vr6-4000剪板機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試與有限元分析論文

1、<p><b>　　揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院</b></p><p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 VR6×4000剪板機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試與有限元分析 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </

2、p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師

3、 </p><p>　　完 成 日 期 2014年5月30日 </p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　隨著我國(guó)工業(yè)化的進(jìn)程，剪板機(jī)被大量使用。市場(chǎng)對(duì)于產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高，對(duì)于剪板機(jī)的剪板質(zhì)量提出了新的要求。</p><p>　　剪板機(jī)在對(duì)

4、厚度為6mm,寬度為4000mm的板材進(jìn)行剪切的過(guò)程中，剪板機(jī)刀架與機(jī)架的剛性對(duì)金屬板材的剪切質(zhì)量有著重要的影響。利用有限元分析軟件ANSYS WORKBENCH對(duì)剪板機(jī)的上刀架、下刀座在實(shí)際剪板載荷作用下進(jìn)行動(dòng)態(tài)位移測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行機(jī)床喉口處的應(yīng)力動(dòng)態(tài)測(cè)試，從而分析VR6×4000閘式剪板機(jī)的變形大小，了解機(jī)床的加工精度。在此基礎(chǔ)上，建立剪板機(jī)的刀架和機(jī)架的有限元模型，計(jì)算典型工況下的位移與應(yīng)力，并與測(cè)試結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)有限

5、元分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果具有較好的一致性，從而驗(yàn)證了閘式剪板機(jī)刀架與機(jī)架有限元模型的正確性。以提高機(jī)床的加工精度為目標(biāo)對(duì)閘式剪板機(jī)進(jìn)行參數(shù)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終獲得最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。</p><p>　　關(guān)鍵字：閘式剪板機(jī)，剛性，應(yīng)力分布，有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with o

6、ur country industrialization, shearing machine is widely used. With the need for the products is becoming higher and higher, the market puts forward new requirement for shearing quality.</p><p>　　Shearing ma

7、chine can carry out to shear plate, whose thickness is 6mm and width is 4000mm.During the shearing process ,Shearing machine turret rigidity and frame rigidity have an important impact on shear quality of the sheet metal

8、. By using finite element analysis software ANSYS WORKBENCH, the tool carrier and the cutter holder of Shearing machine can be tes

9、ted in the dynamic displacement under actual shear loading, the throat of  machine is also in the dynamic stress test .Thus, it ca

10、n analyze</p><p>　　basis, the shearing machine’s tool slide and frame finite’s element model and calculating the displacement a

11、nd stress under typical working conditions can be established. Compared</p><p>　　with test results, it is found to be consistent between&

12、#160;the finite element analysis results and the experimental testing result,which verified the correctness of the finite element model

13、 for the brake type shearing machine’s tool slide and frame. With the goal of improving </p><p>　　the machining accuracy&#

14、160;of machine tool, parametric design improvements are studied in</p><p>　　order to get the best structure design form.</p><p>　　Key words: Bra

15、ke type shearing machine, Rigidity, Stress distribution, Finite element analysis</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p>

16、<p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.2剪板機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)概述1</p><p>　　1.2.1剪板機(jī)的應(yīng)用和分類(lèi)1</p><p>　　1.2.2閘式剪板機(jī)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.

17、3剪板機(jī)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.3閘式剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)組成3</p><p>　　1.4閘式剪板機(jī)刀口間隙調(diào)節(jié)裝置5</p><p>　　1.5壓緊裝置的選擇5</p><p>　　第二章 閘式剪板機(jī)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試7</p><p><b>　　2.1測(cè)試內(nèi)容7</b>&l

18、t;/p><p>　　2.2測(cè)試儀器設(shè)備7</p><p>　　2.3應(yīng)力測(cè)試測(cè)點(diǎn)分布及測(cè)試結(jié)果7</p><p>　　2.3.1測(cè)點(diǎn)位置示意圖8</p><p>　　2.3.2測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果9</p><p>　　2.4位移測(cè)試測(cè)點(diǎn)分布及測(cè)點(diǎn)位移10</p><p>　　2.4.1垂直

19、板測(cè)點(diǎn)分布及測(cè)點(diǎn)位移10</p><p>　　2.4.2工作臺(tái)水平板測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移11</p><p>　　2.4.3上刀架測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移11</p><p>　　2.4.4下刀架位移測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移12</p><p>　　2.4.5前面板位移測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移12</p><p>　　2.4.6

20、下支座（前）測(cè)試位置及測(cè)試結(jié)果13</p><p>　　2.5測(cè)試結(jié)果分析與總結(jié)14</p><p>　　第三章 閘式剪板機(jī)有限元分析15</p><p>　　3.1有限元基本概念與ANSYS Workbench軟件介紹15</p><p>　　3.1.1有限元基本概念15</p><p>　　3.1.2wo

21、rkbench軟件介紹16</p><p>　　3.2有限元分析18</p><p>　　3.3應(yīng)力云圖分析22</p><p>　　3.4位移云圖分析24</p><p><b>　　3.5結(jié)論28</b></p><p>　　第四章 剪板機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)29</p>&

22、lt;p>　　4.1優(yōu)化方案29</p><p>　　4.2優(yōu)化結(jié)果比較30</p><p><b>　　4.3結(jié)論32</b></p><p>　　第五章 總結(jié)與展望33</p><p><b>　　5.1總結(jié)33</b></p><p><b>

23、　　5.2展望33</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的和意義</p><p>

24、;　　為了跟上發(fā)展迅速的機(jī)械工業(yè)，肯定少不了加工工具，而剪板機(jī)就是其中一種。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的大潮流就是所有的機(jī)械裝置都朝著節(jié)能化、智能化、高精度、低成本的方向發(fā)展。因此課題設(shè)計(jì)的目的就是在之前設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加上個(gè)人的想法和可行性理論，將剪板機(jī)做得更加完善，提高了機(jī)架與刀架剛性，提高了加工質(zhì)量和機(jī)床的加工精度。</p><p>　　課題設(shè)計(jì)的意義是完成教學(xué)計(jì)劃達(dá)到本科生培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)畢業(yè)論

25、文，綜合性的運(yùn)用了大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析、解決一個(gè)問(wèn)題，它既是一次檢閱，也是一次鍛煉。通過(guò)這次檢驗(yàn)，可以提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、科研能力（包括實(shí)際動(dòng)手能力、查閱文獻(xiàn)能力、撰寫(xiě)論文能力），同時(shí)還是一次十分難得的提高創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)。我利用所學(xué)機(jī)械各方面的知識(shí)，選擇這個(gè)課題為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中主要以課本以及各種參考資料作為依據(jù)，從基礎(chǔ)入手，循序漸進(jìn)，逐步掌握設(shè)計(jì)的一般方法，把所學(xué)知識(shí)形成一個(gè)整體，以適應(yīng)以后的工作需要。當(dāng)然，初次設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)

