手持冲击类工具壳体动力学特性分析与结构优化设计.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER手持冲击类工具壳体动力学特性分析与结构优化设计周瑞丽1，姚春燕2，杨涛3，郑士先3(1．台州职业技术学院机电工程学院，浙江台州318000；2．浙江工业大学先进制造技术教育部重点实验室，杭州310000；3．台州市大江实业有限公司，浙江台州317500)摘要：通过对手持式冲击类工具进行工作状态下的动力学特性分析，得到；中击环境下壳体的应力分布状态．确定冲击强度薄弱位置，进行结构优化设计。优化后结构的数值模拟结果表明优化结构提高了壳体强度，日与试验结果

2、基本一致，解决了手持；中击类工具壳体冲击强度不足，需反复试制问题。关键词：冲击强度，动力学特性；结构：应力中图分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)07—0093—03DynamicsCharacteristicsAnalysisandOptimalStructureDesignofHand-heldImpactToolZHoURuilP,YAOChunYan2,YANGTa03,ZHENGShixian3(1．Mechanical＆ElectricalEn

3、gineering，CollegeTaizhouVocational＆TechnicalCollege，Taizhou318000，China；2．TheMOEKeyLaboratoryofMechanicalManufactureandAutomation，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou310014，China；3．TaizhouDajiangInd．Co．，Ltd．，Taizhou317500，China)Abstract：Thispapera

4、nalyzesdynamiccharacteristicsofthehand-heldimpacttoolunderworkingstate．Thestressdistributionstateoftheshellunderimpactenvironmentisobtained，andtheweakpositionofimpactstrengthisdetermined．Thenumericalsimulationresultsshowthattheoptimizedstructureimpro

5、vesthestrengthoftheshell，andthetestresultsarebasicallyconsistentwiththeexperimentalresuhs．KeyWords：impactstrength；dynamicscharacteristic；structure；stress0引言手持冲击类工具壳体在进行结构设计时，不仅要符合人机工程学，尽量轻型化，使操作者抓握舒适并降低零件制造成本。在目前的轻量化设计中，主要从减薄壳体壁厚和运用塑料类轻型材料两大方面进行研究和探索

6、。而壁厚减薄和塑料材料的应用势必会降低壳体结构强度，进而影响耐冲击的工作性能要求。以典型手持冲击工具壳体——国内某型号气动钉枪枪体为例，针对其在试验中出现的枪体破裂失效现象，以Abaqus为计算平台，模拟气钉枪的真实工作状态，对试验失效的几何模型进行动力学特性分析，根据分析结果推测失效原因，并进行结构改进设计。对改进后的结构再次进行相同边界条件的分析，对比两种结构的应力状态，初步评估设计方案，减少反复试制中的成本浪费，为手持冲击类工具壳体设计提供指导【11。1枪体的冲击传递气动钉枪直接冲击件主要

7、包括枪体、活塞、缓冲垫、枪针、气缸和枪嘴等。其中枪体上端与上铝盖一起构成钉枪的外部支撑，并和活塞缸、镶套、缓冲垫、密封环、活塞和枪针等内部零部件一起形成内部气室，下端连接枪嘴。枪体的延伸部分为手柄，供操作人员把持所用，内部中空，引导工作气体进入[21，完成射钉动作。打钉时，活塞在上下压差作用下，带动枪针组件一起向下运动。活塞与缓冲垫及枪嘴底部冲击时，应力波会通基金项目：台州市科技计划项目(14GY06)过缓冲垫传至枪嘴，由于枪体通过螺钉与枪嘴相连，因此，应力又通过枪嘴向枪体传递，使得枪体上产生一

8、定的应力和变形[31。应力如超过枪体材料的强度极限，就会导致枪体失效。因此，不仅要关注缓冲垫的缓冲效果，还要关注缓冲后应力波向枪体的传递情况，对冲击作用下的枪体进行动力学特性分析【4】。2枪体动力学特性分析探索枪体失效原因，要解决的是在活塞的冲击力作用下，枪体结构能否满足强度要求的问题。因此，在数值模拟分析中，枪体作为重点关注件，对其结构不做任何简化，以达到提高计算精度，获得更接近实际的计算结果的目的151。对枪针组件及枪嘴局部等其他对分析结果不产生影响的结构进行简化，以提高分析效率。分析中，枪