碟形彈簧測力分選機結構設計【含PDF圖紙】,含PDF圖紙,彈簧,測力,分選,結構設計,pdf,圖紙 17 替代 “ 圖樣代號 ” 描圖 45鋼 1 2 3 4 A B 4321 B A 審核 校核 設計 標記處數(shù) 分區(qū) 更改文件號簽名 年 月 日 工藝 標準化 批準 階 段 標 記 共 張 第 張 重量 比例 日期 簽字 底圖總號 描校 舊底圖總號 借(通)用件登記 版本 主管設計 零 件 代 號 1：2 1 1 0.919 FXJ.01.01 軸 揚州大學廣陵學院機械81001班 2、倒角均為C0.5。 其余 閆相宜 技術要求： 1、45鋼調質處理，HRC2832。 6.3 24均布 6XM5 R17.5 15 8 + 0.043 0 6 B B 3.2 3.2 1.6 3.2 1.6 1.6 1.6 42 R0.5 375 40 0.010 R0.5 0.043 8.500 63 0 -30 0.010 49 9 55 0.010 50 0.010 400 R0.5 300 60 14 20 A A A-A 1 : 2 44.5 - 0 0.2 B 1 : 1 M5 12.4均布 26 -0 0.020 其余 技術要求： 1、倒角均為C1。 揚州大學廣陵學院機械81001班 6.3 替代 1 2 3 4 A B 4321 B A 審核 校核 設計 標記處數(shù) 分區(qū) 更改文件號簽名 年 月 日 工藝 標準化 批準 階 段 標 記 共 張 第 張 重量 比例 日期 簽字 底圖總號 舊底圖總號 描校 描圖 借(通)用件登記 零 件 代 號 版本 主管設計 1：1 軸承蓋 FXJ.01.04 45鋼 A-A 3.2 3.2 86 R1 55 + +0.30 0.20 R1 160 100 - -0.100 0.020 10 19 160 6XM8均布 R65 A A PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建 機械工程學院 畢業(yè)設計（論文）前期工作材料 學生姓名： 學號： 教 科 部： 機 械 電 子 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 設計（論文）題目： 碟形彈簧測力分選機 結構設計 指導老師： 材 料 目 錄 序號 名 稱 數(shù)量 備注 1 畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計（論文）任務書 1 3 畢業(yè)設計（論文）實習調研報告 1 4 畢業(yè)設計（論文）開題報告（含文獻綜述） 1 5 畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯（含原文） 1 6 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 2014 年 2 月 17 日 機械工程學院 本科生畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 學 院 機械學院 選題教師 姓名 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 專業(yè)技術職務 副教授 申報課題名稱 碟形彈簧測力分選機結構設計 課題性質 A B C D E 課題來源 A B C D √ √ 課題簡介 彈簧測力分選機是對大量生產的彈簧依據(jù)其彈性系數(shù)不同，按照設定的指標進行測試，篩選出合格與不合格產品，自動流入不同料箱，用于不同場合。 設計（論文） 要 求 （包括應具備的條件） 本課題要求針對碟形彈簧設計一個測力分選機的結構設計。 課題預計 工作量大小 大 適中 小 課題預計 難易程度 難 一般 易 √ √ 所在專業(yè)審定意見： 負責人（簽名）： 年 月 日 院主管領導意見： 簽名： 年 月 日 說明：1、該表作為本科學生畢業(yè)設計（論文）課題申報時專用，由選題教師填寫，經所在專業(yè)有關人員討論，負責人簽名后生效； 2、有關內容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應欄打“√” 課題一旦被學生選定，此表須放在“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中存檔。  填 表 說 明 1、該表的填寫只針對1名學生做畢業(yè)設計（論文）時選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學選擇，應在申報課題的名稱上加以區(qū)別（加副標題），并且在“設計（論文）要求”一欄上加以體現(xiàn)。 2“課題性質”一欄： A、工程設計； B、實驗研究； C、軟件工程（如CAI課題等）； D、理論探討； E、其它。 3、“課題來源”一欄： A、自然科學基金與部、省、市級以上科研課題； B、企、事業(yè)單位委托課題； C、校、院（系）級基金課題； D、自擬課題。 4、“課題簡介”一欄： 主要指研究設計該課題的背景介紹及目的、意義。 5、“設計（論文）要求（包括應具備的條件）”一欄： 主要指本課題技術方面的要求，而“條件”指從事課題必須具備的基本條件（如儀器設備、場地、文獻資料等）。  