基于粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡的保持架
柔性夹具的低速碰撞仿真
渊河海大学机电学院袁江苏常州摇圆员猿园圆圆冤
摘要院针对保持架滚珠装配机在实际工作中由于工作圆盘旋转精度低而导致柔性夹具受到冲击的危险袁采用悦粤耘技术下的粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡软件的分析功能对柔性夹具进行碰撞仿真分析袁从应力应变分布图中判断其有较大的变形袁通过结构优化设计提高其结构刚度遥关键词院保持架柔性夹具曰碰撞仿真曰粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡
中图分类号院栽匀远摇摇摇文献标志码院粤摇摇摇文章编号院圆园怨缘原缘园怨载渊圆园员缘冤园苑原园园园苑原园源摇摇汽车座椅是汽车的基本装置袁在汽车中它将人体与车身联系在一起袁直接关系到乘员的驾乘舒适性和安全性遥保持架是汽车座椅导轨滑块中常用的部件袁目前国内的装配工艺是工人先将滚珠放在工作台上袁再将工件置于其上袁用锤子轻轻敲击以格多袁大量劳动力的使用不仅会使生产成本提高袁而且操作工长时间重复一个动作袁非常容易疲劳袁劳动率低下亦会影响产品的质量遥
随着经济的发展袁许多企业为了适应越来越激烈的市场竞争袁把产品生产模式由单一品种尧大批量改为多品种尧中小批量遥在产品的生产过程中袁装配是关键的一道工序遥柔性装配系统是通过计算机把产品制造过程中各工位的控制系统组合起来而形成的高效率尧高柔性的装配系统咱员暂袁它的技术基础是装配技术尧机电技术尧传感器技术以及机器人技术遥为了适应柔性装配系统的硬件需求袁设计了保持架柔性夹具遥
本文以某新型滚珠装配系统中的保持架柔性夹具为研究对象袁利用杂燥造蚤凿宰燥则噪泽和粤晕杂再杂宰燥则噪鄄遭藻灶糟澡软件对保持架柔性夹具进行三维建模和低速碰撞过程模拟袁并对模拟结果进行分析袁给出优化方案遥
筒等部分组成遥把位于夹具偏下位置的夹紧板固定在一个可调节的螺柱上袁可以调节夹具以夹持不同长度的保持架曰通过调节夹持滑块在燕尾槽中的位置以及可伸缩螺杆的长度袁可以改变保持架平面的加工位置曰同时夹持块部分采取外加套筒的方式袁可以解决不同型号滚珠的装配以及装配深度的变化曰设计防飞挡板主要是解决转盘工作时离心加速度对加工精度的影响遥考虑到不同规格的工件尺寸不同袁在设计保持架柔性夹具时设定其可夹持工件的尺寸范围为院宽猿园皂皂耀缘园皂皂袁长臆愿园皂皂袁高臆猿园皂皂袁并可根据实际需求更改遥利用杂燥造蚤凿持架实物图如图圆所示遥
宰燥则噪泽建立的保持架柔性夹具模型如图员所示袁保
许海涛袁顾文斌袁王摇强
完成装配遥由于保持架为钣金件袁形状不规则且规.com.cn. All Rights Reserved.图员摇保持架柔性夹具模型
员摇柔性夹具简介
圆摇保持架碰撞性能分析的理论基础
保持架碰撞过程属于冲击载荷变形和非线性动态接触的过程袁一般持续园援员耀园援圆泽袁并将动能
摇摇体现夹具柔性的结构由夹紧板尧夹持滑块尧套
收稿日期院圆园员缘原园远原员远
作者简介院许海涛渊员怨怨圆要冤袁男袁江苏泗洪人袁河海大学本科生袁专业方向为机械工程专业钢结构遥
窑苑窑
圆园员缘年第源源卷摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇机械设计与制造工程摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇图圆摇多型号保持架的实物图
迅速转化为其他形式的能遥碰撞分析遵循自然界的能量袁例如应变能尧动量守恒定
尧热能尧声能等
咱圆原猿暂
律袁建立含未知边界条件的偏微分方程如下院
能量守恒方程
耘越增杂蚤躁着蚤躁原渊责垣择冤增
渊员冤
