薄板刚度检测系统设计与实现

 2022-01-17 11:01

论文总字数:29303字

目 录

1 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 薄板刚度研究的相关发展 1

1.2.1 刚度概念 1

1.2.2 刚度表示 2

1.2.3 国内外研究现状 3

1.3 课题意义 5

1.4 课题主要研究内容 6

2 薄板刚度研究 7

2.1 引言 7

2.2 刚度测量原理 7

2.2.1 刚度影响因素及测量原理 7

2.2.2 刚度评价指标 9

2.2.3 刚度检测的一般方法 11

2.3 初始点斜率法 11

2.4 本章总结 12

3 薄板刚度检测系统硬件说明 12

3.1 引言 12

3.2 系统总体结构设计 13

3.2.1 检测系统原理 13

3.2.2 系统设计框图 13

3.3 硬件部分主要组成 14

3.3.1 步进电机 14

3.3.2 传感器 14

3.3.3 数据采集卡 16

3.4 软硬件之间的通信 16

3.5 本章总结 17

4 薄板刚度检测系统软件设计 17

4.1 引言 17

4.2 本系统软件部分设计思想 18

4.3 界面设计 18

4.3.1 开始界面 18

4.3.2 实验界面 19

4.3.3 分析界面 20

4.4 功能实现 21

4.4.1 数据保存 21

4.4.2 数据查询 22

4.4.3 曲线拟合和刚度计算 23

4.4.4 生成报表 25

4.5 本章总结 27

5 系统调试及系统评价 28

5.1 引言 28

5.2 软件实验数据 28

5.2.1 模拟所用薄板基本力学性能 28

5.2.2 软件模拟运行 29

5.3 本章总结 31

6 结 论 31

参考文献 32

致 谢 33

薄板刚度检测系统设计

吕妍

,China

Abstract:With the rapid development of modern society, the manufacturing technology of mechanical parts in automobile industry is developing rapidly. In particular, the manufacturing technology of outer covering parts of the body is getting more and more attention. Car cover is a kind of automobile parts that make up the car body and cab. Its basic shape is a thin shell that does not open its mouth. It also has the decoration function. Its stiffness is an important research topic in the field of automobile covering parts. It can measure the ability of a sheet to resist static deformation. At the same time, the computer field develops rapidly, and the automation control science and technology has made a great breakthrough. This marked the beginning of a new era of industrial production technology. Therefore, the detection technology also needs to develop further, not only to emphasize the measurement accuracy, but also to pursue the system's convenience and intelligence.At present, there are many stiffness tests for small components and components, but there is not much involved in the detection of thin plate stiffness similar to the exterior cover of the body. Therefore, it is necessary to develop suitable test software to meet the requirement of measuring the stiffness of the measured parts. In this paper, the initial point slope method is selected as the basis of evaluation index of sheet stiffness, and software design is applied to the thin-slab stiffness detection system. The system uses C programming language and MFC technical programming. The system has a series of functions such as detecting stiffness, analyzing data and generating reports.

Keywords:Stiffness; Car coverage; Evaluation method of stiffness; The initial point slope method;C

1 绪论

1.1 引言

覆盖件刚度研究体系的主要内容就是其刚度的检测和评价。正因如此,许多工业发展快速的国家中,无论是覆盖件薄板的生产商,还是汽车的制造商,都研究过构件的刚度指标和评价标准。但是目前仍多是根据具体的试验结果来比较和分析完成评估,并没有统一的参数对覆盖件刚度进行评价,而且试验的方法也不尽相同。目前针对覆盖件薄板刚度的检测还停留在一个初始水平,这是因为缺乏刚度评估方法和标准的统一化、归一化。这种情况下,覆盖件薄板的检测还面临着由当前愈加完备的自动化工业水平带来的新的挑战。传统的手压经验式检测和人工机械式检测手段因为其本身的科学依据不足,可操作性也就大打折扣,检测结果的准确性得不到有力保证,工业自动化的要求逐渐得不到真正的满足,所以被渐渐淘汰。现在越来越受到重视的是具有便捷、精确等特点的薄板刚度检测系统的开发。