機械工程學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 教 科 部： 機 械 電 子 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 學號： 畢業(yè)（論文）題目： 碟形彈簧測力分選機結構設計 起 迄 日 期： 設計（論文）地點： 指 導 老 師： 專業(yè)負責人： 發(fā)任務書日期： 年 2 月 17 日  任務書填寫要求 1、畢業(yè)設計（論文）任務書由指導老師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、學院分管領導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計（論文）開始前一周內填好并發(fā)給學生； 2、任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可在本學院網頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3、任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)的教科部及學院主管領導審批后方可重新填寫； 4、任務書內有關“教科部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號，不能只寫最后2位或1位數(shù)字； 5、任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714-87《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6、有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408-94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2005年3月21日”或“2005-03-21”。 畢業(yè)設計（論文）任務書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 通過該課題的畢業(yè)設計可以使學生在綜合運用所學的機械結構設計的知識，解決設計中的問題，著重培養(yǎng)學生的設計能力，以及獨立解決和分析問題的能力。通過碟形彈簧測力分選機結構設計，讓學生獲得一定的設計能力。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）： 1）查閱文獻資料15篇以上、翻譯不少于五千印刷符的英文資料； 2）碟形彈簧測力分選機結構方案論證； 3）碟形彈簧測力分選機結構設計，繪制圖紙； 4）碟形彈簧測力分選機結構分析； 5）碟形彈簧測力分選機結構設計說明書。 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求（包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等）： 1）碟形彈簧測力分選機結構全套圖紙； 一套 2）碟形彈簧測力分選機結構分析計算報告； 一份 3）碟形彈簧測力分選機結構設計說明書； 一份 4）翻譯不少于5000印刷符的英文資料。 一份 4．主要參考文獻： （1） MinoruHamada,Yasuyuki Seguchi. On the Strength of a Disk Spring （2） 謝一明. 彈簧自動測力分選包裝機[M/OL]. [2014-3-20]. . （3） 謝一明. 郭志勇. 彈簧自動測力分選包裝機 [J]. 包裝與食品機械, 1995年, 第13卷(第1期). （4） 鄒安陽等. 彈簧分選機的機構設計及控制原理研究[M/OL]. [2014-3-20]. . （5） 呂俊. 嵌入式彈簧負荷測控系統(tǒng)的研制[M/OL]. [2014-3-20]. . （6） 王英浩, 李文斌, 王川云, 等. 基于有限元的航天器用碟形彈簧優(yōu)化設計[J]. 導彈與航天運載技術, 2013年(第6期 總第329期). （7） ?李祝強. 數(shù)控自動圓柱螺旋彈簧分選機的研究與設計 [D]. 重慶大學機械工程學院 , 二0一0年五月 . （8） 馮宗德. 彈簧參數(shù)自動檢測儀[M/OL]. [2014-3-20]. . （9） 易先忠. 碟形彈簧基本特性參數(shù)分析 [J]. 石油機城, 1995年, 第23卷(第3期 ). （10） 王曉波. 碟形彈簧的力學性能研究[D]. 鄭州大學 , 2007年. （11） 李光梅. 水果機器視覺重量綜合分選機機械系統(tǒng)及稱重模塊的設計[D]. 山東：山東農業(yè)大學碩士學位論文，2008. （12） 卞宗林,等.國內彈簧高新技術(材料)的發(fā)展[J].彈簧工程,2000,(4):3-5. （13） 王清提. 小尺寸碟形彈簧的測力[J]. 航 天 工 藝 , 1988年8月 (第4期). （14） McLean, R.P.: Approximation theory for stochastic variational and Ky Fan inequalities in finite dimensions. Annals of Operations Research 44(1), 43–61 (2006) （15）（英）監(jiān)凱維奇，（美）泰勒 有限元方法（第5版）第1卷：基本原理 清華大學出版社 畢業(yè)設計（論文）任務書 5、本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃 起止日期 工 作 內 容 2.17～3.1 3.2～3.20 3.21～3.31 4.1～4.10 