26、不足，一些問(wèn)題考慮可能有些欠缺，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。</p><p>　　1.2剪板機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)概述</p><p>　　1.2.1剪板機(jī)的應(yīng)用和分類(lèi)</p><p>　　剪板機(jī)用于型材、板材的直線、曲線剪切和沖型、壓型、剪斷和精密切斷等工作。并且廣泛地應(yīng)用于儀器儀表、冶金工業(yè)、農(nóng)機(jī)、無(wú)線電、金屬結(jié)構(gòu)、橋梁、起重、建筑機(jī)械、電機(jī)電器、國(guó)防工業(yè)、航空和交通運(yùn)輸工業(yè)等

27、部門(mén)。</p><p>　　剪板機(jī)按照傳動(dòng)方式的不同可分為機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)，其中剪切厚度大于10mm的多為液壓傳動(dòng)式剪板機(jī)，增大油缸推力便可使剪切力增大。而機(jī)械傳動(dòng)提供的剪切力有限，不適合剪切厚度大于10mm的鋼板。</p><p>　　剪板機(jī)的剪切方式按照上下刀片位置的不同可分為平刃剪切，斜刃剪切和圓盤(pán)剪切。平刃剪切時(shí)，剪板機(jī)上下刀片是彼此平行的，而斜刃剪切時(shí)剪板機(jī)的上下兩刀

28、片成一個(gè)角度，一般上刀片是傾斜的，其傾斜角一般為1-6º。平刃剪切剪切質(zhì)量較好，剪切的板料比較平直，無(wú)扭曲變形，但由于板料和上下刃口全長(zhǎng)同時(shí)接觸，造成剪切力大，振動(dòng)大，消耗功率也大。平刃剪切在機(jī)械傳動(dòng)中使用較多，也常用于軋鋼廠熱剪切初軋方坯和板坯，其剪切方式又可分為上切式和下切式；斜刃剪切所需的剪切力較小，能量消耗減少，電機(jī)功率和整機(jī)重量大大減小，實(shí)際應(yīng)用也是最多的。但是質(zhì)量不如平刃剪切，剪切位置時(shí)會(huì)發(fā)生輕微的扭曲變形。圓盤(pán)剪

29、切時(shí)剪板機(jī)的上下剪刃都是圓盤(pán)狀的，圓盤(pán)刀做圓周運(yùn)動(dòng)，形成了一對(duì)無(wú)端點(diǎn)的剪刃，圓盤(pán)剪通常在板料或帶材的剪切線上使用。</p><p>　　按照運(yùn)動(dòng)方式的不同可分為直線式運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)式運(yùn)動(dòng)，而所研究課題中的閘式剪板機(jī)就是采用的直線式運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　1.2.2閘式剪板機(jī)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　現(xiàn)在針對(duì)剪板機(jī)進(jìn)行有限元分析的成果較多：</p>

30、<p>　　顧祥軍基于ANSYS有限元軟件對(duì)剪板機(jī)的機(jī)架進(jìn)行了線性靜態(tài)分析和模態(tài)分析，分析出機(jī)架的剛度和強(qiáng)度值。從強(qiáng)度方面考慮，機(jī)架最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，其強(qiáng)度滿足使用要求；從剛度方面考慮，機(jī)架的整體變形很小，整體來(lái)說(shuō)機(jī)架的剛度也是滿足使用要求的，其位移變形數(shù)據(jù)以及應(yīng)力分布范圍和變化情況, 為以后的優(yōu)化分析提供了詳實(shí)的依據(jù)。</p><p>　　王金榮等對(duì)VR6×4000 型閘式剪板機(jī)刀

31、架進(jìn)行了分析，建立了刀架剛性分析的力學(xué)模型，采用有限元方法對(duì)該機(jī)刀架的剛性進(jìn)行了分析，得出了在剪切力與剪切水平推力共同作用下，不同剪切位置時(shí)刀架的變形規(guī)律。分析結(jié)果表明，當(dāng)剪切力與水平推力作用在刀架的中間位置時(shí)，刀架水平方向上的退讓最大，達(dá)不到剪板機(jī)刀架剛性的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　李塹等在對(duì)閘式剪板機(jī)刀架剛性以及變形規(guī)律研究分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了5 種刀架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案，采用有限元方法對(duì)改進(jìn)結(jié)

32、構(gòu)的剛性進(jìn)行了分析比較，確定了最終的刀架改進(jìn)方案。其優(yōu)化基本思路為被加工板材的剪切質(zhì)量主要受剪切處刀片水平方向上的退讓的影響，因而在對(duì)刀架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)主要考慮加大刀架水平方向的慣性矩。剪切力與水平推力作用在刀片上，刀片安裝處的局部剛性對(duì)剪切處刀片水平方向上的退讓的影響也較大，可在增加刀架整體剛性的基礎(chǔ)上加大刀片安裝處刀架的局部剛性。</p><p>　　1.2.3剪板機(jī)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)</p>&

33、lt;p>　　剪板機(jī)隨著著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及剪板機(jī)制造技術(shù)的提高，以及社會(huì)對(duì)剪板機(jī)產(chǎn)品多剪板機(jī)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展發(fā)展及剪板機(jī)制造技術(shù)的迅速提高，以及社會(huì)對(duì)剪板機(jī)產(chǎn)品的需求不斷擴(kuò)大，剪板機(jī)的更新?lián)Q代非常迅速，剪板機(jī)產(chǎn)品的多樣化使得剪板機(jī)生產(chǎn)規(guī)模已由過(guò)去的大批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾?、小批量輪番生產(chǎn)占主導(dǎo)的局面，這種局面極大的促進(jìn)了剪板機(jī)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的發(fā)展有兩個(gè)發(fā)展的方向，一個(gè)是

34、發(fā)展高技術(shù)高功能的數(shù)控剪板機(jī)產(chǎn)品，另一個(gè)是發(fā)展簡(jiǎn)易廉價(jià)的數(shù)控剪板機(jī)機(jī)床及兼有手動(dòng)與功能的手動(dòng)型數(shù)控剪板機(jī)機(jī)床，以滿足多層次的要求。</p><p>　　在現(xiàn)行通用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控剪板機(jī)車(chē)床中，其縱、橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)，共需要兩套伺服系統(tǒng)。而在普通剪板機(jī)車(chē)床中，其縱、橫向剪板機(jī)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則是由相互自鎖的機(jī)械傳動(dòng)加以實(shí)現(xiàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)功能。唯有仿形剪板機(jī)車(chē)床例外，它具有兩坐剪板機(jī)標(biāo)聯(lián)動(dòng)功能，可以車(chē)

