本文關(guān)鍵詞：金屬鋸切圓鋸片的仿生設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在日常生產(chǎn)和生活中,金屬材料的加工、處理需要切割、截?cái)嗟葯C(jī)械切割過程。在眾多切割方法中,機(jī)械切割因其高適應(yīng)性、低成本和高效率等優(yōu)點(diǎn)在金屬工業(yè)中扮演者重要的角色。作為機(jī)械切割方式之一的圓鋸片切割,因工作效率高、原料浪費(fèi)少以及二次加工量少等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于包括鋁金屬工業(yè)在內(nèi)的諸多領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)鋸片的鋸切過程通常是通過鋸片的邊旋轉(zhuǎn)、邊移動(dòng),對(duì)切割對(duì)象逐次沖擊,產(chǎn)生沖擊破裂,同時(shí)在刀頭周圍部分連續(xù)進(jìn)行壓縮破裂和切割,但是切割效率并不高,而且鋸切阻力較大,鋸齒部分容易產(chǎn)生裂紋、斷裂和磨損。仿生學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科,在解決切割刀具常見的摩擦磨損、切割效率、能耗等問題時(shí),為研究人員提供了全新的研究思路和有效的研究方法。獾也稱為狗獾、歐亞獾,其牙齒極其鋒利、堅(jiān)硬,甚至能夠咬斷軍用鐵鍬。本文以獾的犬齒為研究對(duì)象,通過對(duì)其牙齒結(jié)構(gòu)特性和力學(xué)特性的研究,找出其犬齒鋒利、堅(jiān)硬及高效刺穿的機(jī)理,并用于鋸片的仿生設(shè)計(jì)中,以提高金屬鋸切圓鋸片的鋸片效率、減小鋸切阻力。首先,通過對(duì)獾犬齒的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及組成成分進(jìn)行測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)獾犬齒良好的力學(xué)性能與其獨(dú)特的外形結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系;利用逆向工程技術(shù)對(duì)獾牙齒進(jìn)行三維實(shí)體模型重構(gòu),通過對(duì)犬齒結(jié)構(gòu)及刺穿機(jī)理分析,將其特征曲線分為刺入段、切割段及滑動(dòng)段。用最小二乘法對(duì)三段曲線進(jìn)行擬合,得到曲線方程,并用于圓鋸片的設(shè)計(jì)中,得到仿生鋸片A,且設(shè)計(jì)仿生鋸片B和仿生鋸片C作為仿生對(duì)照組。其次,建立鋸片的鋸切力學(xué)模型,對(duì)其鋸切過程進(jìn)行分析,求鋸片鋸切時(shí)的理論鋸切力;通過對(duì)直徑為D=180mm鋸片鋸切直徑為d=30mm鋁棒時(shí)的力能參數(shù)計(jì)算,得到鋸片的鋸切功率N=0.728KW,切向鋸切力Ft=406.57N,徑向鋸切力Fr=100N,為靜力分析提供載荷條件。根據(jù)載荷條件建立鋸片鋸切的有限元模型,通過靜力分析對(duì)仿生鋸片和普通鋸片的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行比較,得到仿生鋸片A在同等受力條件下變形較小,且所產(chǎn)生的應(yīng)力也很小。最后,選取鋸片轉(zhuǎn)速、工件的進(jìn)給速度、鋸片直徑及鋁管直徑作為試驗(yàn)因素,以鋸切過程中的所產(chǎn)生扭矩和拉力為實(shí)驗(yàn)指標(biāo),選用L9(31×23)正交表對(duì)仿生鋸片的鋸切力進(jìn)行正交試驗(yàn)分析,通過鋸片的實(shí)際鋸切試驗(yàn)來比較所設(shè)計(jì)的仿生鋸片的優(yōu)劣。經(jīng)過分析得到,本文所選試驗(yàn)因素均與鋸切過程中的扭矩和拉力顯著相關(guān);試驗(yàn)各因素對(duì)仿生鋸片鋸切時(shí)的扭矩和拉力影響的主次關(guān)系為:鋸片轉(zhuǎn)速工件進(jìn)給速度鋸片直徑工件直徑。另外,通過仿生鋸片和普通鋸片的單因素比較發(fā)現(xiàn),在相同鋸切條件下,仿生鋸片A相對(duì)于狼牙齒形鋸片鋸切時(shí)的扭矩降低了18.4%,而相對(duì)于鼠牙齒形鋸片降低了6.5%;仿生鋸片A相對(duì)于狼牙齒形鋸片鋸切時(shí)的拉力降低了約27.7%,相對(duì)于鼠牙齒形鋸片降低了約10%,且仿生鋸片A鋸切的切口較為平整,工件切口質(zhì)量最好。這是因?yàn)榉律徠珹的齒形輪廓采用仿生曲線,在保證鋸齒齒寬的同時(shí),也增大了鋸齒的前角,因此既能保證鋸齒的剛度,使其受力時(shí)變形較小,同時(shí)也降低了鋸片的鋸切阻力,提高了鋸片的鋸切性能�？傮w而言,本文以提高現(xiàn)有金屬鋸切圓鋸片的鋸切性能、降低鋸切阻力為目標(biāo),將仿生設(shè)計(jì)的理念與技術(shù)用于鋸片的設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)出了基于獾犬齒的仿生鋸片,通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該鋸片具有降低鋸切阻力、提高鋸切質(zhì)量的效果,為高性能鋸片的設(shè)計(jì)與推廣提供參考。