4.11～4.20 4.21～4.30 5.1～5.10 1）資料收集、翻譯 2）碟形彈簧測力分選機結構方案比較 3）碟形彈簧測力分選機結構設計 4）碟形彈簧測力分選機結構圖紙繪制 5）碟形彈簧測力分選機結構分析計算 6）碟形彈簧測力分選機結構設計說明書 7）編寫畢業(yè)設計報告 所在專業(yè)審核意見： 負責人： 年 月 日 學院意見： 院長： 年 月 日  機械工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學 生 姓 名： 學號： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 設計（論文）題目： 碟形彈簧測力分選機結構設計 指 導 老 師： 年 04 月 2 日  開題報告填寫要求 1、開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審核的依據(jù)材料之一。此報告應在指導老師的指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)的教科部審核后生效； 2、開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從本學院網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3、“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4、有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408-94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2005年3月21日”或“2005-03-21”。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述： 碟形彈簧是一種圓環(huán)墊片狀的材質不同的金屬機械配件，是一種結構簡單、尺寸緊湊的彈性元件。一般是通過相當數(shù)量的疊加來提供足夠彈性伸展而發(fā)揮作用。由于有變剛度特性、承載能力大、緩沖減震性強并且易于獲取不同彈性特性和安裝緊湊等的特點，廣泛應用于機械設備行業(yè)，汽車工業(yè)，石油工業(yè)以及航天工業(yè)等領域，很大范圍取代了圓柱形螺旋彈簧。碟形彈簧一般由金屬帶材、板材或鍛造坯料沖壓而成，其幾何構型為截面呈淺圓錐狀的軸對稱回轉體。如圖所示 近年來，由于機械設備行業(yè)，汽車工業(yè)等行業(yè)的迅速發(fā)展，推動了彈簧工業(yè)的產品設計制造工藝生產設備以及彈簧的材料等的發(fā)展。由于行業(yè)的需要，對于彈簧的檢測以及分選設備的設計開發(fā)，是彈簧工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。彈簧分選機是安裝在彈簧加工過程中的檢測工藝工段線上。對此，本設計是碟形彈簧分選機的設計，其涉及到機械、電氣等方面的技術，是一個典型的機電一體化系統(tǒng)設計，主要是碟形彈簧分選機的機構設計。結合目前所掌握的各項技術，旨在開發(fā)一套具有較高自動化水平，安全可靠，性價比高的數(shù)控自動碟形彈簧分選機。 彈簧檢測是其生產過程必不可少的工序。測力是檢測的主要內容之一。彈簧力參數(shù)直接影響彈簧的性能和工作狀態(tài)。尤其是高精度彈簧以及需配對或者配套使用的彈簧，要求嚴格按力參數(shù)分選包裝。這類彈簧大批量生產時，用手工在測力儀上測試存在如下間題： （1）易產生操作誤差，包括有測量位移誤差，工件偏置誤差，操作速度變化而產生的附加動載荷、操作手柄在測試讀數(shù)時因抖動或松動引起的誤差; （2）易產生讀數(shù)誤差，指針擺動慣性，操作者疲勞觀察錯覺等引起的誤差。 目前國內市場上能見到的彈簧分選機大多數(shù)都是國外廠家開發(fā)生產的，國內各彈簧生產設備及檢測設備生產的研究較少，因此本設計可提高我國彈簧檢測分選設備在全世界中的競爭力。我國自八十年代初開始研制自動測力裝置，至今還未有令人滿意的結果，究其原因可歸納為如下幾點。 （1）沒排除受檢彈簧與定位元件表面在測力過程中的摩擦力的影響及機械動作、液壓裝置沖擊所引起的附加動載荷的影響; （2）沒有很好地消除測力裝置本身的加工和安裝誤差; （3）受傳感器精度影響及分選控制誤動影響; （4）大多數(shù)機型不能同時完成自動測力和分選功能。 由于手工操作檢驗及現(xiàn)有測力分選機的缺陷，嚴重影響產品質量和檢驗效率。所以本文主要研究快速準確的碟形彈簧分選機。 國內各彈簧生產設備及檢測設備生產廠均未研制出高效實用的彈簧分選機。國外市場上能見的分選機類型為兩種—高精度型和高速度型;高精度型彈簧分選機主要用來分選那些精度要求很高的彈簧，如噴氣飛機的油門彈簧，該彈簧的每一個變形對應相應的飛行速度。因此，對這種彈簧的分檢要求十分苛刻，該彈簧的靜態(tài)負荷精度達要求達到0.3%以上，位移精度要求小于0.02mm，需要用到高精度型彈簧分選機才能滿足要求，但這種分選機的分選速度很低，一般低于每分鐘8件，不適合大批量彈簧生產的需要[fZl。國內很多彈簧生產及檢測設備生產廠針對各自的需求研發(fā)了一些彈簧分選設備，如基于重力的彈分選機、基于尺寸的彈簧分選機、基于壓力的彈簧分選機，這些設備在功能和性價比上都還和國外同類產品有一定差距。 因此研究自動彈簧分選機技術，研制開發(fā)自動化程度高、運行經濟、高速高 效的自動彈簧分選設備以替代進口產品及國內同類產品的不足，對適應我國汽摩 行業(yè)發(fā)展和彈簧自動分選，以及推動整個工業(yè)自動化裝備國產化具有十分重要的 意義。 