35、削圓柱面、圓錐面和圓弧面等。其斜向仿形運(yùn)動(dòng)在尺度樣件，硬靠模的控制下通過(guò)液壓伺服控制系統(tǒng)，作出與縱向主進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)的仿形進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)了兩坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)功能。</p><p>　　1.3閘式剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　閘式剪板機(jī)機(jī)架的主要由工作臺(tái)、板墻、支座和支撐梁組成，如圖1-1所示。刀架的主要組成部分有主立板，三角加強(qiáng)筋，油缸安裝支座，右側(cè)板，水平板和斜板加強(qiáng)筋。如圖1-2所示

36、。</p><p>　　圖1-1 閘式剪板機(jī)機(jī)架 圖1-2 閘式剪板機(jī)刀架</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外閘式剪板機(jī)大多采用如圖1-3所示的三點(diǎn)滾輪結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖1-3 三點(diǎn)滾輪支撐刀架結(jié)構(gòu)</p><p>　　三點(diǎn)滾輪剪板機(jī)的刀架是在兩端都由三個(gè)支承滾輪組成的導(dǎo)軌間上下運(yùn)動(dòng)，后側(cè)兩個(gè)支點(diǎn)

37、為固定支點(diǎn)，前側(cè)支點(diǎn)為浮動(dòng)支點(diǎn)，為了保證刀架在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)刀口間隙穩(wěn)定不變，采用預(yù)壓碟簧，使刀架克服重心力矩，保證其后導(dǎo)軌面始終貼在后側(cè)兩個(gè)支點(diǎn)滾輪上，在三點(diǎn)滾輪導(dǎo)軌間作無(wú)間隙往復(fù)運(yùn)動(dòng)[4]。</p><p>　　1.4閘式剪板機(jī)刀口間隙調(diào)節(jié)裝置</p><p>　　評(píng)定一臺(tái)剪板機(jī)質(zhì)量的好壞，最關(guān)鍵的就是該剪板機(jī)的刀口間隙是否穩(wěn)定，在剪板機(jī)剪板過(guò)程中，刀口間隙過(guò)大，剪切厚板料時(shí)的板料斷面會(huì)與

38、板面不垂直，剪切薄板料就會(huì)產(chǎn)生毛邊或出現(xiàn)剪不下來(lái)的折彎現(xiàn)象，同時(shí)還有可能影響剪板機(jī)的受力和刀片的壽命。因此通常的剪板機(jī)都有刀口間隙調(diào)節(jié)裝置，以適應(yīng)剪切不同厚度的板料[5]。</p><p>　　三點(diǎn)滾輪剪板機(jī)通常是利用上滾輪的偏心來(lái)調(diào)節(jié)刀口間隙的驅(qū)動(dòng)后側(cè)上滾輪的偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)刀架沿后側(cè)下滾輪為支點(diǎn)作轉(zhuǎn)動(dòng)，前支點(diǎn)的位置就會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，由于前支點(diǎn)是碟簧支撐的浮動(dòng)支點(diǎn)，可以滿足前支點(diǎn)位置變化的需要。</p&g

39、t;<p>　　在現(xiàn)在的生產(chǎn)企業(yè)中，使用較為廣泛的刀口間隙調(diào)節(jié)裝置如圖1-4所示 ，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪帶動(dòng)調(diào)節(jié)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿上的螺母帶動(dòng)擺臂和上滾輪擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀口間隙的調(diào)節(jié)手輪上配有調(diào)節(jié)表，能夠準(zhǔn)確的顯示刀口間隙值。這種利用手輪調(diào)節(jié)表調(diào)節(jié)刀口間隙的裝置，可以直觀的顯示刀口間隙值，方便用戶調(diào)節(jié)剪板機(jī)的刀口間隙[6]。</p><p>　　圖1-4 刀口間隙調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)</p><p>　

40、　1.5壓緊裝置的選擇</p><p>　　由于剪板機(jī)在剪切過(guò)程中, 不僅要求被剪鋼板在剪切過(guò)程中不移動(dòng), 而且還要使被剪鋼板不要因?yàn)樾比挟a(chǎn)生的側(cè)向力而發(fā)生側(cè)向位移。但是如果壓緊裝置選擇不當(dāng), 將會(huì)影響正常的生產(chǎn)。為此, 在設(shè)計(jì)剪壓緊裝置有很多種如: 彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式。我所要研究的剪板機(jī)對(duì)壓緊裝置的要求為: 比剪刃下降得快些, 而上升得晚些, 保證剪切過(guò)程始終有足夠的壓緊力。一般比剪刃走得快。據(jù)此, 壓緊形

41、式采用彈簧壓緊, 這種方式安裝生產(chǎn)都比較方便。其結(jié)構(gòu)為壓板( 或壓輥) 通過(guò)彈簧簡(jiǎn)單地固定在機(jī)架的上蓋上, 這種結(jié)構(gòu)比其他壓緊結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊,如圖1-5所示。 </p><p>　　圖1-5 壓緊裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　壓緊裝置各部分的作用:</p><p>　　(1) 導(dǎo)向桿: 保證下?lián)醢?與下刀架2平行且在剪切壓緊時(shí)保

42、持垂直沒(méi)有平行位移;</p><p>　　(2) 下刀架: 與液壓缸執(zhí)行裝置連接, 由液壓缸執(zhí)行裝置帶動(dòng)來(lái)帶動(dòng)彈簧升降;</p><p>　　(3) 彈簧芯銷(xiāo): 固定壓縮彈簧4;</p><p>　　(4) 壓縮彈簧: 頂起并壓緊下?lián)醢?;</p><p>　　(5) 下?lián)醢? 剪切時(shí)壓緊被剪切物;</p><p>　

43、　(6) 螺釘: 將彈簧新銷(xiāo)及導(dǎo)向桿固定到下?lián)醢迳稀?lt;/p><p>　　壓緊裝置工作過(guò)程: 壓緊裝置是剪切過(guò)程中穩(wěn)固被剪切鋼板的重要裝置, 它是依靠液壓缸的伸縮, 聯(lián)動(dòng)下刀架來(lái)完成的。剪切時(shí), 液壓缸將下刀架向上頂起, 同時(shí)帶動(dòng)彈簧4向上移動(dòng), 將下?lián)醢?托起, 在下?lián)醢屙斪”患羟形飼r(shí), 下?lián)醢宀辉傧蛏弦苿?dòng), 而其他裝置繼續(xù)上升, 將被剪鋼板壓緊, 同時(shí)完成剪切過(guò)程, 在下剪刀片完成剪切任務(wù)之后, 整個(gè)壓緊裝置

44、隨下剪刀片恢復(fù)到原位, 這樣, 一個(gè)剪切過(guò)程就完成了, 同時(shí)壓緊裝置也完成了它的一個(gè)工作過(guò)程。</p><p>　　第二章 閘式剪板機(jī)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試</p><p>　　為了了解VR6×4000型剪板機(jī)在典型工況下機(jī)床的應(yīng)力與變形情況，同時(shí)也為了驗(yàn)證我們有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，具體實(shí)驗(yàn)測(cè)試情況如下：</p><p><b>　