式中院增为物体速度曰杂蚤躁为偏应力张量曰着蚤躁为应变
率张量曰责为压力曰择为体积黏性阻力遥
动量守恒方程
皂式中院皂员增员垣皂圆增圆越皂曰增员增员园垣皂圆增圆园
增员袁皂圆为物体质量员袁增圆为碰撞前速度曰渊圆冤
增员园袁
圆园为碰撞后速度遥
猿摇带动荷系数的应力与变形求解法
冲压头冲击夹持块的过程兼有碰撞和静力学的特征袁故可采用动载效应的静力学模型遥由于冲击过程极为短暂袁冲击加速度难以精确测定袁故工程上常采用近似的但偏于安全的能量法求解遥冲击动荷系数为运凿越员垣
员垣圆澡渊澡度袁驻躁为应变量冤袁冲击物作为突加载荷作用在夹
驻躁为碰撞的高
具的悬臂梁上袁此时澡越园袁因而运凿越圆袁即突加载荷作用是静载荷作用的圆倍遥冲压头能够保持的集中力为圆缘园晕袁故加载条件设为静载云越缘园园晕遥螺杆直径凿越源皂皂袁伸出臂渊螺杆冤长度造越员缘耀圆缘皂皂遥
猿援员摇解析法求解根据材料力学梁纯弯曲时正应力计算公式滓越
宰酝
扎
渊其中酝越云造袁宰扎越仔凿猿辕猿圆冤可知袁在杆件符合线弹性尧小变形的前提下袁梁的变形与载荷呈线性关系遥由梁在简单载荷下的变形公式袁得到梁的最大挠度为
棕月越原
云造猿
式中院耘为钢材的弹性系数猿曰耘陨陨为惯性矩遥故求得窑愿窑
棕月越
原园援园苑园皂皂袁当造越员缘皂皂袁滓越猿怨苑援缘酝孕葬原
园援猿圆源皂皂袁当造越圆缘皂皂袁滓越远远圆援缘酝孕葬
由于材料力学的公式是以细长杆件为基础的袁并不适用于本文所研究的保持架夹具模型渊图员冤袁而数值分析是建立在弹性力学基础上的袁故有必要进行有限元数值分析咱源暂猿援圆摇有限元数值模拟
遥
为提高分析软件的工作效率和改善单元质量袁在利用杂燥造蚤凿宰燥则噪泽和粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡软件对保持架夹具进行参数化建模和仿真分析时袁对保持架
夹具作适当简化袁在有限元模型中去除螺母与夹紧板的干扰遥
猿援圆援员摇设置材料属性
保持架夹具的材质为圆源号钢袁其材料属性参数为圆员园郧孕葬袁院密屈服强度度苑愿缘园噪早圆员园酝孕葬遥辕皂猿袁泊松手动将比园援圆源猿袁号钢添加到弹性模量粤晕杂再杂模块中耘造葬泽贼蚤糟蚤贼赠袁宰燥则噪遭藻灶糟澡并通过加到材料性能表中辕陨灶糟造怎凿藻阅藻灶泽蚤贼赠软件的材料库孕则燥责藻则贼赠辕陨灶糟造怎凿藻袁即完成将材料的各属性参数添孕则燥责藻则贼赠耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早和陨泽燥贼则燥责蚤糟
阅葬贼葬圆源号钢在软件中的添
加遥
猿援圆援圆摇网格划分
粤晕杂再杂网格划分是将模型离散成单元和节点的过程员愿苑规则的物体单元宰燥则噪遭藻灶糟澡袁其智能化程度很高有限元仿真系统默认选择遥在耘造藻皂藻灶贼杂蚤扎藻袁可以更好地模拟不杂燥造蚤凿
遥员皂皂袁将保持架夹具模型划分为中设置单元大小为
怨苑苑猿怨个单元袁如图猿所示遥
圆圆怨员远远个节点尧图猿摇保持架夹具模型有限元网格划分
.com.cn. All Rights Reserved.圆园员缘年第苑期摇摇摇摇摇摇许海涛院基于粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡的保持架柔性夹具的低速碰撞仿真猿援圆援猿摇加载条件和后处理
贼怎则葬造模块进行静载荷处理袁加载条件与解析法相
使用粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡软件中的杂贼葬贼蚤糟杂贼则怎糟鄄
同袁约束面为源个螺栓柱遥碰撞后的变形与应力云图如图源所示遥
摇摇由图源可知袁当装夹尺寸较小的工件时袁伸出
图源摇等效变形和应力图
.com.cn. All Rights Reserved.塑性变形为园援圆员远皂皂袁应力尧变形均很大遥
源园园酝孕葬袁超过屈服强度圆员园酝孕葬袁产生的最大等效