在分選機研究方面，國外公司起步較早。美國、日本、英國、瑞士的一些糧食加工設備生產企業(yè)從事此項研究。因此早期的分選機主要運用在農副產品如水果、谷物類等分選上。隨著工業(yè)化速度加快，在二十世紀四五十年代彈簧分選機運用與發(fā)展，但也僅限于像飛機油門彈簧等高精度分選場合。同時一些彈簧專業(yè)生產廠也根據(jù)自身需要開發(fā)了一些以單一要素為主要分選體的分選設備。如瑞典的 Tekno – Detaljer 公司于 1970 年開發(fā)的彈簧分選機。該類分選機雖在精度上具有較大的優(yōu)勢，但由于其大多結構簡單，且分選單一，因此僅適合一些實驗性和小加工生產上作為檢測使用。 相對國外而言，國內分選機的研究還處于起步階段，用于成品的還很少，目前主要是引進或者改造國外的分選機。國內生產彈簧分選機的主體企業(yè)并不多，只是一些企業(yè)主要依據(jù)自身的要求研發(fā)相應的自動化程度較低的、分選比較單一的分選機，如杭州寶威機械廠研制的彈簧分選機，該機在設計上采用工位旋轉方式，速度與彈簧定位成為關鍵，速度過快彈簧可能在慣性下飛出工位，速度過低則達不到設計要求，且圓盤式結構使得圓盤轉到的慣性難以控制。針對此種情況國內一些科研機構和大專院校結合實際也做了相關的研究工作，如湖北工業(yè)大學與武漢科技學院合作研發(fā)的數(shù)控彈簧高速自動分選機，該項目研究的數(shù)控彈簧高速自動分選機，開發(fā)了檢測系統(tǒng)抗漂移、抗干擾和變頻傳動高速分度系統(tǒng)；研制了快速采集和快速濾波系統(tǒng)；確定了數(shù)據(jù)特征值，開發(fā)了計算機快速彈簧檢測圖形分析及檢測軟件，但在速度與彈簧分組值上還有待提高。 本設計研究的碟形彈簧分選機結構主要采用了工位旋轉工作模式與落料旋轉的分選方法。工位旋轉工作模式是彈簧相對于工位是不動的，故結構的整體性是很好的，但是彈簧的重力作用在固定工位上，故限制了檢測的速度。落料旋轉的分選結構設計，不僅結構簡單而且噪音小等優(yōu)點。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 通過分析國內外分選機的研究現(xiàn)狀，結合國內企業(yè)生產實際需求，總結國內外彈簧彈簧分選機的優(yōu)點與不足，可知碟形彈簧分選機關鍵技術主要集中在以下四個方面:碟形彈簧定位、分選機構設計、電機控制、系統(tǒng)分選精度。 本設計主要研究碟形彈簧分選機的碟形彈簧的定位以及機構設計。不同的結構決定了分選機的性能的差異。 碟形彈簧分選機機械結構的可靠與合理性是保障整機運行平穩(wěn)、可靠以及運行精度的核心組成部分。機械結構部分主要由圓柱螺旋彈簧測定臺、分選分裝結構及機架構成。 目前碟形彈簧定位方案大致分為兩種類型，一種是碟形彈簧固定式，另一種是碟形彈簧運動方式。固定式即指工件相對工位固定，工位的數(shù)量不小于工件數(shù)量，在檢測工序過程中工件始終保持與工位的相對固定直到這個工位檢測完畢。固定式的方法有利于檢測臺結構布局整體性，但由于利用彈簧自身重力作用固定在工位上，隨著工位運動必將限制運動的速度，降低了整個設備運行效率。碟形彈簧運動方式是指利用外力促使碟形彈簧在檢測流程中運動，直至檢測完畢送入分選框內。該方式在結構不及固定式的整體性，但在運行效率可控性方面得到極大提高，且在連接上位傳送機構與下位分選裝置提供了良好銜接點?？紤]兩種定位方案利弊，綜合方案一的整體機構性與方案二的可控性，采用了雙推固定雙進的定位工作模式。 分選機分選機構在保障有效落料方面起著核心控制作用，關鍵在于使碟形彈簧準確快速的分裝在分選框內。國內外在這方面的研究時間相對較早，運用方式也越來越靈活多變。具有代表性的分別運用在農業(yè)上的種子分選滾筒式、蘋果分選鏈條式，其次就是利用分選物料自身特性設計分選機構—落料筒動定方式。 滾筒式與鏈條式原理相同，僅在結構上有差別，都能適應大量自動化生產的要求且效率也高，但由于結構龐大以及是以大量的摩擦傳動為基礎，因此在設備運行過程中噪音大、資源消耗大，不適用于體積小、重量輕的離合器彈簧的分選。 落料筒動定方式有效運用了彈簧自身要素特點，在此基礎上而設計的兩種不同的分選方式。落料筒旋轉的方式相對與固定方式在結構與防噪上更具有獨特優(yōu)勢，利用步進電機帶動落料筒旋轉不僅結構簡單，且步進電機自身可控制好與運行噪音小等特點。 綜上各方案比較，最終選擇如下圖送料方式及定位方式： 此送料裝置的設計要求是將受檢彈簧逐個連續(xù)地輸送給測力系統(tǒng)。設計方案是用一分料盤逐個將受檢彈簧從料斗中取出并輸送出去。 用SolidWorks繪制三維圖，用ansys對主要受力零件進行結構分析，確保分選機機構的穩(wěn)定性。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導老師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 機械工程學院 畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯 教 科 部： 機 械 制 造 專 業(yè)： 機械設計制造及自動化 姓 名： 學 號： 外 文 出 處：On the Strength of a Disk Spring--By （用外文寫） MinoruHamada and Yasuyuki Seguchi 附 件： 指導老師評語 簽 名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。  