45、　2.1測(cè)試內(nèi)容</b></p><p>　　1）在典型工況下，對(duì)工作臺(tái)水平板、工作臺(tái)主立板各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力及位移進(jìn)行測(cè)試；</p><p>　　2）在典型工況下，對(duì)上刀架各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力及位移進(jìn)行測(cè)試；</p><p>　　3）在典型工況下，對(duì)前面板進(jìn)行位移測(cè)試；</p><p>　　4）在典型工況下，對(duì)下刀架刀片與支座各測(cè)點(diǎn)的位移

46、進(jìn)行測(cè)試；</p><p><b>　　2.2測(cè)試儀器設(shè)備</b></p><p>　　1）BX120系列電阻應(yīng)變片，單向15片，雙向12片；</p><p>　　2）電測(cè)位移百分表（位移傳感器）7個(gè)，量程為0~10mm，磁性表座7個(gè)；</p><p><b>　　3）電橋盒7個(gè)；</b></

47、p><p>　　4）KD6005應(yīng)變放大器；</p><p>　　5）AZ308數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；</p><p>　　6）CRAS V7.0振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)；</p><p>　　7）筆記本電腦1臺(tái)。</p><p>　　2.3應(yīng)力測(cè)試測(cè)點(diǎn)分布及測(cè)試結(jié)果</p><p>　　為了方便處理數(shù)據(jù)

48、，定義機(jī)床的坐標(biāo)系如圖所示，適用于整個(gè)報(bào)告。所有測(cè)點(diǎn)位移的正負(fù)號(hào)與該坐標(biāo)系一致，應(yīng)力的正、負(fù)分別表示拉或壓應(yīng)力。</p><p>　　圖2-1 數(shù)據(jù)坐標(biāo)系示意圖</p><p>　　2.3.1測(cè)點(diǎn)位置示意圖</p><p>　　為了減少測(cè)試的工作量，我們選取了理論上應(yīng)力比較大的地方和機(jī)構(gòu)位置特殊的地方進(jìn)行貼片測(cè)試，具體測(cè)點(diǎn)位置分布如下圖：</p>&l

49、t;p>　　圖2-2 機(jī)身（前）測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　圖2-3 機(jī)身（后）測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　圖2-4 滑塊（上）測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　圖2-5 滑塊（后）測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　2.3.2測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果</p><p>　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試可以得知，機(jī)床機(jī)身整體均為超過(guò)許用

50、應(yīng)力（機(jī)床材料Q235鋼，屈服強(qiáng)度235MPa，取安全系數(shù)1.3，其許用應(yīng)力約為181MPa），故本文只選取部分測(cè)點(diǎn)應(yīng)力結(jié)果，具體結(jié)果如下：</p><p>　　表2-1 喉口應(yīng)力（單向）</p><p>　　表2-2 工作臺(tái)水平板應(yīng)力（單向）</p><p>　　表2-3工作臺(tái)垂直板應(yīng)力（雙向）</p><p>　　2.4位移測(cè)試測(cè)點(diǎn)分布及

51、測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　該測(cè)試中我們選取了垂直板、工作臺(tái)水平板、工作臺(tái)垂直板，上刀架、下刀架、前面板和下支座等部分進(jìn)行測(cè)試，共選取了44個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)試的結(jié)果如下：</p><p>　　2.4.1垂直板測(cè)點(diǎn)分布及測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　垂直板共選取了7個(gè)測(cè)點(diǎn)，其相鄰間距取400mm。圖2-6具體分布情況及在典型工況下的測(cè)試結(jié)果如下：</p&g

52、t;<p>　　圖2-6 垂直板測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　表2-4 垂直板各測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　2.4.2工作臺(tái)水平板測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　工作臺(tái)水平板共選取了7個(gè)測(cè)點(diǎn)，其相鄰間隔取400mm。具體分布情況及在典型工況下的測(cè)試結(jié)果如下：</p><p>　　圖2-7 水平板測(cè)點(diǎn)分布圖</p

53、><p>　　表2-5 工作臺(tái)水平板各測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　2.4.3上刀架測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　上刀架共選取了19個(gè)測(cè)點(diǎn)，其分布情況與圖2.8中螺栓同步。具體分布情況及在典型工況下的測(cè)試結(jié)果如下：</p><p>　　圖2-8 上刀架測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　表2-6 上刀架各測(cè)點(diǎn)位移&l

54、t;/p><p>　　2.4.4下刀架位移測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　下刀架共選取了7個(gè)測(cè)點(diǎn)，其相鄰間隔取200mm。具體分布情況及在典型工況下的測(cè)試結(jié)果如下：</p><p>　　圖2-9 下刀架測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　表2-7 下刀架位移</p><p>　　2.4.5前面板位移測(cè)點(diǎn)位置及測(cè)點(diǎn)位移&

55、lt;/p><p>　　前面板共選取了7個(gè)測(cè)點(diǎn)，其相鄰間隔取400mm。具體分布情況及在典型工況下的測(cè)試結(jié)果如下：</p><p>　　圖2-10 前面板個(gè)測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　表2-8 前面板各測(cè)點(diǎn)位移</p><p>　　2.4.6下支座（前）測(cè)試位置及測(cè)試結(jié)果</p><p>　　下支座共選取了7個(gè)測(cè)點(diǎn)，其

56、相鄰間隔取400mm。具體分布情況及在典型工況下的測(cè)試結(jié)果如下：</p><p>　　圖2-11 下刀座測(cè)點(diǎn)分布圖</p><p>　　表2-9 下支座各測(cè)點(diǎn)Y方向位移 表2-10 下支座各測(cè)點(diǎn)Z方向位移</p><p>　　2.5測(cè)試結(jié)果分析與總結(jié)</p><p>　?。?）機(jī)床整體應(yīng)力在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)，其中喉口應(yīng)力

57、最大值為32.6MPa，小于需用應(yīng)力181MPa。</p><p>　?。?）工作臺(tái)垂直板Y、Z方向最大位移分別為-0.22784mm、-0.45873mm，發(fā)生在4號(hào)測(cè)點(diǎn)；工作臺(tái)水平板Y方向最大位移分別為-0.15961mm發(fā)生在5號(hào)測(cè)點(diǎn)，上表面Z方向的最大位移為-0.40241mm，發(fā)生在4號(hào)測(cè)點(diǎn)，下表面Z方向的最大為-0.46381mm，發(fā)生在5號(hào)測(cè)點(diǎn)；上刀架Y向最大位移為0.48215mm，發(fā)生在10號(hào)測(cè)

58、點(diǎn)；下刀架Y向最大位移為-0.11196mm，發(fā)生在7號(hào)測(cè)點(diǎn)；下支座由表Y向最大位移為-0.24955mm，發(fā)生在4號(hào)測(cè)點(diǎn)。</p><p>　?。?）由測(cè)試結(jié)果可知，在剪切板料時(shí)，各部分最大位移均發(fā)生在中間部位。</p><p>　　第三章 閘式剪板機(jī)有限元分析</p><p>　　機(jī)架作為剪板機(jī)的主要受力部件，其結(jié)構(gòu)必須有足夠的靜強(qiáng)度和剛度來(lái)達(dá)到其疲勞壽命、裝配

