车用微米木纤维模压制品成型理论与握钉力计算方法研究

论文摘要

随着社会的快速发展,人们对高档汽车的消费需求不断增多,尤其是高档汽车的实木内饰受到人们的普遍欢迎,如利用实木生产的仪表板、换档杆手柄、车门把手、方向盘等,但由于原料的缺乏和加工技术等因素导致具有高档实木内饰的高档汽车很难走进现今工薪收入家庭。本文提出的车用微米木纤维模压制品是高档汽车实木内饰零件的有效替代品,将解决高档木制品零件在原料、成型技术和成本等方面的问题,将促进木材在汽车行业的发展,提高我国人民对高档汽车的消费水平。首先,研究了车用微米木纤维模压制品加工设备的设计理论,分析了其功能和制定了总体设计方案,研究了设备的组成系统,进行了结构和强度设计,开发了车用微米木纤维模压制品加工设备实验台,该实验台设计结构简单合理、成型速度快,为生产实践提供了一种新的模压加工车用微米木纤维制品的实验设备。利用该实验台进行了大量实验,制备了车用微米木纤维模压制品实验样品,探索出模压成型的工艺方法和工艺路线,获得了关键工艺参数,取得了工业化生产的第一手资料。在对模压设备和模压工艺研究的同时,也对车用微米木纤维模压制品的螺纹强度与纹理走向问题进行了研究,根据实验结果提出了握钉力性能与模压密度的相关方程,给出了模压加压曲线。以上研究形成了车用微米木纤维模压制品成型理论。其次,提出了针对模压过程参数和复合材料力学的握钉力计算方法和螺钉连接强度设计理论。建立了车用微米木纤维模压制品螺纹的力学模型,推导了螺纹牙载荷分布曲线和强度计算公式,精确计算了各螺纹牙受力的百分比,提出了微米木纤维模压制品握钉力计算公式,编写了握钉力计算机程序,利用计算机可快速获得握钉力。通过实验验证了车用微米木纤维模压制品强度超过同材质实木制品,证明了车用微米木纤维模压制品零部件的设计是成功的。还详细分析了微米木纤维模压制品螺纹的受力、变形、几何参数之间的关系,求导了载荷分布系数,建立了微米木纤维模压制品握钉结合部的载荷分布方程。并研究了微米木纤维模压制品螺钉组连接强度可靠性优化设计方法。最后,分析了微米木纤维模压制品成型工艺中存在的问题和解决方法,并通过实验验证了微米木纤维模压制品握钉力计算公式,分析了理论计算值与实验结果的误差及其产生原因。本文研究的车用微米木纤维模压制品成型理论,提供了模压设备和成型工艺,将微米木纤维基础理论应用于汽车行业;本文研究的握钉力计算方法,在木材学与机械学交叉学科进行了深入的研究,利用计算机可快速计算各种规格螺钉的握钉力,将改变木材握钉力性能仅依靠试验测定的现状,显著提高工作效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 微米木纤维理论的研究现状
• 1.2 木纤维模压制品的研究现状
• 1.2.1 木纤维及刨花模压制品的研究现状
• 1.2.2 微米木纤维模压制品的研究现状
• 1.3 车用微米木纤维模压制品加工技术的研究意义
• 1.4 车用微米木纤维模压制品的工业化前景
• 1.5 握钉力与螺纹连接强度理论的研究现状
• 1.5.1 握钉力的研究现状
• 1.5.2 螺纹连接强度理论的研究现状
• 1.6 课题的来源及主要研究内容
• 2 车用微米木纤维模压制品加工设备的设计
• 2.1 车用微米木纤维模压制品加工设备的总体设计
• 2.1.1 设备的总体方案设计
• 2.1.2 设备的系统构成
• 2.2 车用微米木纤维模压制品加工设备的部件设计
• 2.2.1 模具系统的设计
• 2.2.2 送料系统的设计
• 2.2.3 冲压系统的设计
• 2.3 车用微米木纤维模压制品加工设备关键问题的解决方法
• 2.3.1 通气孔和通气孔槽的设置
• 2.3.2 模具系统刚度的设计
• 2.4 本章小结
• 3 车用微米木纤维模压制品成型的工艺方法
• 3.1 微米木纤维模压制品成型的基础理论
• 3.1.1 微米木纤维性能概述