臂最长袁此时螺杆危险点的最大等效应力接近造成伸缩螺杆伸长方向上的尺寸抑制袁而且会和夹紧板形成安装干涉遥
员冤变底层可伸缩螺纹杆为光杆并加大光杆尺圆冤上层螺纹杆设置在导向杆下面袁与导向杆基于以上分析袁对夹具结构进行以下优化院
这种塑
性变形已直接影响到滚珠的定位精度和冲压模块的装配精度袁是加工过程中所不允许的袁因此要增加夹具竖直方向上的刚度遥
常规的结构优化方案是改变夹具局部的结构形式尧增加轴的尺寸尧设置加强筋或者加强板夹具体积变大袁生产成本增加袁另外加强筋不仅会等咱缘暂袁对于本文所述夹具袁一味地加大尺寸会造成
寸袁同时导向杆承担主要动载荷遥形成倒三角袁起固定作用遥
处理袁这样应力和变形将大大减小遥
猿冤冲压头头部与弹簧刚性连接袁作为静载荷改进后的等效变形及应力如图缘所示遥
图缘摇优化后的等效变形和应力图
源摇瞬态动力学分析
宰燥则噪遭藻灶糟澡软件的栽则葬灶泽蚤藻灶贼杂贼则怎糟贼怎则葬造模块可进行
梁的碰撞过程符合碰撞理论袁应用粤晕杂再杂
园援园员泽袁皂蚤灶蚤皂怎皂贼蚤皂藻泽贼藻责为园援园员泽袁皂葬曾蚤皂怎皂贼蚤皂藻加时间为园援员耀园援缘泽尧大小为圆缘园晕的梯形载荷遥源援圆摇仿真后处理
添加接触关系袁处理时间单元蚤灶蚤贼蚤葬造贼蚤皂藻泽贼藻责为泽贼藻责为园援园圆泽遥枣蚤曾藻凿泽怎责责燥则贼设为螺栓的源个面袁施
源援员摇初始设置
梁的瞬态动力学分析遥
设置网格划分单元大小为员皂皂袁主要校核面由图缘可知袁优化后的模型受到的最大等效弹
窑怨窑
圆园员缘年第源源卷摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇机械设计与制造工程摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇性形变为园援员圆怨皂皂袁最大应力不到员缘园酝孕葬袁与优化前相比大大减小了危险性遥不同伸出臂长度其危险点的最大应力及最大位移袁不同的算法所得的计算结果见表员遥前两种计算方法是以静载动荷系数扩大法模拟冲击袁能够一定程度上反映塑性破坏袁而瞬态动力学模型法通过设置冲击力的施加时间和大小袁能够较精准地反映低速碰撞遥但现实工况中不仅仅包含单纯的冲击过程袁冲压头还会有静力保持袁而且力矩大小与电机本身参数有关袁因而不同的计算方法可以在仿真时做相互补充遥另外在相同的冲击加载条件下袁瞬态冲击比静载冲击的载冲击获得的结果会更安全咱远暂遥从表员可以看出袁优化后的结构应力和变形都大大减小袁结果令人满意遥
表员摇不同伸出臂长度的危险点的最大应力及位移
造越员缘皂皂
算法解析解云耘粤静载法
最大应力辕酝孕葬猿怨苑援缘圆怨苑援园
最大位移辕皂皂园援园苑园援园怨
造越圆缘皂皂最大应力辕酝孕葬远远圆援缘源园远援园员缘园援园最大位移辕皂皂园援猿圆源园援圆员源园援员圆怨持架夹具进行建模和分析袁并分别运用了动载转静载法尧瞬态动力学法模拟了低速碰撞情况袁得到了它的应力变形分布图袁从而找出了原有设计结构存在的缺陷曰通过对夹具模型进行优化袁得到了较为理想的仿真结果遥
在仿真过程中发现袁数值模拟的仿真度具有局格的自动划分可能会使结果并不收敛咱苑暂袁不能精确反映既有冲击又有静载的现实工况袁有待以后进一步改进遥参考文献院
咱员暂摇纪海慧援粤晕粤杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡在卡扣装配分析中应用咱允暂援现
代制造工程袁圆园园愿渊愿冤院源愿原源怨袁员猿员援
咱圆暂摇韩春晓袁付芸援基于粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡的镜头跌落仿真分析
研究咱允暂援长春大学学报袁圆园员猿渊圆冤院员源怨原员缘员援大学袁圆园园怨援
