卧式冲击疲劳试验机的结构设计及性能分析

论文摘要

工程中有很多零构件都是在重复冲击碰撞载荷条件下工作的,像枪械自动机上的关键受力件击锤、击针和拉壳钩等。这些零部件作为枪械上的关重件,其受撞击的表面非常容易出现损伤和毁坏,如果超过受力极限甚至会导致这些关重件的失效而造成一定的工程危险。本论文就是针对目前缺少用于冲击自动机关重件的试验机而开设的课题,为满足枪械自动机关重件的冲击疲劳要求,设计开发了一种应用于冲击枪械关重件的卧式冲击疲劳试验机,并进行了相关的有限元分析和实验研究。本论文提出三种设计方案,综合分析各个方案的优缺点,最终确定该试验机主要采用机械结构,利用凸轮与弹簧之间的能量转换实现对试件的多次冲击。该试验机的冲击频率在0-17Hz之间可无级调节,冲头行程为30mm,根据冲击能量的要求设计了三组刚度不同的弹簧,通过调节弹簧的预压量来达到调节冲击能量和冲击速度的目的。采用Kistler的9331B型拉压力传感器（量程为20kN,敏感度-3.851PC/N）、Kistler电荷放大器、NI公司的PXI4472B数据卡及计算机来实现冲击力实验数据的采集；采用MEMRECAM GX-1 ST-751高速摄像仪获得冲击过程中冲头的位移,采样频率设置为1500fps。建立了冲击疲劳试验机加载机构的多体动力学仿真模型,仿真结果表明该试验机运行可靠、稳定；建立了冲击疲劳试验机加载机构的有限元仿真模型,分析加载机构的接触应力。研制了小吨位高频枪械自动机关重件冲击疲劳实验样机,并进行了样机调试,调试结果表明该机运行稳定、控制可靠能够近似模拟多冲碰撞类零构件的实际工况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 冲击机械的概述
• 1.2.2 冲击机械系统动力学研究的概况
• 1.2.3 冲击疲劳试验机的研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 2. 试验机总体方案的研究
• 2.1 冲击疲劳试验机参数确定
• 2.1.1 试件的工况分析
• 2.1.2 冲击疲劳试验机的主要参数分析
• 2.2 冲击疲劳试验机方案的设计与选择
• 2.2.1 冲击疲劳试验机的方案设计
• 2.2.2 各种方案的分析与比较
• 2.3 试验机的机构原理与性能参数
• 2.3.1 试验机的结构
• 2.3.2 试验机的原理
• 2.3.3 试验机运动学计算模型的建立及主要性能参数的确定
• 2.4 传动结构各部件的分析
• 2.4.1 电机的选择
• 2.4.2 V带的设计
• 2.5 弹簧参数的确定
• 2.5.1 小弹簧参数的确定
• 2.5.2 中弹簧参数的确定
• 2.5.3 大弹簧参数的确定
• 2.6 凸轮参数的确定
• 2.7 夹具的设计
• 2.8 控制与测量系统研究
• 2.8.1 控制系统
• 2.8.2 测量及数据采集系统
• 2.8.3 软件系统
• 2.9 本章小结
• 3. 试验机加载装置虚拟模型及性能仿真
• 3.1 虚拟样机模型的建立
• 3.1.1 将模型从solidworks导入到ADAMS
• 3.1.2 加载机构虚拟模型的建立
• 3.2 加载机构模型的仿真分析
• 3.2.1 ADAMS碰撞力的定义
• 3.2.2 碰撞参数设置分析
• 3.2.3 不同预压力对冲击的数值分析
• 3.3 冲击参数对冲击脉冲的影响
• 3.3.1 冲击材料对冲击脉冲的影响
• 3.3.2 冲头质量的改变对冲击脉冲的影响
• 3.3.3 弹簧预压量的变化对冲击脉冲的影响
• 3.4 本章小结
• 4. 疲劳试验机加载机构的应力分析
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 模型的导入
• 4.1.2 网格划分
• 4.2 应力分析
• 4.2.1 有限元分析模型
• 4.2.2 边界条件的设定和载荷的施加
• 4.2.3 定义接触相互作用
• 4.2.4 作业提交
• 4.2.5 应力分析结果
• 4.3 本章小结
• 5. 疲劳试验机的研制与性能试验
• 5.1 试验机的安装
• 5.2 试验机的调试
• 5.3 试验机的运行分析
• 5.4 冲击脉冲力的测试
• 5.4.1 实验装置和测量方法
• 5.4.2 实验与结果
• 5.5 利用高速摄影获取冲头速度曲线
• 5.5.1 实验装置和测量方法
• 5.5.2 实验与结果
• 5.6 实验结果与计算结果的比较
• 5.7 本章小结
• 6. 全文工作总结与展望
• 6.1 概述
• 6.2 主要工作及取得的结论
• 6.3 今后的研究方向
• 致谢
• 参考文献