳极限而与基体分离,从而实现加工目的。直线振动电动工具为满足日益增长的需求多样化,将符合以下三方面的要求：1)体积小、重量轻；2)多功能；3)符合再制造工程。基于全生命周期原则,在设计期间就考虑新工具的使用及报废等环节,分析新工具报废阶段各关键零部件的剩余寿命,给出再制造流程,使新工具以循环使用代替废弃,满足再制造工程要求。通过ANSYS Workbench有限元分析软件对新手持式电动工具关键零部件进行结构分析设计和有限元分析,验证设计的结构、尺寸是否满足设计要求并对机构进行优化设计；通过Pro/Engineer三维实体建模对电动工具进行具体的结构设计,并对传动机构进行动力学分析、机构分析和动力学仿真,三维实体可以直观的展示包装机的整体结构,检查机构部件布局是否合理。直线振动电动工具与一般的磨削、切割电动工具相比,具有携带方便、操作简单、功能多样、安全可靠、且振动小、噪声低等优点,可大大减轻劳动强度、提高工作效率,实现手工操作机械化,配合多种配件,实现打磨、切割、刮铲等多项功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 电动工具概述
• 1.1 电动工具发展简况
• 1.2 电动工具应用领域
• 1.3 电动工具发展现状
• 1.3.1 电动工具分类
• 1.3.2 电动工具应用技术
• 1.3.3 电动工具发展趋势
• 1.3.4 电动工具存在的问题
• 第2章 新工具设计思路
• 2.1 问题剖析
• 2.2 新加工工艺条件
• 2.3 新电动工具实现振动、噪声、污染的降低作用
• 2.4 新工具运动形式设想
• 第3章 直线振动电动工具功能及性能特点
• 3.1 研发的约束条件
• 3.1.1 总体技术要求
• 3.1.2 再制造工程要求
• 3.2 功能分析
• 3.3 性能指标
• 第4章 直线振动电动工具研发的主要内容
• 4.1 新工艺条件下工艺参数与功能优化
• 4.1.1 工艺参数优化
• 4.1.2 功能优化
• 4.2 直线振动工具的总体布局和配置研究
• 4.2.1 新工具总体布局
• 4.2.2 新工具配置研究
• 4.3 直线振动工具实现关键工艺参数的传动系统构型
• 4.4 直线振动工具实现关键工艺参数的运动和动力学问题
• 4.4.1 传动机构运动学分析
• 4.4.2 传动机构动力学分析
• 4.5 基于再制造工程约束下的关键零部件的结构设计
• 4.5.1 电机轴
• 4.5.2 等宽凸轮机构
• 4.5.3 轴承的选择
• 4.5.4 刀具简介
• 4.5.5 外观设计
• 4.6 基于再制造工程约束下的零部件剩余寿命
• 4.6.1 剩余寿命求解
• 4.6.2 零部件剩余寿命
• 4.6.3 再制造流程
• 4.6.4 维修保养与故障分析
• 第5章 基于虚拟样机技术的机构分析与仿真
• 5.1 虚拟样机技术
• 5.2 传动机构静、动态特性有限元分析
• 5.2.1 有限元分析软件
• 5.2.2 传动机构静力分析
• 5.2.3 传动机构模态分析
• 5.3 传动机构仿真
• 5.3.1 仿真软件
• 5.3.2 机构仿真
• 第6章 直线振动工具的经济技术指标评价与可行性论证
• 6.1 经济技术指标及其评价方法
• 6.2 可行性论证
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