咱猿暂摇包守忠援车辆碰撞事故仿真与再现研究咱阅暂援成都院西南交通咱源暂摇王娜袁李洪刚援基于粤晕粤杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡的保险杠低速碰撞
仿真咱允暂援大连交通大学学报袁圆园员猿渊圆冤院缘源原缘远援咱允暂援西安科技大学学报袁圆园员源渊猿冤院圆怨远原猿园员援
咱缘暂摇武义凯袁谢永利援沉管隧道的粤晕粤杂再杂三维有限元分析研究咱远暂摇杂葬灶贼燥泽葬杂孕袁宰蚤藻则扎遭蚤糟噪蚤栽援悦则葬泽澡遭藻澡葬增蚤燥则燥枣遭燥曾糟燥造怎皂灶枣蚤造造藻凿
憎蚤贼澡葬造怎皂蚤灶怎皂澡燥灶藻赠糟燥皂遭燥则枣燥葬皂咱允暂援悦燥皂责怎贼藻则葬灶凿杂贼则怎糟鄄贼怎则藻泽袁员怨怨愿袁远怨渊猿冤院猿源猿原猿远愿援管理开发袁圆园园缘渊圆冤院源怨原缘园援
限性袁比如外载荷以及约束的添加面并不精准袁网
破坏更大袁若瞬态冲击获得的结果是安全的袁则静
.com.cn. All Rights Reserved.云耘粤瞬态动力学晕辕粤晕辕粤缘摇结束语
本文运用有限元软件粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡对保
咱苑暂摇郝伟袁张洪袁郝永福援有限元法在接触问题中的应用咱允暂援机械
栽澡藻糟燥造造蚤泽蚤燥灶泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶燥枣贼澡藻枣造藻曾蚤遭造藻糟葬早藻
枣蚤曾贼怎则藻葬贼造燥憎泽责藻藻凿遭葬泽藻凿燥灶粤晕杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡
渊悦燥造造藻早藻燥枣酝藻糟澡葬灶蚤糟葬造葬灶凿耘造藻糟贼则蚤糟葬造耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁匀燥澡葬蚤哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁允蚤葬灶早泽怎悦澡葬灶早扎澡燥怎袁圆员猿园圆圆袁悦澡蚤灶葬冤
载哉匀葬蚤贼葬燥袁郧哉宰藻灶遭蚤灶袁宰粤晕郧匝蚤葬灶早
粤遭泽贼则葬糟贼院陨贼藻泽贼葬遭造蚤泽澡藻泽贼澡藻皂燥凿藻造燥枣枣造藻曾蚤遭造藻糟葬早藻枣蚤曾贼怎则藻燥枣糟葬则泽藻葬贼责葬则贼泽袁葬灶凿凿藻枣蚤灶藻泽贼澡藻增葬造蚤凿蚤贼赠燥枣贼澡藻糟燥造造蚤泽蚤燥灶皂燥凿藻造援陨灶燥则凿藻则贼燥葬增燥蚤凿贼澡藻澡蚤贼贼蚤灶早责则燥遭造藻皂遭藻糟葬怎泽藻燥枣贼澡藻贼葬遭造藻鸳泽蚤灶葬糟糟怎则葬贼藻责燥泽蚤贼蚤燥灶蚤灶贼澡藻则藻葬造责则燥糟藻泽泽蚤灶早燥枣糟葬早藻遭葬造造葬泽泽藻皂遭造蚤灶早糟燥灶凿蚤贼蚤燥灶袁蚤贼皂葬噪藻泽葬糟燥造造蚤泽蚤燥灶泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶葬灶葬造赠泽蚤泽遭葬泽藻凿燥灶粤晕粤杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡泽燥枣贼憎葬则藻援燥责贼蚤皂蚤扎藻泽贼澡藻泽贼则怎糟贼怎则葬造则蚤早蚤凿蚤贼赠援
运藻赠憎燥则凿泽院枣造藻曾蚤遭造藻糟葬早藻枣蚤曾贼怎则藻曰糟燥造造蚤泽蚤燥灶泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶曰粤晕粤杂再杂宰燥则噪遭藻灶糟澡
宰蚤贼澡贼澡藻澡藻造责燥枣贼澡藻凿藻枣燥则皂葬贼蚤燥灶燥枣贼澡藻责葬则贼泽葬灶凿贼澡藻泽贼则藻泽泽葬灶凿泽贼则葬蚤灶凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶袁蚤贼蚤皂责则燥增藻泽贼澡藻泽贼则怎糟贼怎则藻葬灶凿
窑员园窑
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