59、和使用的要求，同時(shí)還應(yīng)有合理的動(dòng)態(tài)特性來(lái)達(dá)到控制振動(dòng)與噪聲的目的。在機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果只考慮結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度和剛度，很可能會(huì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中造成機(jī)架局部結(jié)構(gòu)的不合理，而導(dǎo)致整個(gè)剪板機(jī)在剪切中發(fā)生共振，產(chǎn)生噪聲[7];剪板機(jī)刀架的剛性對(duì)金屬板材的剪切質(zhì)量也有著重要的影響，刀架剛性過(guò)小，將導(dǎo)致加工板材的直線度降低、毛刺變大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起刀片的崩刃與機(jī)床剪切能力的下降，因此，刀架結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，對(duì)提高刀架強(qiáng)度和剛度，提升剪板機(jī)剪切質(zhì)量和加工能力，減

60、輕刀架的重量，提高機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性，都具有直接的影響。由于剪板機(jī)刀架和機(jī)架的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用經(jīng)典的材料力學(xué)方法很難對(duì)其進(jìn)行求解，有限元技術(shù)的發(fā)展為刀架和機(jī)架剛性分析提供了一個(gè)有效的途徑。</p><p>　　3.1有限元基本概念與ANSYS Workbench軟件介紹</p><p>　　3.1.1有限元基本概念</p><p>　　把一個(gè)原來(lái)是連續(xù)的物體劃分為有限個(gè)

61、單元，把這些單元通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，承受與實(shí)際載荷等效的節(jié)點(diǎn)載荷，并根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合成能夠整體進(jìn)行綜合求解。有限元法的基本思想就是離散化。</p><p>　　有限元求解問(wèn)題的基本步驟通常為：</p><p>　　第一步、問(wèn)題及求解域定義：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。</p><p>　　第二步

62、、求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱(chēng)為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越小（網(wǎng)格越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。</p><p>　　第三步、確定狀態(tài)變量及控制方法：一個(gè)具體的物理問(wèn)題通?？梢杂靡唤M包含問(wèn)題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價(jià)

63、的泛函形式。</p><p>　　第四步、單元推導(dǎo)：對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱(chēng)剛度陣或柔度陣）。</p><p>　　為保證問(wèn)題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。 對(duì)工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為

64、好，畸形時(shí)不僅精度低，而且有缺秩的危險(xiǎn)，將導(dǎo)致無(wú)法求解。</p><p>　　第五步、總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組），反映對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。</p><p>　　第六步、聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋?zhuān)河邢拊ㄗ罱K導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、迭

65、代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過(guò)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來(lái)評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)算。</p><p>　　簡(jiǎn)言之，有限元分析可分成三個(gè)階段，前置處理、計(jì)算求解和后置處理。前置處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后置處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡(jiǎn)便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　3.1.2workbench軟件介紹&l

66、t;/p><p>　　Ansys是求解實(shí)際問(wèn)題的新一代的平臺(tái)產(chǎn)品 ，Ansys workbench結(jié)合了Ansys核心產(chǎn)品求解器的功能，采用項(xiàng)目管理工具進(jìn)行工程項(xiàng)目流程管理，以圖表流程的方式構(gòu)造分析系統(tǒng)，并激活相關(guān)的應(yīng)用程序，每個(gè)應(yīng)用程序的界面是獨(dú)立的，但應(yīng)用數(shù)據(jù)與workbench數(shù)據(jù)可相互關(guān)聯(lián)。Workbench不僅把Ansys系列產(chǎn)品融合在仿真平臺(tái)，使得數(shù)據(jù)無(wú)縫實(shí)現(xiàn)傳遞以及共享，還為仿真模擬和設(shè)計(jì)提供了全新的平

67、臺(tái)，提高了仿真效率，保證了仿真模擬的通用性和精確性。</p><p>　　3.1.2.1workbench發(fā)展背景和設(shè)計(jì)思想</p><p>　　由于近十幾年來(lái)，各種CAE軟件已經(jīng)活躍在各行各業(yè)中，比如有ANSYS、LS-DANA等，但目前各種CAE軟件對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)門(mén)檻較高，一是可用軟件繁多卻通用性差，二是對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求高，界面和操作過(guò)程不友好。而且數(shù)字仿真技術(shù)對(duì)于節(jié)省工程設(shè)計(jì)的成本、合

68、理安排工期、減小工作強(qiáng)度等都有著巨大的作用。因此ANSYS公司開(kāi)發(fā)了“現(xiàn)代CAE應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)workbench”。</p><p>　　CAE軟件的發(fā)展趨勢(shì)是內(nèi)核構(gòu)成一個(gè)封閉的系統(tǒng)，處理各種計(jì)算；外殼是各種前后處理軟件，是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，用戶可以用這些軟件的API函數(shù)定制自己的前后處理軟件。總的來(lái)說(shuō)，workbench提供了CAD模型庫(kù)和FEA求解器的連接和管理。</p><p>　　

69、3.1.2.2workbench的特點(diǎn)</p><p>　　直接采用了許多有限元軟件的高級(jí)功能，基本做到了基于知識(shí)的自動(dòng)化，為了保證精度：</p><p>　　自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，自動(dòng)細(xì)分精度要求高的區(qū)域；</p><p>　　智能化網(wǎng)格劃分，生成形狀特性較好的單元，保證網(wǎng)格的高質(zhì)量；</p><p>　　自動(dòng)收斂技術(shù)，是自動(dòng)迭代過(guò)程，通過(guò)自適應(yīng)

70、網(wǎng)格劃分以使指定的結(jié)果達(dá)到要求的精度；</p><p>　　自動(dòng)求解器選擇：AWE根據(jù)所求解問(wèn)題的類(lèi)型自動(dòng)選擇適合的求解器求解；</p><p>　　智能化的載荷和邊界條件自動(dòng)處理；</p><p>　　強(qiáng)大的模型/圖形處理功能：與CAD真正的雙向相關(guān)性，參數(shù)互動(dòng)圖形的動(dòng)態(tài)控制非常簡(jiǎn)便。</p><p>　　3.1.2.3workbench分

71、析流程操作</p><p>　　設(shè)計(jì)分析流程---導(dǎo)入模型--建立局部坐標(biāo)系--定義材料屬性--網(wǎng)格劃分--施加載荷和約束--求解--后處理。</p><p>　　3.1.2.4workbench的模塊組成</p><p>　　ANSYS Workbench軟件主要由四個(gè)模塊組成：</p><p>　　Design Modeler用來(lái)建立CA