• 3.1.2 微米木纤维模压制品性能概述
• 3.1.3 传统木纤维模压制品成型工艺分析
• 3.1.4 微米木纤维模压制品成型工艺的优点
• 3.2 微米木纤维模压制品成型的工艺方法
• 3.2.1 工艺流程
• 3.2.2 工艺方法
• 3.2.3 实验结果
• 3.3 微米木纤维模压制品成型的工艺参数分析
• 3.3.1 密度分析
• 3.3.2 握钉力性能分析
• 3.3.3 密度与压力关系曲线
• 3.4 本章小结
• 4 微米木纤维模压制品握钉力计算理论研究
• 4.1 握钉力的定义和检测方法
• 4.1.1 握钉力的定义
• 4.1.2 握钉力的检测方法
• 4.1.3 握钉力国标的有关规定
• 4.2 握钉力的影响因子
• 4.2.1 木材密度
• 4.2.2 纤维纹理走向
• 4.2.3 钉子种类
• 4.2.4 导向孔径
• 4.3 握钉力计算的理论意义
• 4.4 微米木纤维模压制品握钉力计算力学分析的基本假设
• 4.5 微米木纤维模压制品握钉力计算的力学模型及受力分布函数
• 4.5.1 螺纹牙受力的平衡方程
• 4.5.2 微米木纤维模压制品及其连接件的弹性模量和刚度的计算
• 4.5.3 微米木纤维模压制品螺纹牙受力的分布函数
• 4.6 微米木纤维模压制品握钉力计算
• 4.6.1 螺纹牙受力分布百分比
• 4.6.2 微米木纤维模压制品握钉力计算公式
• 4.7 本章小结
• 5 微米木纤维模压制品握钉结合部载荷分析
• 5.1 握钉结合部载荷分布强度的定义
• 5.2 握钉结合部载荷分布系数的确定
• 5.2.1 螺纹牙受力变形协调条件
• 5.2.2 握钉结合部轴向载荷分布强度与螺纹牙侧面上比压间的关系
• 5.2.3 握钉结合部载荷分布系数的确定
• 5.3 螺纹牙受力变形分析
• 5.3.1 螺纹牙弯曲变形计算
• 5.3.2 螺纹牙剪切变形计算
• 5.3.3 螺杆体和螺母体因横向变形而产生的轴向位移计算
• 5.3.4 计算系数的确定
• 5.4 握钉结合部载荷分布系数的计算
• 5.5 握钉结合部轴向载荷分布强度的数学描述
• 5.6 本章小结
• 6 微米木纤维模压制品螺钉连接强度可靠性优化设计
• 6.1 零件的可靠性优化设计理论基础
• 6.1.1 零件可靠性设计理论基础
• 6.1.2 零件优化设计理论基础
• 6.2 微米木纤维模压制品螺钉连接强度可靠性优化设计的意义
• 6.3 建立目标函数
• 6.4 建立约束条件
• 6.4.1 强度可靠度约束条件
• 6.4.2 扳手空间约束条件
• 6.4.3 连接件间紧密性约束条件
• 6.4.4 结构参数约束条件
• 6.5 微米木纤维模压制品螺钉连接强度可靠性优化设计实例
• 6.6 本章小结
• 7 微米木纤维模压制品的试验验证
• 7.1 车用微米木纤维模压制品加工设备的安装与调试
• 7.1.1 设备的安装
• 7.1.2 设备的调试
• 7.1.3 设备的维护与保养
• 7.2 车用微米木纤维模压制品成型试验
• 7.2.1 实验材料
• 7.2.2 实验仪器和设备
• 7.2.3 实验方法
• 7.2.4 实验记录
• 7.3 微米木纤维模压制品质量控制的工艺方法
• 7.3.1 外观形状控制
• 7.3.2 表面质量控制
• 7.3.3 成型回弹率控制
• 7.3.4 材料流动性控制
• 7.4 车用微米木纤维模压制品握钉力的验证
• 7.4.1 车用微米木纤维模压制品握钉力计算
• 7.4.2 车用微米木纤维模压制品握钉强度验算
• 7.5 微米木纤维模压制品握钉力的试验验证
• 7.5.1 微米木纤维模压制品握钉力计算
• 7.5.2 误差原因分析
• 7.5.3 握钉力计算方法的应用与修正
• 7.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