基于虚拟制造技术的非对称自动立式带卷夹钳研究开发

论文摘要

自动闭合式夹钳广泛应用于钢厂中用于搬运各种冷热轧的半成品及成品钢卷,属于冶金行业中的特种起重设备,夹钳机构设计中引入虚拟制造技术,既可以降低风险,也可以缩短开发周期。 本文介绍了虚拟制造的一些基本原理,并将虚拟制造技术引用于夹钳机构设计中,分析了自动闭合式夹钳的工作原理及其待改进的问题,提出了解决自动闭合式夹钳问题的方法,建立了夹钳机构的运动学与动力学模型,比较全面地分析了夹钳各组成部件的受力,并分析了夹钳工作过程中,带卷不脱落、不松脱应满足的条件,以及带卷偏心角度的分析计算。同时介绍了基于面向装配过程的夹钳设计方法,在三维软件中建立了比较精确的夹钳三维实体模型,并对夹钳静态及其动态时进行干涉检查,比较了零件几种不同格式导出的优缺点,并将其成功导入到仿真软件ADAMS中,在ADAMS软件中建立夹钳机构整机的虚拟样机,对其进行动态仿真分析,得到了该机构工作中各铰点受力的一些关键数据,分析了夹钳在ADAMS环境下的平衡状况,最后成功地将夹钳组成部件的三维实体模型导入到有限元分析软件ANSYS中,对其进行应力分析,得到了各构件应力及应变的主要数据,为夹钳优化奠定了基础。 研究表明:采用虚拟制造技术,它能在较短时间内快速建立起整个夹钳机构的整体模型,并可实时仿真其运动过程;它大大减少了昂贵费时的夹钳机构制造和实验过程,使得我们的研究具有重要的现实意义和巨大的工程应用价值。同时本文的研究为虚拟制造技术在新产品开发中的应用提供了方法及使用经验,为缩短新产品开发周期、减少开发费用和提高研制质量提供了有效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 夹钳概述
• 1.2.1 夹钳的使用及用途概述
• 1.2.2 夹钳的分类
• 1.2.3 本研究中夹钳方案的确定及其优点
• 1.2.4 传统设计方法及其在夹钳研发中的问题
• 1.3 虚拟制造
• 1.3.1 虚拟制造的概念及特点
• 1.3.2 虚拟制造的分类
• 1.3.3 虚拟制造的研究任务
• 1.3.4 VM在制造业中的应用
• 1.3.5 仿真技术概述
• 1.3.6 虚拟制造技术在国内外的研究现状
• 1.3.7 虚拟制造技术目前存在的问题
• 1.3.8 积极发展适合我国国情的虚拟制造技术
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 课题研究的意义及其创新点
• 第二章 自动闭合立式夹钳工作原理及待改进的问题
• 2.1 自动闭合式立夹钳工作原理介绍
• 2.2 自动闭合立式夹钳有待解决的问题及本论文工作达到目标
• 2.3 思路和主要方法介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 自动闭合立式带卷夹钳力学模型及其应力分析计算
• 3.1 自动闭合立式带卷夹钳力学模型的建立
• 3.2 分析基础
• 3.2.1 线性方程组的求解方法
• 3.2.2 非线性方程组的求解方法
• 3.3 机械系统多刚体运动学
• 3.4 夹钳结构设计及计算
• 3.5 理论力学法解析夹钳机构各铰点的力
• 3.6 杠杆夹钳的夹持条件
• 3.7 带卷不滑落、不松脱的理论分析计算
• 3.8 带卷偏心角度的理论分析计算
• 3.9 本章小结
• 第四章 面向装配过程的夹钳三维模型建立及导出
• 4.1 引言
• 4.2 产品装配建模技术
• 4.2.1 产品装配模型的基本概念
• 4.2.2 面向装配设计的基本原则
• 4.2.3 装配体中参数的约束关系
• 4.2.4 装配模型的确定及零件的详细设计
• 4.3 夹钳设计的主要内容
• 4.4 夹钳三维数字化模型的建立
• 4.4.1 零件三维数字化模型的建立
• 4.4.2 标准件的建立
• 4.5 夹钳三维实体模型的预装配
• 4.5.1 三维实体数字化预装配的内容
• 4.5.2 装配结构
• 4.6 夹钳三维实体数字化模型装配干涉检查
• 4.6.1 干涉类型
• 4.6.2 夹钳三维数字化模型的静态干涉分析
• 4.6.3 夹钳三维数字化模型的动态干涉分析
• 4.7 三维数字化几何模型的导出
• 4.7.1 STEP格式
• 4.7.2 IGES格式
• 4.7.3 ParaSolid格式
• 4.8 本章小结
• 第五章 夹钳机构运动仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 目前主要的仿真软件功能比较
• 5.3 ADAMS软件简介及其特点
• 5.4 夹钳机构运动学仿真
• 5.4.1 SolidEdge数字化模型输出到ADAMS环境中
• 5.4.2 作用力和约束力的添加
• 5.5 仿真分析后处理
• 5.5.1 吊运最小带卷时的力学分析
• 5.5.2 吊运最大带卷时的力学分析
• 5.5.3 吊运不同材质带卷时的动力学分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 自动闭合立式带卷夹钳主要零部件的有限元分析
• 6.1 弹性力学有限单元分析的研究和求解问题内容
• 6.1.1 弹性力学研究问题的内容
• 6.1.2 弹性力学求解问题的方法和内容
• 6.2 弹性力学的基本方程
• 6.3 弹性力学问题的提法
• 6.4 弹性力学问题的基本解法解的唯一性
• 6.5 圣维南原理
• 6.6 叠加原理
• 6.7 弹性有限元基本概念
• 6.7.1 线弹性问题的有限元方程
• 6.7.2 静力分析与动力分析
• 6.7.3 有限元分析中常用的几个基本原理
• 6.7.4 有限单元法求解问题的步骤
• 6.7.5 单元类型的选择
• 6.8 夹钳机构关键部件的有限元分析
• 6.8.1 结构的有限元离散化
• 6.8.2 将三维环境中的夹钳模型导入ANSYS中
• 6.8.3 有限元分析结果
• 6.8.4 结果分析
• 6.9 夹钳的优化
• 6.10 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 工作重点和主要研究结果
• 7.2 进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢
• 本人在攻读硕士期间发表学术论文情况
• 附录A
• 附录B