【關(guān)鍵詞】：仿生鋸片 鋸切力 獾犬齒 仿生設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG717
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題來源12
• 1.2 研究的背景及意義12-14
• 1.3 問題的提出及解決辦法14-15
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.4.1 金屬鋸片的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4.2 仿生學(xué)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 獾牙齒的力學(xué)性能探究20-34
• 2.1 試驗(yàn)材料的選取與制備20-21
• 2.1.1 試驗(yàn)材料20
• 2.1.2 試樣制備20-21
• 2.2 試驗(yàn)過程及方法21-29
• 2.2.1 獾牙齒的機(jī)械性能測(cè)試21-24
• 2.2.2 獾牙齒微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)量24-26
• 2.2.3 牙齒的元素及成分分析26-29
• 2.3 討論及分析29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-34
• 第3章 圓盤鋸的仿生設(shè)計(jì)34-48
• 3.1 獾牙簡(jiǎn)介34
• 3.2 獾犬齒特征曲線的提取34-41
• 3.2.1 3D激光掃描器及逆向工程軟件Geomagic介紹34-35
• 3.2.2 牙齒三維模型的重構(gòu)及曲線的提取35-41
• 3.3 曲線的擬合與優(yōu)化41-44
• 3.3.1 曲線的分析與選取41-42
• 3.3.2 曲線的擬合與優(yōu)化42-44
• 3.4 鋸片的設(shè)計(jì)44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-48
• 第4章 鋸切力的理論計(jì)算及鋸片的力學(xué)模擬48-66
• 4.1 鋸切力的理論計(jì)算48-54
• 4.1.1 鋸片參數(shù)的選擇48
• 4.1.2 鋸切力學(xué)模型的建立48-54
• 4.1.2.1 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算49-50
• 4.1.2.2 鋁金屬在鋸切過程中的塑性變形分析50-51
• 4.1.2.3 鋸切功率及鋸切力的分析與計(jì)算51-54
• 4.2 鋸片的力學(xué)模擬分析54-64
• 4.2.1 有限元技術(shù)簡(jiǎn)介及其發(fā)展54-55
• 4.2.2 ANSYS軟件簡(jiǎn)介55-56
• 4.2.3 鋸片的靜力學(xué)分析56-57
• 4.2.4 參照對(duì)象的選取57-59
• 4.2.5 試驗(yàn)結(jié)果及分析59-64
• 4.3 本章小結(jié)64-66
• 第5章 試驗(yàn)臺(tái)的搭建及鋸片樣本的制備66-78
• 5.1 試驗(yàn)臺(tái)搭建的背景66-69
• 5.1.1 試驗(yàn)臺(tái)搭建的技術(shù)要求66-67
• 5.1.2 試驗(yàn)臺(tái)介紹及搭建過程67-69
• 5.2 試驗(yàn)臺(tái)的重要儀器及設(shè)備69-75
• 5.2.1 數(shù)據(jù)的采集設(shè)備69-73
• 5.2.2 試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力設(shè)備及其變速設(shè)備73-75
• 5.3 圓鋸片試樣的制備75-76
• 5.4 本章小結(jié)76-78
• 第6章 圓鋸片鋸切試驗(yàn)78-98
• 6.1 試驗(yàn)設(shè)備及方法78
• 6.2 鋸片的對(duì)比鋸切試驗(yàn)78-81
• 6.2.1 試驗(yàn)因素78-79
• 6.2.2 試驗(yàn)方案及安排79-80
• 6.2.3 試驗(yàn)指標(biāo)80-81
• 6.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析81-96
• 6.3.1 鋸切過程及分析81-84
• 6.3.2 試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比及分析84-93
• 6.3.3 鋁管鋸切斷口分析93-96
• 6.4 本章小結(jié)96-98
• 第7章 結(jié)論與展望98-102
• 7.1 主要結(jié)論98-99
• 7.2 展望99-102
• 參考文獻(xiàn)102-110
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及參與科研項(xiàng)目情況110-112
• 導(dǎo)師及作者簡(jiǎn)介112-114
• 致謝114