现代工业的发展中,覆盖件薄板刚度的检测受到了日益增加的关注。遗憾的是,当前的覆盖件薄板刚度检测大多都是在抗凹试验机上完成的,主要是检测覆盖件薄板的抗凹刚度。 而且,现在进行的刚度检测所使用的检测装置体量都比较大,总体设计基本都是框架式的,在实际的检测试验中难以发挥便捷性,使用感亟待提高。为了解决问题,本文通过查阅、学习刚度检测试验的各种记录和资料,了解、分析现有的主要刚度评价指标和标准,运用这些内容设计开发出一个小型的针对汽车覆盖件的薄板刚度检测系统。

本设计的优点在于以下三个方面:(1)检测系统体量小,功能便捷,可广泛应用于不同场所的实际刚度检测实验;(2)软件的工作稳定、可靠;(3)软件人机交互界面简洁,操作流程简单明了。

1.2 薄板刚度研究的相关发展

1.2.1 刚度概念

刚度的定义:机械构件抵抗变形的能力被称为构件的刚度。刚度能够衡量覆盖件等构件在经受来自外部的加载力的情况下产生的变形的大小。这就意味着构件在受到作用力时,在自身的弹性性能允许的范围内会产生一定的形变,也就是位移。刚度一般分为静刚度和动刚度。静刚度指的是静作用力下覆盖件构件抵抗变形的能力。抵抗变形的能力也就是引起机械零件产生单位振幅所需的动态力。

正如机床在外力作用下产生的形变过大会影响成品加工的精度,齿轮轴产生的过度形变会使齿轮啮合状况受到不良影响等,构件的变形会对构件的工作和使用产生一定的影响。而刚度会受到影响的两个重要因素,一个是构件材料的弹性模量,还有一个是构件材料的结构形式,所以改变弹性模量和结构形式会改变构件刚度。进行刚度计算,意义还在于为研究振动理论和构件的稳定程度打下坚实基础。

在汽车的行驶过程中,不可避免的,车身外板此类的覆盖件薄板会受到来自外部的能量的作用,比如说由此车的震动或者受到的撞击产生的动能量,还有触碰挤压产生的静能量。上述作用会使薄板发生弹性形变和塑形形变两种情况,如果发生了弹性形变,薄板就是在震动或挤压碰撞中产生了凹陷形变,这种形变的程度会随着挤压碰撞等的程度增加而增加,只有这种外部作用力消失以后,薄板才会恢复开始的形态。综上,汽车覆盖件的胀拉刚度指的就是汽车车身外部薄板受到外部能量影响抵抗弹性形变的能力。而把覆盖件抵抗能量作用后产生的局部永久凹痕这种塑性变形的能力称为抗凹刚度。

1.2.2 刚度表示

覆盖件刚度所对应的感觉,其实就是用手按压覆盖件薄板的时候感受到的阻力。刚度这个方面的特点通常用覆盖件在集中载荷作用下获得的载荷(P)与挠度(δ,载荷作用下产生的下凹位移)的关系曲线来表示(如图1-1所示,三种不同冲压件的载荷-挠度关系曲线)。

图1-1 载荷-挠度关系曲线

仔细观察曲线图,可以发现其中三种冲压件的载荷-挠度的形状存在很大差别。图中,A曲线所示的情况是,冲击件所受外部作用力保持不变,梯度较大的时候,该冲击件的形变量和对应的刚度成反比关系;相对应的是C曲线,该曲线所示的情况是,梯度较小的时候,受到相同的载荷作用时会产生较大的挠度;B曲线是冲击件刚度的典型特性曲线。在B曲线的初始阶段,也就是梯度较大的时候,作用力不断增大使得冲击件产生的位移也就是挠度不断增大,这种情况一直持续到载荷达到某个值,也就是载荷的极值点(如图PB点所示),到这个阶段,位移会产生一个直线增大,然后载荷会在到达PB 点之后减小。如图1-1PB点处所示,当冲击件所受作用力达到极值点的时候,会产生油壶效应。冲击件表面,在对其施加载荷时产生一个凹陷,这也就是突破了该冲击件所能承受的作用力极限,使得冲击件失去了稳定性,这个时候作用在冲击件上的载荷被称为油壶载荷。

冲击板的刚度可以用在该冲击板中央施加载荷之后产生的挠度δ来表示。表示方法如公式1-1所示:

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