機械工程學院畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 學號 指導教師 選題情況 課題名稱 碟形彈簧測力分選機結構設計 難易程度 偏難 √ 適中 偏易 工 作 量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化 的要求 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度 出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人 年 月 日 參考文獻 （1） MinoruHamada,Yasuyuki Seguchi. On the Strength of a Disk Spring （2） 謝一明. 彈簧自動測力分選包裝機[M/OL]. [2014-3-20]. . （3） 謝一明. 郭志勇. 彈簧自動測力分選包裝機 [J]. 包裝與食品機械, 1995年, 第13卷(第1期). （4） 鄒安陽等. 彈簧分選機的機構設計及控制原理研究[M/OL]. [2014-3-20]. . （5） 呂俊. 嵌入式彈簧負荷測控系統(tǒng)的研制[M/OL]. [2014-3-20]. . （6） 王英浩, 李文斌, 王川云, 等. 基于有限元的航天器用碟形彈簧優(yōu)化設計[J]. 導彈與航天運載技術, 2013年(第6期 總第329期). （7） ?李祝強. 數(shù)控自動圓柱螺旋彈簧分選機的研究與設計 [D]. 重慶大學機械工程學院 , 二0一0年五月 . （8） 馮宗德. 彈簧參數(shù)自動檢測儀[M/OL]. [2014-3-20]. . （9） 易先忠. 碟形彈簧基本特性參數(shù)分析 [J]. 石油機城, 1995年, 第23卷(第3期 ). （10） 王曉波. 碟形彈簧的力學性能研究[D]. 鄭州大學 , 2007年. （11） 李光梅. 水果機器視覺重量綜合分選機機械系統(tǒng)及稱重模塊的設計[D]. 山東：山東農業(yè)大學碩士學位論文，2008. （12） 卞宗林,等.國內彈簧高新技術(材料)的發(fā)展[J].彈簧工程,2000,(4):3-5. （13） 王清提. 小尺寸碟形彈簧的測力[J]. 航 天 工 藝 , 1988年8月 (第4期). （14） McLean, R.P.: Approximation theory for stochastic variational and Ky Fan inequalities in finite dimensions. Annals of Operations Research 44(1), 43–61 (2006) 本科生畢業(yè)論文 畢業(yè)論文題目 學 生 姓 名 專 業(yè) 班 級 指 導 教 師 完 成 日 期 年 月 日 文 獻 綜 述 前言 碟形彈簧是一種圓環(huán)墊片狀的材質不同的金屬機械配件，是一種結構簡單、尺寸緊湊的彈性元件。一般是通過相當數(shù)量的疊加來提供足夠彈性伸展而發(fā)揮作用。由于有變剛度特性、承載能力大、緩沖減震性強并且易于獲取不同彈性特性和安裝緊湊等的特點，廣泛應用于機械設備行業(yè)，汽車工業(yè)，石油工業(yè)以及航天工業(yè)等領域，很大范圍取代了圓柱形螺旋彈簧。碟形彈簧一般由金屬帶材、板材或鍛造坯料沖壓而成，其幾何構型為截面呈淺圓錐狀的軸對稱回轉體。如圖所示 近年來，由于機械設備行業(yè)，汽車工業(yè)等行業(yè)的迅速發(fā)展，推動了彈簧工業(yè)的產品設計制造工藝生產設備以及彈簧的材料等的發(fā)展。由于行業(yè)的需要，對于彈簧的檢測以及分選設備的設計開發(fā)，是彈簧工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。彈簧分選機是安裝在彈簧加工過程中的檢測工藝工段線上。對此，本設計是碟形彈簧分選機的設計，其涉及到機械、電氣等方面的技術，是一個典型的機電一體化系統(tǒng)設計，主要是碟形彈簧分選機的機構設計。結合目前所掌握的各項技術，旨在開發(fā)一套具有較高自動化水平，安全可靠，性價比高的數(shù)控自動碟形彈簧分選機。 彈簧檢測是其生產過程必不可少的工序。測力是檢測的主要內容之一。彈簧力參數(shù)直接影響彈簧的性能和工作狀態(tài)。尤其是高精度彈簧以及需配對或者配套使用的彈簧，要求嚴格按力參數(shù)分選包裝。這類彈簧大批量生產時，用手工在測力儀上測試存在如下間題： （1）易產生操作誤差，包括有測量位移誤差，工件偏置誤差，操作速度變化而產生的附加動載荷、操作手柄在測試讀數(shù)時因抖動或松動引起的誤差; （2）易產生讀數(shù)誤差，指針擺動慣性，操作者疲勞觀察錯覺等引起的誤差。 目前國內市場上能見到的彈簧分選機大多數(shù)都是國外廠家開發(fā)生產的，國內各彈簧生產設備及檢測設備生產的研究較少，因此本設計可提高我國彈簧檢測分選設備在全世界中的競爭力。我國自八十年代初開始研制自動測力裝置，至今還未有令人滿意的結果，究其原因可歸納為如下幾點。 （1）沒排除受檢彈簧與定位元件表面在測力過程中的摩擦力的影響及機械動作、液壓裝置沖擊所引起的附加動載荷的影響; （2）沒有很好地消除測力裝置本身的加工和安裝誤差; （3）受傳感器精度影響及分選控制誤動影響; （4）大多數(shù)機型不能同時完成自動測力和分選功能。 由于手工操作檢驗及現(xiàn)有測力分選機的缺陷，嚴重影響產品質量和檢驗效率。所以本文主要研究快速準確的碟形彈簧分選機。 