72、D幾何模型，為分析做準(zhǔn)備；</p><p>　　Design Simulation是ANSYS的分析模塊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格劃分、求解以及后處理；</p><p>　　Design Explorer用于研究變量的輸入（幾何、載荷等）對(duì)響應(yīng)（應(yīng)力、頻率等）的影響，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化；</p><p>　　FE Modeler用來(lái)把其他有限元網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)化為ANSYS識(shí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)文件。&l

73、t;/p><p><b>　　3.2有限元分析</b></p><p>　　導(dǎo)入模型：將在Solid works三維建模軟件中創(chuàng)建的閘式剪板機(jī)裝配體另存為.x_t類(lèi)型的文件，打開(kāi)workbench，進(jìn)入design Modeler,具體導(dǎo)入步驟為File--Import External Geometry File-zhuangpeiti.x_t--打開(kāi)--Generat

74、e。</p><p><b>　　圖3-1導(dǎo)入模型</b></p><p><b>　　2、模型簡(jiǎn)化：</b></p><p>　　剪板機(jī)刀架與機(jī)架均為焊接件，在保證盡量與真實(shí)結(jié)果相近的情況下，對(duì)模型做如下簡(jiǎn)化：</p><p>　　(1) 對(duì)于刀架與刀片的螺栓連接，導(dǎo)軌板與側(cè)板之間的螺栓連接予于簡(jiǎn)

75、化，對(duì)不重要的零件幾何要素進(jìn)行簡(jiǎn)化，如非受力面的安裝螺孔等，在計(jì)算中作用小的幾何元素均可以簡(jiǎn)化掉,一是可以提高模型的網(wǎng)格質(zhì)量,二是加快計(jì)算的速度。</p><p>　　(2) 保留機(jī)架與刀架的圓孔，盡量使其更接近真實(shí)情況的剛度。</p><p>　　簡(jiǎn)化后的幾何模型如圖3-2、3-3所示：</p><p>　　圖3-2剪板機(jī)三維模型（前視圖）</p>

76、<p>　　圖3-3剪板機(jī)三維模型（后視圖）</p><p>　　定義接觸屬性：打開(kāi)Analysis Systems，點(diǎn)擊Static Structural，將剛才導(dǎo)入的幾何體信息共享，如圖，右擊Model--Edit,點(diǎn)擊Connections--contacts可以看到有各種接觸，修改以下接觸：</p><p>　　(1)機(jī)架、刀架各零件焊接部分均采用綁定約束進(jìn)行處理，<

77、;/p><p>　　(2)刀架與上刀片的螺栓連接、機(jī)架與下刀片的螺栓連接、導(dǎo)軌板與床身側(cè)板的螺栓連接在模型簡(jiǎn)化之后都用綁定約束進(jìn)行處理。</p><p>　　(3)連接機(jī)架與上刀架的滑塊采用摩擦接觸進(jìn)行處理。</p><p>　　(4)上刀架與油缸活塞桿連接可旋轉(zhuǎn)部分采用摩擦接觸處理</p><p><b>　　4、網(wǎng)格劃分</b

78、></p><p>　　模型采用四面體與掃掠型劃分，共得到272532個(gè)節(jié)點(diǎn)，123326個(gè)單元。對(duì)測(cè)試部分進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，以便得到較好的結(jié)果。網(wǎng)格劃分后的模型如圖3-4、3-5。</p><p>　　圖3-4 網(wǎng)格劃分（正面）</p><p>　　圖3-5 網(wǎng)格劃分（背面）</p><p><b>　　5、施加約束和載荷&l

79、t;/b></p><p>　　機(jī)床整體通過(guò)地角螺栓與地面連接，對(duì)機(jī)床底部的四個(gè)地角螺栓作全約束，如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 對(duì)地腳螺栓進(jìn)行全約束</p><p><b>　　需要施加的載荷為：</b></p><p>　　（1）閘式剪板機(jī)采用的是液壓斜剪，對(duì)于刀架作直線運(yùn)動(dòng)的斜刃剪板機(jī)剪切力[

80、的計(jì)算，采用前蘇聯(lián)學(xué)者的諾莎里公式[10]：</p><p>　　式中： --被剪板料強(qiáng)度極限；</p><p>　　--被剪板料伸長(zhǎng)率；</p><p><b>　　--剪切角；</b></p><p>　　--被剪板料厚度，mm；</p><p>　　--壓料腳軸線到下刀刃的距離；</p

81、><p>　　分別為刀片磨鈍系數(shù)、壓料系數(shù)、刀片間隙相對(duì)值、彎曲系數(shù)。</p><p>　　分別取，，，，，，，，。</p><p>　　按照公式計(jì)算得P=171KN</p><p>　?。?）剪切水平推力可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式F=0.3×P獲得[7]，計(jì)算得F=50.3kN。</p><p>　　計(jì)算可得剪切水平載荷為

82、99.5MP</p><p>　?。?）上下油缸的壓料力載荷大小，由計(jì)算可得分別為10.19MP和2.17MP</p><p>　?。?）剪切時(shí)對(duì)于刀架的作用載荷計(jì)算可得124.3MP</p><p><b>　　載荷施加</b></p><p>　　由測(cè)試可知，最大位移發(fā)生在中間部位，所以在有限元分析時(shí)，我們將載荷直接

83、加載機(jī)床中間部位，具體加載過(guò)程如下：</p><p>　　（1）選擇Loads，添加Pressure，選擇上刀架18個(gè)油缸區(qū)域，輸入10.19（單位：MPa，上壓料力），同理在下刀架上添加Pressure2，其大小為2.17（單位：MPa，下壓料力）。</p><p>　?。?）選擇Loads，添加Pressure3，選擇上刀架上長(zhǎng)方形區(qū)域，輸入124.3（單位：MPa，剪切力）。<

84、/p><p>　?。?）選擇Loads，添加Pressure4，選擇上刀架三角形區(qū)域，輸入99.5（單位：MPa，水平剪切力）</p><p>　?。?）同理，添加Pressure5，選擇下刀架長(zhǎng)方形區(qū)域（剪切力反作用力，大小不變），添加Pressure6，選擇下刀架三角形區(qū)域（水平剪切力反作用力，大小不變）。</p><p>　　圖3-7 載荷施加圖</p>

85、;<p>　　選擇X和Y方向的變形（Directional Deformation）以及等效應(yīng)力（Equivalent Stress）作為分析對(duì)象，點(diǎn)擊solve</p><p><b>　　3.3應(yīng)力云圖分析</b></p><p>　　由測(cè)試實(shí)驗(yàn)部分可知，機(jī)床整體應(yīng)力均在許用范圍之類(lèi)，故本論文只選取喉口與刀架垂直板的應(yīng)力值（表3-1.表3-2）與有限

