钢管倒棱机夹紧机构系列的优化设计-机械工程专业论文.docxVIP

万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津理工大学 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津理工大学 有关保留、使用学位论文 的规定。特授权 天津理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明） 学???论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日  摘要 被誉为工业发展“血管”的钢管在国民经济中占有重要的地位。全自动钢管端面铣 头倒棱机是现代钢管生产过程中不可缺少的设备之一，主要在钢管的精整加工阶段对钢 管的端面进行平头,去毛刺和倒棱坡口成型等工作。为保证钢管的精整的质量和效率， 设计合理的夹紧装置是一项重要的工作。钢管夹紧装置应准确的定位需加工的钢管端面 的位置，将钢管夹紧并紧固，防止钢管在切削力、惯性力、离心力以及重力等外力的作 用下发生转动、滑动、位移和振动等，使钢管端面与刀具及切削成形运动过程保持准确 的位置。 本文在总结各类经典夹具的基础上对钢管夹紧装置进行了全新的设计，提出了多连 杆式夹紧装置，并对该夹紧机构做了一下研究： (1)根据设计的多连杆式夹紧机构，计算出该机构夹紧钢管加工时的切削力（圆周 力和平端面力），计算了卡钳夹紧力以及钢管被夹紧切削时的弹性变形量。通过 STEP 函数仿真模拟夹紧力的作用过程，并在 ADAMS-View 模块中对夹紧力进行了模拟测量验 证，结果显示计算值与仿真过程中的测量值相对误差为 3.01%,两者相差在±5%以内。由 此可见，ADAMS 建立的仿真模型非常接近钢管生产的实际工作夹紧力情况。 (2)基于Φ76 钢管夹紧机构创建 18 个设计变量，并进行了参数化建模及优化设计。 根据夹紧装置整体尺寸要求提出了两种优化思路。结合实际生产需要及经济性考虑，最 终选择不改变夹紧机构整体尺寸，仅改变内部杆件尺寸及各杆件的连接位置的方案，获 得了结构的最合理参数，使气缸做功的最大驱动力减少了 36.6%，平均驱动力减少了 19.9%，极大地降低了生产加工的能耗。 (3)针对钢管口径型号不一，对夹紧机构的优化设计将是一项复杂的工作，提出了 系列优化的方案，根据分析选取合适的中间设计变量建立与钢管外径之间参数关系，选 取卡钳两铰接间距离为中间变量，并将其创建为 DV_19。通过改变 DV_19 的数值进行系 列优化，优化后，气缸连杆的长度尺寸变为零，钳座连杆的尺寸减小约 56.7%～66.8%， 且钳座连杆的中间铰接与钳口连杆处铰接重合，此时钳座连杆变为二力杆，不再是受三 个力的杆件。气缸最大驱动力降低了 36.0%～39.9%，相同工况下，能耗降低 19.0%～ 23.6%。 （4）对影响机构的关键长度尺寸进行了参数化计算，系列优化结果为其他各口径 夹紧装置的设计提供了理论依据。同时对卡钳进行了有限元分析，结果符合要求。 关键词： 倒棱机 夹紧机构 参数化设计 ADAMS 优化设计 系列优化  Abstract The steel pipe which was known as industrial blood vessels plays a important role in the national economy. Automatic steel pipe end milling and chamfering machine is one of the indispensable equipment in modern steel pipe production process, and it mainly conduct flatting head, deburring and chamfering etc., in order to ensure steel pipe finishing quality and process efficiency, the reasonable design of clamping device is an paramount work. The clamping mechanism should accurately clamp and fix pipe to protect no rotation,