國內各彈簧生產設備及檢測設備生產廠均未研制出高效實用的彈簧分選機。國外市場上能見的分選機類型為兩種—高精度型和高速度型;高精度型彈簧分選機主要用來分選那些精度要求很高的彈簧，如噴氣飛機的油門彈簧，該彈簧的每一個變形對應相應的飛行速度。因此，對這種彈簧的分檢要求十分苛刻，該彈簧的靜態(tài)負荷精度達要求達到0.3%以上，位移精度要求小于0.02mm，需要用到高精度型彈簧分選機才能滿足要求，但這種分選機的分選速度很低，一般低于每分鐘8件，不適合大批量彈簧生產的需要[fZl。國內很多彈簧生產及檢測設備生產廠針對各自的需求研發(fā)了一些彈簧分選設備，如基于重力的彈分選機、基于尺寸的彈簧分選機、基于壓力的彈簧分選機，這些設備在功能和性價比上都還和國外同類產品有一定差距。 因此研究自動彈簧分選機技術，研制開發(fā)自動化程度高、運行經濟、高速高 效的自動彈簧分選設備以替代進口產品及國內同類產品的不足，對適應我國汽摩 行業(yè)發(fā)展和彈簧自動分選，以及推動整個工業(yè)自動化裝備國產化具有十分重要的 意義。 在分選機研究方面，國外公司起步較早。美國、日本、英國、瑞士的一些糧食加工設備生產企業(yè)從事此項研究。因此早期的分選機主要運用在農副產品如水果、谷物類等分選上。隨著工業(yè)化速度加快，在二十世紀四五十年代彈簧分選機運用與發(fā)展，但也僅限于像飛機油門彈簧等高精度分選場合。同時一些彈簧專業(yè)生產廠也根據(jù)自身需要開發(fā)了一些以單一要素為主要分選體的分選設備。如瑞典的 Tekno – Detaljer 公司于 1970 年開發(fā)的彈簧分選機。該類分選機雖在精度上具有較大的優(yōu)勢，但由于其大多結構簡單，且分選單一，因此僅適合一些實驗性和小加工生產上作為檢測使用。 相對國外而言，國內分選機的研究還處于起步階段，用于成品的還很少，目前主要是引進或者改造國外的分選機。國內生產彈簧分選機的主體企業(yè)并不多，只是一些企業(yè)主要依據(jù)自身的要求研發(fā)相應的自動化程度較低的、分選比較單一的分選機，如杭州寶威機械廠研制的彈簧分選機，該機在設計上采用工位旋轉方式，速度與彈簧定位成為關鍵，速度過快彈簧可能在慣性下飛出工位，速度過低則達不到設計要求，且圓盤式結構使得圓盤轉到的慣性難以控制。針對此種情況國內一些科研機構和大專院校結合實際也做了相關的研究工作，如湖北工業(yè)大學與武漢科技學院合作研發(fā)的數(shù)控彈簧高速自動分選機，該項目研究的數(shù)控彈簧高速自動分選機，開發(fā)了檢測系統(tǒng)抗漂移、抗干擾和變頻傳動高速分度系統(tǒng)；研制了快速采集和快速濾波系統(tǒng)；確定了數(shù)據(jù)特征值，開發(fā)了計算機快速彈簧檢測圖形分析及檢測軟件，但在速度與彈簧分組值上還有待提高。 本設計研究的碟形彈簧分選機結構主要采用了工位旋轉工作模式與落料旋轉的分選方法。工位旋轉工作模式是彈簧相對于工位是不動的，故結構的整體性是很好的，但是彈簧的重力作用在固定工位上，故限制了檢測的速度。落料旋轉的分選結構設計，不僅結構簡單而且噪音小等優(yōu)點。 碟形彈簧的力 由 Minoru HAMADA 和 Yasuyuki SEGUCHI編寫 本文的研究內容是關于碟形彈簧的行為的微分方程進行數(shù)值求解，研究利用勢能駐值原理的近似解的精度。由H. B.凱勒和E. L.提出的通過修改迭代程序的解決方案獲得的。賴斯的迭代過程獲得的近似解本質上是和Wempner的近似解一樣的，但通過減少一個幾何參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在設計公式的基礎上給出的更緊湊的近似解實在踐中是有效的，并且進行了實驗，并與理論結果進行了比較。 1、 介紹 本文討論的問題是碟形彈簧的軸向載荷下的強度，如圖1所示。根據(jù)碟形彈簧的幾何因素在許多方面，負載偏轉特性的分析有所不同；例如，我們發(fā)現(xiàn)的一些有趣案例，恒載撓度情況下，負彈簧常數(shù)。這些特征的分析，然而需要類似的不穩(wěn)定對扁球殼基于有限變形理論，展現(xiàn)“oilcanning”現(xiàn)象的問題復雜的解決。因此，我們可以找到一些近似解（1）（2）;由J.O. A1men 和Alaszlo in 1936（1）聯(lián)辦得到的近似的解決方案，通常用于盤簧的設計?，F(xiàn)在它是檢查這些近似解的精度非常重要的方法。 圖1 碟形彈簧軸向圖 在這份報告中，我們將介紹用于解決應用E.Reissner的一般旋轉殼理論（3）以淺錐殼獲得的非線性常微分方程的數(shù)值方法。這個數(shù)值的過程是由H.?B.凱勒沙丘和E. L.賴斯（?4 ）在迭代過程的改進的，因為在這一過程中，是由勢能駐值原理的近似解作為迭代增加其有效性的初步估計。這里所用的基本方程，并通過應變能量法的近似解僅包括兩個幾何參數(shù)κ和ρ使計算的結果可以被安排在較簡單的形式，因此，盤簧的設計，可以更容易地進行，而在以前的結果，包括Wempner的解決方案}2}三緣度量參數(shù)，也就是彈簧的高度，半徑比和彈簧厚度已被使用。 通過迭代多項式，引誘數(shù)值計算被執(zhí)行為各種幾何配置碟形彈簧并將其結果與該解決方案由應變能量的方法相比。由此，可以確認的近似解是根據(jù)本解決方案的設計公式給出的有足夠精確的實際用途。 從實驗的角度來看，雖然由J. O. Almen和A.拉斯洛}1?}的詳細結果是有效的，那么在這個調查的數(shù)值解相比，其他類型的碟形彈簧的生產和實驗實現(xiàn)fllirm效度的數(shù)值程序和應變能量法得到的結果。 