两轮多绳金刚石串珠锯创新设计与优化研究

论文摘要

国外多绳金刚石串珠锯价格昂贵,难以推广,加快研发国产多绳金刚石串珠锯是一项十分紧迫的任务。通过深入分析国外先进多绳金刚石串珠锯及花岗石砂锯功能、结构特点,并结合市场上花岗石荒料的尺寸规格情况,确定了新型多绳金刚石串珠锯的锯切技术参数及性能指标。运用模块化设计理念,通过对锯机的结构和功能分析,依据功能和结构独立原则,划分了多绳金刚石串珠锯功能模块。针对支撑、回转轮、张紧、主驱动等模块,根据TRIZ理论提出改进建议,进行综合评价,得到了优化方案。对各模块进行了虚拟装配,完成整机总体设计。基于ANSYS Workbench(以下简称AWE)协同研发平台,研究如何将Solidworks软件建立的多绳金刚石串珠锯模型直接导入,实现Solidworks三维设计、CAE分析的协同和管理。以主轴有限元模型为例,在AWE环境下,阐述了前处理中的定义材料、网格划分、接触设置、载荷和边界条件的施加的相关内容,并行的进行了静力学、动力学及疲劳分析。同时应用优化设计思想,利用基于变分技术的DesignXplorer VT模块对主轴进行了优化设计,通过AWE的参数管理器控制CAD模型的参数,实现了主轴优化设计。以主动端升降滑套模块为例,探讨了对于复杂装配体,采用基于实验设计的DesignXplorer模块进行优化设计流程。本课题研究旨在于融入现代设计手段,引入有限元方法,研发出拥有自主知识产权的多绳金刚石串珠锯,同时快速实现多绳金刚石串珠锯零部件参数化CAD建模和CAE有限元分析无缝集成,从而加快整机最优化、系列化设计,填补国内空白,具有推广意义。同时多绳金刚石串珠锯的整个设计研发过程对其它设备研发也具有很好的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题提出的背景及意义
• 1.2 多绳金刚石串珠锯的概述
• 1.2.1 多绳金刚石串珠锯锯切原理
• 1.2.2 多绳金刚石串珠锯锯解板材的特点
• 1.3 多绳金刚石串珠锯研究现状
• 1.3.1 金刚石串珠绳制造技术的研究
• 1.3.2 金刚石串珠锯锯切机理的研究
• 1.3.3 金刚石串珠锯设备的研究
• 1.3.4 多绳金刚石串珠锯发展趋势
• 1.4 多绳金刚石串珠锯存在的主要问题
• 1.5 章节结构安排
• 第2章 多绳金刚石串珠锯总方案设计
• 2.1 总体设计指标
• 2.2 总体方案设计
• 2.2.1 设备模块划分原则
• 2.2.2 总体方案模块划分
• 2.3 机械结构设计
• 2.3.1 支撑模块方案设计
• 2.3.2 回转轮模块设计
• 2.3.3 张紧模块设计
• 2.3.4 主驱动模块设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 主轴的动静态特性研究
• 3.1 ANSYS Workbench概述
• 3.2 主轴结构设计
• 3.3 主轴受力分析计算
• C的计算'>3.3.1 串珠绳拉力作用F_C的计算
• 3.3.2 同步带传递扭矩的计算
• 3.4 主轴结构静力分析
• 3.4.1 构建主轴有限元模型
• 3.4.2 主轴受力及约束
• 3.4.3 变形及应力分析
• 3.4.4 主轴疲劳分析
• 3.5 主轴模态分析
• 3.5.1 模态分析相关理论
• 3.5.2 主轴组件的模态分析
• 3.6 结构优化
• 3.6.1 设计变量与设计目标的确定
• 3.6.2 VT优化设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 整机升降滑套结构优化
• 4.1 主动端升降滑套模型构建
• 4.2 主动端升降滑套受力及约束
• 4.3 升降滑套板筋优化
• 4.3.1 模型建立
• 4.3.2 约束及载荷的施加
• 4.3.3 筋板优化计算及结果分析
• 4.4 基于AWE滑套板厚优化设计
• 4.4.1 设计变量与设计目标的确定
• 4.4.2 DOE优化设计
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表