86、元分析的結(jié)果進(jìn)行比較，借以分析有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。具體如下：（單位：MPa）</p><p>　　表3-1 喉口應(yīng)力（圖在之后）</p><p>　　值得注意的是，應(yīng)力云圖中，最高應(yīng)力為753.58MPa，超過(guò)了許用應(yīng)力181MPa。這是因?yàn)槟Ｐ椭写嬖诩恻c(diǎn)，使得該點(diǎn)局部應(yīng)力值特別大，在實(shí)際使用中，這種尖點(diǎn)會(huì)被磨損，該部分應(yīng)力值會(huì)回到正常值，不影響我們計(jì)算的結(jié)果。</p>

87、<p><b>　　圖3-8左喉口應(yīng)力</b></p><p><b>　　圖3-9右喉口應(yīng)力</b></p><p>　　表3-2刀架垂直板應(yīng)力</p><p>　　表3-3 刀架垂直板應(yīng)力</p><p>　　圖3-10 各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值</p><p><b

88、>　　3.4位移云圖分析</b></p><p>　　選擇X，Y兩個(gè)方向的變形圖（機(jī)床參考坐標(biāo)系選取如圖3-11所示），選擇Probe，再點(diǎn)擊目標(biāo)位置，可得出該點(diǎn)的變形量，各測(cè)點(diǎn)的計(jì)算值與測(cè)試值比較結(jié)果如下面各表所示：</p><p>　　圖3-11 參考坐標(biāo)系（X,Y,Z如圖示）</p><p>　　表3-4 工作臺(tái)垂直板X(qián)向位移（正對(duì)機(jī)床前后方

89、向）</p><p>　　圖3-12 工作臺(tái)水平板、垂直板X(qián)向位移</p><p>　　表3-5 工作臺(tái)水平板X(qián)向位移</p><p>　　表3-6 工作臺(tái)垂直板Y向位移（豎直方向）</p><p>　　表3-7 工作臺(tái)水平板上表面Y向位移</p><p>　　圖3-13 工作臺(tái)垂直板Y向、水平板上下表面Y向位移<

90、;/p><p>　　表3-8 工作臺(tái)水平板下表面Y向位移</p><p>　　表3-9上刀架位移X向位移</p><p>　　圖3-14 上刀架位移X向位移</p><p>　　表3-10 前面板Y向位移</p><p>　　圖3-15前面板Y向位移</p><p>　　表3-11 下支座（前）X向

91、位移</p><p>　　圖3-16 下支座（前）X向位移</p><p><b>　　3.5結(jié)論</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力與變形的分析比較，可得到以下結(jié)論：</p><p>　　1、刀架、機(jī)架在剪板的過(guò)程中發(fā)生的變形都屬于彈性變形，它們的最大變形位移分布表明，總體來(lái)說(shuō)分布趨勢(shì)大體相似。都呈現(xiàn)中間變形

92、大，兩頭變形小的趨勢(shì)。</p><p>　　2、刀架與機(jī)架在剪板過(guò)程中的變形位移大小直接影響被剪鋼板的的質(zhì)量。由比較結(jié)果可知，本設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與測(cè)試基本相符。上下、前后變形導(dǎo)致的相對(duì)位移過(guò)大，嚴(yán)重影響剪板質(zhì)量，需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)一減小變形，提高機(jī)床的剛度</p><p>　　3、測(cè)試分析整理得到的數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算得到的比較中，我們可以看到有限元計(jì)算得到的變形位移值與應(yīng)力值都要比測(cè)試的來(lái)的大，可

93、能的原因有：（1）在有限元分析中施加的載荷是通過(guò)諾莎里公式計(jì)算得到，但是式中被剪鋼板的厚度h，取得值為6mm，不是試樣鋼板的實(shí)際測(cè)得值；（2）諾莎里公式中抗拉強(qiáng)度與斷后伸長(zhǎng)率都是查表所取的保守值，可能導(dǎo)致計(jì)算得到的剪切力與剪切水平推力偏大；（3）測(cè)試過(guò)程中不可避免出現(xiàn)的一些系統(tǒng)誤差。</p><p><b>　　剪板機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在上述對(duì)

94、閘式剪板機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析結(jié)果的對(duì)比之后，發(fā)現(xiàn)對(duì)比結(jié)果具有較好的一致性，得到了正確的有限元模型后再用有限元方法對(duì)閘式剪板機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要是利用SolidWorks對(duì)模型進(jìn)行修改，再導(dǎo)入有限元軟件進(jìn)行建模分析，得出結(jié)果再與原本結(jié)果進(jìn)行比較分析，最終得出最優(yōu)方案。</p><p><b>　　4.1優(yōu)化方案</b></p><p>　　1、工作臺(tái)中

95、間增加輔助支撐，限制工作臺(tái)垂直板墊鐵處的Y向位移(豎直方向）。如圖4-1,4-2所示：</p><p>　　圖4-1改進(jìn)圖 圖4.2改進(jìn)后視圖</p><p>　　2、工作臺(tái)板厚度加厚10mm，由40mm增加到50mm，寬度增加100mm，由575mm</p><p>　　增加到675mm。如圖4-3

96、,4-4所示</p><p>　　圖4-3改進(jìn)圖 圖4-4改進(jìn)后視圖</p><p>　　滑塊后板寬度增加200mm，由660mm增加到860mm，加強(qiáng)梁不變。如圖4-5,4-6所示：</p><p>　　圖4-5改進(jìn)圖 圖4-6改進(jìn)

97、后視圖</p><p>　　4、滑塊后板寬度保持660mm不變，將加強(qiáng)梁改為一組加強(qiáng)肋。如圖4-7,4-8所示：</p><p>　　圖4-7改進(jìn)圖 圖4-8改進(jìn)后視圖</p><p><b>　　以上四種方案組合。</b></p><p>　　6、滑塊后板

98、寬度增加200mm，由660mm增加到860mm，將加強(qiáng)梁改為一組加強(qiáng)肋。(方案3與4組合）</p><p>　　7、工作臺(tái)中間增加輔助支撐，限制工作臺(tái)垂直板墊鐵處的Y向位移,滑塊后板寬度增加200mm，由660mm增加到860mm，加強(qiáng)梁不變。（方案1與3組合）</p><p><b>　　4.2優(yōu)化結(jié)果比較</b></p><p>　　由原

99、計(jì)算和測(cè)試結(jié)果可知，剪板機(jī)的最大變形均發(fā)生在剪切到中間位置，所以對(duì)所有的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，只計(jì)算了載荷作用在刀架中間位置時(shí)，剪板機(jī)的變形情況。</p><p>　　由于當(dāng)剪切載荷作用在刀架中間位置時(shí)，上刀架、下刀座和工作臺(tái)中間位置的變形量最大，所以只對(duì)該中間位置的變形量進(jìn)行比較，以分析各種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的效果。</p><p>　　圖4-9 參照坐標(biāo)系</p><p>　

100、　1、工作臺(tái)垂直板x向位移</p><p>　　2、工作臺(tái)水平板x向位移</p><p>　　3、工作臺(tái)垂直板y向位移（豎直方向）</p><p>　　4、工作臺(tái)水平板上表面y向位移</p><p>　　5、上刀架（10號(hào)測(cè)點(diǎn)）</p><p><b>　　前面板y向位移</b></p>