2、 基本方程 革命由E. Reissner變分，即假設小應變，無剪切變形而得殼撓度理論，都寫在以下幾種形式： 其中 而且 Ε和ν是年輕的rnodulus和泊松比。其它符號β的定義按照圖2是由以下關系式定義的元素的旋轉角度： 圓錐殼方程由上述關系得到的（見圖1）。通過設置Dξ= ds，其等效于α= 1和 和此外通過使用以下近似 和限制非線性項的二階的旋轉角度β，微分方程（1）和（2）降低到以下形式： 碟形彈簧的載荷是軸向力P，沒有統(tǒng)一的正常壓力的存在條件， 因此，從方程（4）; 代方程。（9）和（10）代入式（7）和（8），我們有下面的關系式： 使用的無量綱變量f，g和x，這是定義的關系 方程（11）和（12）則成為 其中λ和Q是由以下表達式和參數(shù)定義： 差分方程（14）和（15）是適用于根據(jù)軸對稱軸向力P的任何圓錐殼，但是當錐殼薄，淺，盤簧，這些方程可以簡化得多，而忽略了與λtanφ從假設H和φ分別為小，并使用表達式 方程（14）和（15）最終成為如下所示： 符號κ在方程（17）是幾何參數(shù)，這是關系到初始子午線角φ和厚度h，并且方便簡化計算和其結果的表現(xiàn)形式的程序，而符號Q 為負載參數(shù)。 記住盤彈簧的支撐力條件下使用時，我們考慮以下邊界條件： 案例A：隨意移動這兩個邊緣。 案例B：內邊自由移動和外緣不動產。 （無徑向位移） 方案C：外緣不動產和內緣自由移動。 除了上述邊界條件，被認為是邊緣不動的情況下，但在這種情況下，碟形彈簧太硬。在上述方程，我們使用的符號ρ=?b／a。 如果方程的解由（18）和（19）得到，垂直偏轉和盤簧的應力可以通過下面的關系來計算： 垂直撓度w： 徑向應力的合力Nr： 周向應力的合力No: 徑向彎矩的每單位長度Mr: 周圍的每單位長度的彎曲力矩Mθ: 基本方程（18）和（19）預計是一樣準確，von Karman方程為板的大撓度的問題，并考慮到von Karman方程是足夠精確的在實踐中，使用公式得到的結果。 方程（18）和（19）預計也是準確的。 3、近似解的應變能法 獲得解決方案滿足上述關系，我們首先要解決的問題的碟形彈簧近似用應變能的方法，用它作為迭代的初始估計由于更好的近似作為初始估計，更快的迭代收斂到解。該數(shù)值的過程也被稱為Keller-Reiss方法的改進，因為在我們的方法中的負載參數(shù)的任意值的解決方案可以直接獲得，而在Keller-Reiss方法不能做。 假設該碟形彈簧仍圓錐形的外力施加后，我們設置 替代這個假設相容方程（19）和整合；g的近似解，得到如下： 而 和C1?C2是積分常數(shù)。 現(xiàn)在使用以下符號： V：總的潛在能量 U：應變能 Q：由外力勢能 而忽略了剪切應力的影響，獲得以下關系： 其中 內力和彎矩；Nr，No，Mr和Mo可考慮方程未知的fa表示。（24）至（29）。代入式（30），我們終于到達總勢能的表達式，即， 積分常數(shù)C1，C2是由邊界條件如下： 方案A 方案B 方案C 未知，fa是由勢能駐值原理dV / dfa = 0。然后由應變能法最后的結果是 其中，M是從下列關系計算出的常數(shù)： 方案A 方案B 方案C 這應該由邊界條件決定。方程（29）和（35）的應變能量法的碟形彈簧近似解。應當指出的是，G. A. wempner的解決方案也由應變能量法得到但它包括三個幾何參數(shù)，而本文的近似的解決方案包括兩個幾何參數(shù)的簡化表達式結果有用。然而，是容易看到的是，無論是哪個都是基本相同的。 4、數(shù)值解的迭代過程 如果未知。方程（35）確定的半徑比ρ為一定值，幾何參數(shù)k和負載參數(shù)Q，與以下幾步迭代過程進行，fa作為初步估計： （1）m?=?1，m是正整數(shù)作為迭代次數(shù)。 （2）解 （3）解 （4）計算fm （5）使m+1→m然后跳到（2）。 在上面的過程，λ就是所謂的松弛參數(shù) 此過程中，如前所述，是Keller-Reiss的方法，其中所述迭代，必須從一個小的負載參數(shù)（對于該解決方案由線性理論和由非線性理論并不那么不同）進行，以一個大的負荷參數(shù)，而上述迭代過程可以給負載參數(shù)的任意值的解決方案中。 松弛參數(shù)。λ是用來加速收斂的解決方案或防止發(fā)散。在一般情況下，提高了算法的收斂性能降低的參數(shù)值，收斂觀察不能被很好的參數(shù)的值的改善。 表1比較的撓度和應力為n =50，100和200（V=0.3） 方程（39）和（40）與給定的邊界條件，可以很容易地用有限差分法求解，為他們的右手邊是在迭代法是一種線性化和每一步的認識，應用有限差分近似，他們成為線性代數(shù)方程組或三對角方程系統(tǒng)的解決方案，可以容易被消除的方法只有兩次是必需的。用于此目的的有限差分近似如下： 除了邊界內的網格點， 對于這兩種界限 其中 N：網格數(shù) （a） 撓度和應力分布曲線 （b） 撓度和應力分布曲線 （C）周向彎曲大負載參數(shù)應力分布的例子 圖3 5、數(shù)值計算 進行了數(shù)值計算，對于n=100和的情況下，因為它是最重要的。一般來說，用有限差分法求解的精度取決于其網格數(shù)N。表1給出了兩個例子，他經常計算n=50，100，200顯示，對于n=100是足夠精確的實際用途的計算。 式中λ的松弛參數(shù)的最佳值（41）所應選擇的試驗。當它是計算的收斂是不好的條件下觀察到，λ值立刻進行修改。改善這種不良狀況和減少計算時間，注意到一個較小的λ值一般應足以不收斂條件。因此，計算程序是這樣寫的能夠改變的λ值手動操作時非常方便。 在迭代過程收斂的數(shù)值的標準，我們把 該解決方案解的精度，可以任意選擇η的值來確定。