多层金属薄板反复弯曲试验装置设计及运动仿真.pdf

第1期(总第188期)
机械工程与自动化
2015年02月
MECHANICAL. ENGINEERING & AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2015)01~0110-03
多层金属薄板反复弯曲试验装置设计及运动仿真
曾敏
(山西职业技术学院机械工程系,山西太原030006)
摘要:设计了反复弯曲实验装置,并利用Pro/E三维软件对其进行运动仿真。仿真结果表明该装置设计合
理,对多层金属薄板能起到很好的测试效果
关键词:多层金属薄板;反复弯曲;运动仿真
中图分类号:TP391.7:TG356,25
文献标识码:A
1多层金属薄板的性能优势及用途
小齿轮的切向方向上,小齿轮通过与转动角度为60
1.1多层金属薄板的性能优势
的大齿轮啮合,并控制齿数比为1:3来实现小齿轮旋
多层金属复合材料兼具各组元金属的优良特性,转180°。摆杆通过焊接方式固定在大齿轮上,实现大
而且还能发挥出单一组元无法比拟的性能优势:①成齿轮的60°转动。
本低廉,适用于批量生产,如钛/钢、镍/钢复合板的价
格仅相当于纯钛和纯镍板的1/5~1/10;②良好的综
试样
合性能,耐高温性能良好,比强度和比模量高,导热性
弯曲臂
拔杆缝隙
和耐磨性好,热膨胀小,尺寸趋于稳定;③可焊性好。
拔杆
1.2多层金属薄板的用途
由于多层金属薄板的物理化学性能和综合力学性
弯曲臂转动中心
能得到了提高,故其应用前景十分广泛。如不锈钢复
合板可广泛应用于机械、石油化工、环境保护、医药卫
生等行业;钛复合板在航空工业、治金等行业有很大的
弯曲圆柱
发展空间;体育器械、餐具、卫生洁具、家庭内装饰材料
夹块
等领域广泛应用不锈钢(SS/铝合金(AI1)层状复合材
料。随着工艺的不断发展,更多具有特殊性能的多层
夹持面
金属复合薄板将不断涌现。
2金属反复弯曲国家标准试验方法
支座
反复弯曲试验的国家标准规定是将试样一端夹
图1金属反复弯曲试验国标准原理图
紧,然后绕规定半径的圆柱形表面使试样弯曲90°,再
连杆、
按相反方向弯曲。其试验原理如图1所示。
3反复弯曲装置设计
摆杆
根据金属反复弯曲试验国家标准的原理,本文设
φ)一大齿轮
计了能够测试多层金属薄板强度的反复弯曲装置。
3.1总体设计
小齿轮
曲柄
图2为试验装置整体结构设计。该装置的总体设
摇杆
计思路为:摆动机构主要由四连杆来控制摆杆的角度
夹紧装賢
(60°),曲柄上安装带有平键的轴,并通过轴承座中的
图2试验装量整体结构设计
轴承实现对轴的固定,在轴的另一端通过平键连接
3.2各部件结构尺寸的确定
个摇杆,摇杆上焊有摇柄,通过摇柄的周期性转动来实
2.1四连杆工作尺寸的确定
现四连杆的往复运动。夹紧装置按金属反复弯曲试验
为了实现金属薄板的反复弯曲,需要实现四连杆
的国家标准来进行设计,夹持试样薄板的拨杆固定在摆杆摆动60°,为此先设定曲柄与摆杆中心线之间的
收稿期:2014-04-28;修订日期:2014-11-20
作者简介:曾敏(1982-),女,山西平遥人,助讲,本科,主要从事机械设计教学工作。
2015年第1期
曾敏:多层金属溥板反复弯曲试验置设计及运动仿真
111
距离为400mm,曲柄的长度为100mm,然后通过作
摆杄是实现四连杆与夹紧装置连接的部件,摆杆
图法实现摆杆的摆动角度为60°,从而最终确定连杆通过焊接固定在大齿轮上,其长度尺寸由四连杆的尺
的长度为480mm,摆杆的长度为240mm
寸确定为240mm,其余尺寸的确定由连杆与大齿轮
3.2.2曲柄轴结构尺寸的确定
的尺寸共同决定。与其焊接在一起的大齿轮的模数为
轴的作用是将传动传递到四连杆机构,从而实现
齿数为76,其他各部分尺寸如下:分度圆压力角为
金属薄板的反复弯曲。因此,在轴的设计中考虑到曲20°、分度圆直径d=152mm、中心距a=101mm、齿
柄的尺寸、轴承的型号、轴承座的安装等问题,最终确顶圆直径为5156mm、齿根圆直径为147mm。最终
定的曲柄轴的结构尺寸如图3所示。
确定的摆杄的结构尺寸如图7所示。
30
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图3曲柄轴结构尺寸
3.2.3圆柱销结构尺寸的确定
圆柱销的功能是实现曲柄与连杆的连接与固定,
因此,确定圆柱销的尺寸时需考虑到曲柄的尺寸与连
杆的尺寸,最终确定的圆柱销的结构尺寸如图4所示
图7摆杆的结构尺寸
3.2.7小齿轮结构尺寸的确定
小齿轮实现与大齿轮的啮合,并通过与大齿轮的
啮合可实现角度为180°的往复转动。因此,小齿轮的
模数m=2,齿数为25,其他各部分尺寸如下:分度圆
011015110
压力角为20°、分度圆直径d=50mm、齿顶圆直径为
54mm、齿根圆直径为45mm。最终确定的小齿轮
图4销钉结构尺寸
的结构尺寸如图8所示
3.2.4曲柄结构尺寸的确定
曲柄的长度根据四连杆的尺寸确定为100mm
50
其余尺寸的确定应考虑到曲柄轴及曲柄轴安装所需要
的平键的尺寸及连接连杆的圆柱销的尺寸,最终确定
子
的曲柄结构尺寸如图5所示。
p45
图8小齿轮的结构尺寸
3.2.8曲柄轴轴承座结构尺寸的确定
轴承座用来实现对轴的固定及安装,因此轴承座
的尺寸由轴及顶住轴的端盖尺寸来共同决定。根据曲
柄轴的结构尺寸及轴承的型号,最终确定轴承座的结
图5曲柄结构尺寸
构尺寸如图9所示
2.5连杅结构尺寸的确定
R655
连杆用来连接曲柄与摆杆,由四连杆的尺寸可确
定连杆的长度为480mm,其余尺寸的确定考虑到圆
柱销与摆杆的尺寸,最终确定的连杆结构尺寸如图6
所示
2X40
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(物
图9轴承座的结构尺寸
4反复弯曲装置的运动仿真
对该装置进行运动仿真时,首先利用Pro/E5.0
图6连杄结构尺寸
软件对装置中的各零件进行三维造型,然后选择合适
3.2.6摆杆结构尺寸的确定
的装配模式将该装置装配好,其三维模型如图10所