[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110291806.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112926217A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戚向東;常龍;殷帥;趙延恒;張琛璞;邢珂;董志奎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/17;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京孚睿灣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

1.一種用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：其包括如下步驟：

S1、建立多線切割機(jī)繞線輪上金剛石線鋸纏繞長(zhǎng)度-等效壓強(qiáng)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)纏繞長(zhǎng)度-等效壓強(qiáng)數(shù)學(xué)模型計(jì)算現(xiàn)有壁厚下繞線輪所受的等效壓強(qiáng)；其中，所述纏繞長(zhǎng)度-等效壓強(qiáng)模型為：

式中：L為金剛石線鋸的長(zhǎng)度，n為纏繞層數(shù)，h_ψ為纏繞厚度，ψ為線厚修正系數(shù)，P為繞線輪所受的等效壓強(qiáng)，m為纏繞一圈時(shí)的線圈數(shù)且m＝L₁/t，L₁為繞線輪上的繞線部分長(zhǎng)度，t為切割線鋸的排距，D₁為纏繞層的內(nèi)徑，D₂為纏繞層的外徑，d_s為金剛石線鋸的直徑，S為金剛石線鋸的張力，R為繞線輪的外半徑，λ為一系數(shù)且λ的計(jì)算公式為：

其中，E為繞線輪的彈性模量，δ為繞線輪壁厚，E₁為金剛石線鋸的彈性模量，a為金剛石線鋸的橫截面積；

S2、根據(jù)步驟S1中計(jì)算得到的繞線輪所受的等效壓強(qiáng)，建立繞線輪受載過(guò)程的有限元仿真模型，通過(guò)有限元仿真模型仿真求得現(xiàn)有壁厚下的繞線輪內(nèi)壁所受的最大應(yīng)力；

S3、將仿真所得的現(xiàn)有壁厚下的繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力與繞線輪內(nèi)壁許用應(yīng)力進(jìn)行比較，得到現(xiàn)有壁厚下繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力與許用應(yīng)力的差值，并根據(jù)差值大小對(duì)繞線輪壁厚進(jìn)行調(diào)整，直到繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力與許用應(yīng)力差值最?。?/p>

S4、選擇步驟S3中使繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力與許用應(yīng)力差值最小的一個(gè)壁厚的值作為最優(yōu)壁厚。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：在步驟S2中，根據(jù)步驟S1中計(jì)算得到的繞線輪所受的等效壓強(qiáng)，建立繞線輪受載過(guò)程的有限元仿真模型，在繞線輪的兩側(cè)通過(guò)Remote Displacement施加全約束，在繞線輪的輪身施加徑向載荷，仿真得到繞線輪所受應(yīng)力的最大位置位于其內(nèi)壁，提取并記錄下在現(xiàn)有壁厚下其內(nèi)壁所受的最大應(yīng)力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟S3中許用應(yīng)力根據(jù)繞線輪的屈服強(qiáng)度和安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，許用應(yīng)力為屈服強(qiáng)度除以安全系數(shù)的商值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：在步驟S3中，將有限元仿真得到的繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力與其許用應(yīng)力進(jìn)行比較；若繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力大于其許用應(yīng)力，則增大壁厚，重新仿真計(jì)算其內(nèi)壁最大應(yīng)力并再次與其許用應(yīng)力進(jìn)行比較；

若繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于其許用應(yīng)力，則減小壁厚，重新仿真計(jì)算其內(nèi)壁最大應(yīng)力并再次與其許用應(yīng)力進(jìn)行比較；

直到繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力與許用應(yīng)力差值最小，結(jié)束仿真過(guò)程。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：在步驟S4中，根據(jù)步驟S3中對(duì)繞線輪內(nèi)壁所受的最大應(yīng)力與其許用應(yīng)力的差值情況，記錄多個(gè)壁厚值，選擇步驟S3中使繞線輪內(nèi)壁所受最大應(yīng)力與許用應(yīng)力差值最小的一個(gè)壁厚值作為最優(yōu)壁厚。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟S1中線鋸纏繞長(zhǎng)度-等效壓強(qiáng)數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)，結(jié)合具體的線切割機(jī)產(chǎn)品品種、規(guī)格、工藝參數(shù)范圍以及金剛石線鋸材質(zhì)參數(shù)進(jìn)行確定。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于多線切割機(jī)繞線輪壁厚的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟S1中，在保證繞線輪強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足的條件下，通過(guò)建立的金剛石線鋸纏繞長(zhǎng)度-等效壓強(qiáng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所需纏繞金剛石線鋸的長(zhǎng)度直接計(jì)算出作用于繞線輪的等效壓強(qiáng)。