在這里，我們把 η =0.00005 數(shù)值計算是大阪大學NEAC-2206數(shù)字化計算機上執(zhí)行的。 6、數(shù)值結果 6.1偏轉和應力分布曲線 圖3顯示了幾個與無量綱形式的w/hCOSθ和應力分布與后綴r和θ形式的平均徑向和環(huán)向薄膜應力變形分布的例子，分別表示br和bθ平均徑向及周向彎曲應力-ES。如圖所示，徑向應力遠遠小于膜應力和彎曲應力，因此只有周向應力的周向應力引起的討論。和彎曲應力，沒有例外，內邊緣處最大，且抗壓的上表面和下表面上的拉伸。另一方面，膜應力的內部邊緣的壓縮和拉伸的外邊緣處的撓度較小的地區(qū)除了的情況下，K為零。對變形較大的區(qū)域，它們的拉伸的內緣和壓縮的外邊緣和一個瞬變點發(fā)生變形的中間值，膜應力分布呈現(xiàn)奇異性[圖3（a）]。同時對負荷參數(shù)的彎曲應力分布略有奇異[圖大值（C）]。不管怎樣，總應力是薄膜應力和彎曲應力和最大的上表面或下表面的內側邊。因此，圖5顯示了在6.3內邊緣僅占總應力。圖3中，由應變能量法的近似的解決方案相比得到數(shù)值解。 圖4 6.2荷載-撓度曲線 碟形彈簧的載荷-撓度曲線的參數(shù)值和P=0.25，0.5和0.75，如圖4所示在負載是無量綱形式表達，在形式最大撓度。 在每一種情況下，比較了由應變能量法的近似解。一般來說，如圖4所示，近似解與P的較小的值的數(shù)值解，但不為不穩(wěn)定區(qū)域是如此的精確。無論如何，能源解決方案的可能幾乎被稱為碟形彈簧近似。 6.3應力-撓度曲線 無量綱總應力在上、下表面與偏轉內緣是顯示在圖5。圖5中，在上表面的曲線相交的下表面，這意味著最大應力出現(xiàn)在上表面為較小的偏轉，偏轉增加曲線，它跳到下表面。圖5中的虛線（B）是誰的錯誤被發(fā)現(xiàn)在瞬態(tài)點增加能源解決方案。但是，碟形彈簧，通常用于在最大應力出現(xiàn)在上表面區(qū)域，因此能源解決方案的應力-撓度曲線可能是良好的近似實際的目的。相反，記住，由應變能法的應力分布，結果并不總是好的合適的值。 6.4比較一Almen一Laszlo的實驗結果 通過J.O.Almen和A.Laszlo的實驗結果被認為雖然是出色的。詳細的設備和方法在他們的論文中未示出。因此，我們嘗試一些比較這些結果與我們的計算結果如圖6。從這些數(shù)字，數(shù)值結果被發(fā)現(xiàn)與實驗結果吻合較好，而能源解決方案：也有很好的近似，除了不穩(wěn)定的區(qū)域，此外，應該指出的是，他們是Almen-Laszlo解決方案的改進。 圖5 7、實驗 重申了數(shù)值解的有效性和能源解決方案，實驗獨立進行Almen和Laszlo。 圖6 具體內容如下： 1）標本 標本制成的SK鋼在日本工業(yè)標準。因此，Young's rnodulus E 和泊松比ν，可以采取如下： E = 21000公斤/平方毫米，V = 0.3 它們的幾何配置表2。 試樣尺寸表2（毫米） 2）加載appratures測量系統(tǒng) 標本，如圖7所示，是舉行了兩次加載附件和由奧爾森型測試儀加載之間。最大撓度測量的差動變壓器式位移計量，和負載細胞和X-Y記錄儀是用于在同一時間獲得連續(xù)的載荷-撓度曲線。固定邊界條件，二硫化鉬潤滑脂涂抹的試樣的接觸部分和加載附件被認為是有效的。 圖7 （3）實驗結果 圖8 圖9 圖10 圖8圖顯示的各種試件的荷載-撓度曲線。在這些數(shù)據(jù)中觀察到，加載與卸載曲線不重合的曲線。這是由于試樣和加載附件，可以通過在接觸部分采用MoSz-grease有防止之間的摩擦力。但應該指出的是，這是必然的-一些試樣的表的初始幾何缺陷。除了摩擦效應，荷載撓度曲線也是這個初始缺陷十分敏感，尤其是彈簧高度的初始缺陷。實際上，大多數(shù)的荷載-撓度曲線實驗表明對于小負載值的參數(shù)如圖所示的奇異性，圖11。在這種情況下，測量高度C應糾正δ圖11如下： 圖11 這種修正的計算和實驗結果之間的比較是非常重要的。所有的圖8圖10是以這樣的方式糾正。 在數(shù)字；實驗結果與能源解決方案相比，它是觀察到的結果顯示出良好的協(xié)議。因此，它被發(fā)現(xiàn)的能源解決方案可用于碟形彈簧的設計為更好的近似比阿爾-拉斯洛公式。 8、對碟形彈簧的設計計算公式 由應變能量法的近似解減少到以下考慮實用方便的形式： 對于負載一偏轉特性， 這些應力， 其中 W: 最大撓度 P：軸向力 σu：在內部邊緣的上表面的總應力 σL：在內部邊緣的下表面的總應力 E：楊氏模量 ν：泊松比 α，N, β, γ:常數(shù) 而且 圖12顯示的值的常數(shù)，α，N,β,γ取決于半徑比ρ，這圖也顯示方程（36）M的值。 9、摘要 碟形彈簧的微分方程的數(shù)值方法，基于Reissner理論彈簧的迭代過程，使檢測精度的近似解和實驗進行了驗證這些結果的有效性。 近似解，本質上是不gawempner方案得到的應變能方法，但更加有用，因為有兩個幾何參數(shù)來代替wempner方案為碟形彈簧的一個很好的近似解。本報告中的數(shù)值方法是由Keller和Reiss的迭代程序的改進，可以應用于其他的非線性問題的近似解可以容易得到。 圖12 應當指出的是，在實驗結果中觀察到的實際的載荷 - 撓度曲線是通過摩擦力在邊緣和初始幾何缺陷的影響。 最后，作者想表達自己的感謝為自己便利進行計算K.JO教授和助理教授S.Makinouch提供的設施 參考文獻 (1)J.O. 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