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 譚心;黃虎;陳琳;;圓鋸片鋸切H型鋼過程分析及齒形參數(shù)優(yōu)化[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2014年12期

2 譚心;張慶斌;陳琳;黃虎;;冷鋸機(jī)鋸片有限元模態(tài)分析[J];現(xiàn)代制造工程;2014年02期

3 陳立明;;沖壓式終端錨固線夾框架受力分析[J];鐵道技術(shù)監(jiān)督;2013年04期

4 朱丹丹;李秋紅;;牙本質(zhì)粘結(jié)界面混合層形成的影響因素[J];大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào);2013年01期

5 鄧玲黎;李耀明;徐立章;秦同娣;龐靖;;圓盤式玉米莖稈切割試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與切割過程分析[J];農(nóng)機(jī)化研究;2013年01期

6 陳政偉;;預(yù)合金粉在金剛石工具中的應(yīng)用研究[J];金剛石與磨料磨具工程;2012年06期

7 張士強(qiáng);李自芹;劉曉雯;;金屬鋸片齒形參數(shù)優(yōu)化[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年11期

8 陳良波;鄭亞青;;基于最小二乘法的曲線擬合研究[J];無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2012年05期

9 程亮;王立昆;;剪板機(jī)刀片新材料的試驗(yàn)與研究[J];鍋爐制造;2012年04期

10 李曉娜;謝滿堂;;鋁合金熱軋變形抗力模型的試驗(yàn)研究[J];一重技術(shù);2012年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 李常營(yíng);留高茬式玉米收獲機(jī)切割部件的仿生設(shè)計(jì)及其切割機(jī)理[D];吉林大學(xué);2014年

2 謝志剛;上海地區(qū)狗獾（Meles meles）的生態(tài)學(xué)研究[D];華東師范大學(xué);2011年

3 文立閣;滅茬刀輥仿生減阻研究[D];吉林大學(xué);2009年

4 朱永偉;金剛石鋸片的組織結(jié)構(gòu)及鋸切力學(xué)分析[D];中南大學(xué);2002年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃虎;冷鋸機(jī)鋸片的鋸齒結(jié)構(gòu)和鋸切工藝參數(shù)研究[D];內(nèi)蒙古科技大學(xué);2014年

2 聞健;人體天然牙及牙科修復(fù)材料沖擊磨損行為的體外試驗(yàn)研究[D];西南交通大學(xué);2014年

3 林福東;獾牙齒特性及其仿生應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2014年

4 吳曉光;氨基酸誘導(dǎo)牙表面釉質(zhì)樣羥基磷灰石仿生合成的體外研究[D];吉林大學(xué);2014年

5 洪嘯;TBM刀盤驅(qū)動(dòng)方案與試驗(yàn)臺(tái)相關(guān)設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2014年

6 李想;多坐標(biāo)回轉(zhuǎn)體測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)與控制方法研究[D];天津大學(xué);2012年

7 林學(xué)杰;圓鋸機(jī)鋸切金屬過程力能參數(shù)計(jì)算研究[D];中南大學(xué);2012年

8 陳曦;基于逆向工程的曲面擬合與模型精度分析[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

9 李菲;二次鋁灰低溫堿性熔煉研究[D];中南大學(xué);2011年

10 張吉浩;高壓共軌噴油器性能測(cè)試裝置的試驗(yàn)研究[D];蘭州理工大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：金屬鋸切圓鋸片的仿生設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：282069