101、;<p>　　7、下支座（前）x向位移</p><p><b>　　4.3結(jié)論</b></p><p>　?。?）方案3、5、6、7主要對(duì)降低上刀架的變形有效果，事實(shí)上真正起作用的是方案3。比較方案3、6可知，加強(qiáng)肋的效果明顯不如加強(qiáng)梁；</p><p>　?。?）方案1、5、7主要對(duì)降低下刀座的變形有效果，真正起作用的是方案1；

102、</p><p>　?。?）方案2、4對(duì)所有結(jié)構(gòu)的變形影響不太明顯，甚至反而加大上刀架的變形；</p><p>　?。?）最終選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為1、3的組合。</p><p><b>　　第五章 總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　5.1總結(jié)</b></p><p&g

103、t;　　本文利用有限元軟件 Ansys workbench 對(duì)VR6X4000閘式剪板機(jī)上刀架與下刀座進(jìn)行有限元分析，有限元計(jì)算結(jié)果與測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)果在刀架、機(jī)架變形曲線趨勢(shì)與喉口應(yīng)力分布情況基本上是一致的，從而得到了閘式剪板機(jī)機(jī)架和刀架正確的有限元模型，這對(duì)我們下一步采用有限元方法對(duì)刀架和機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了指導(dǎo)意義。對(duì)提高剪板機(jī)剪板質(zhì)量和提高機(jī)床的加工精度有重要的意義。</p><p>

104、;　　用有限元方法對(duì)閘式剪板機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，通過(guò)在工作臺(tái)底部增加輔助支撐和改變后板長(zhǎng)度和厚度，使得變形減小了很多，大大提高了整體的剛性。采用該樣機(jī)剪切得到板材直線度明顯提高，毛刺減小，剪切質(zhì)量顯著提高。本文建立的閘式剪板機(jī)刀架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，對(duì)剪板機(jī)刀架和機(jī)架的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。</p><p><b>　　5.2展望</b></p><p>　　剪

105、板機(jī)系量大面廣的產(chǎn)品，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，剪板機(jī)的品種規(guī)格、產(chǎn)量勢(shì)必將有更大的發(fā)展。這就向技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和使用性能、制造質(zhì)量等提出了更高的要求，以滿足我國(guó)工業(yè)發(fā)展的需要。</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)性能和使用性能須要進(jìn)一步提高，如提高機(jī)床剛性，增大壓料力是提高剪切質(zhì)量的有力措施，壓料力取1/3-1/2剪切力為宜，機(jī)械傳動(dòng)剪板機(jī)采用液壓壓料能保證有足夠和穩(wěn)定的壓料力，上下刀片間隙的均勻性、準(zhǔn)確和穩(wěn)定，是提

106、高薄板剪切質(zhì)量的重要因素，因此采用同步調(diào)整全長(zhǎng)刀片間隙機(jī)構(gòu)為好。調(diào)整后鎖緊要可靠，并按被剪板厚實(shí)現(xiàn)調(diào)整。</p><p>　?。?）應(yīng)該重視和加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)工作。近年來(lái)雖對(duì)剪板機(jī)進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)試，但畢較零亂。應(yīng)系統(tǒng)的，全面的測(cè)試、分析、總結(jié)、計(jì)算、從而才能做好強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)，也有利于制定剛度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)進(jìn)行影響剪切質(zhì)量的因素和提高剪切質(zhì)量措施的試驗(yàn)工作和制定剪切質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　?。?

107、）剪板機(jī)刀片的用量很大，需要組織定點(diǎn)集中生產(chǎn)，有利于提高刀片制造質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)省合金材料，降低成本，延長(zhǎng)壽命。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本課題在選題及研究過(guò)程中得到龔俊杰老師的悉心指導(dǎo)。龔老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并且花費(fèi)了很多的精力和時(shí)間為我指出論文中的不足，提出自己的一些建議供我們參考，因?yàn)閯傞_(kāi)始對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的展開(kāi)遇到問(wèn)題，龔老

108、師耐心得講解并且并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。在此謹(jǐn)向龔老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　同時(shí)也感謝學(xué)長(zhǎng)周歡，是他細(xì)心指導(dǎo)了我Ansys軟件的學(xué)習(xí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我很多指導(dǎo)和幫助，對(duì)于我的論文也給出了很多指導(dǎo)。還有感謝吉靈龍同學(xué)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們相互討論，他給出了很多建議，使設(shè)計(jì)更加充實(shí)、完善。</p><p><b>　　參

109、考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 顧祥軍,張維強(qiáng).基于ANSYS的剪板機(jī)機(jī)架有限元分析[J].科學(xué)技術(shù)與程,2010,</p><p>　　10(2):476-478.</p><p>　　[2] 王金榮,李塹,冷志斌,朱燈林.閘式剪板機(jī)刀架剛性的有限元分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2011,46(6):33-36.</p>&

110、lt;p>　　[3] 王金榮,李塹,喬根榮,等.基于有限元的閘式剪板機(jī)刀架結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù),2012,47(5):37-39.</p><p>　　[4] 何應(yīng)東,岳金成,馬會(huì)元.閘式剪板機(jī)三點(diǎn)滾輪位置分布和受力分析[J].金屬加工,2009,(15):50-51.</p><p>　　[5] 王成國(guó),周祥.三點(diǎn)滾輪剪板機(jī)刀口間隙調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制

111、造技術(shù),2011,(5):37-39.</p><p>　　[6] 王治杰.凸輪檢測(cè)閘式剪板機(jī)刃口間隙的分析研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2008,</p><p>　　21(4):30-31.</p><p>　　[7] 李河宗,黃素霞,馬希青,等.下切式斜刃剪板機(jī)壓緊裝置的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2007,28(7):105-106.</p><

112、p>　　[8] 王成國(guó),劉進(jìn),劉偉.剪板機(jī)回程帶料問(wèn)題分析及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2012,(1):25-27.</p><p>　　[9] 史毅立.彈性預(yù)變形補(bǔ)償剪板機(jī)工作臺(tái)的撓屈[J].中國(guó)機(jī)械工程,1986,(6): 39-41.</p><p>　　[10] 徐會(huì)彩,李金山.斜刃剪板機(jī)剪切力的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2010,4 </p>

113、<p>　　（4):29-31.</p><p>　　[11] 史榮,張恒昌,李金英,等.斜刃剪板機(jī)剪切能力測(cè)定與機(jī)架有限元分析[J].冶金設(shè)備,2001,(2):9-11.</p><p>　　[12] 王強(qiáng),劉營(yíng)營(yíng),楊晉穗.JCL-3×1800液壓剪板機(jī)機(jī)架的有限元分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)</p><p>　　[J].機(jī)床與液壓,2010,38(18)