分析氣動釘槍橡膠緩沖墊的動力學仿真

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1、2013年3月機械設計與制造工程Mar．2Ol3第42卷第3期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．42No．3DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．03．0O4氣動釘槍橡膠緩沖墊的動力學仿真分析陳中哲，章巧芳，彭偉(特種裝備制造與先進加工技術(shù)教育音浙江省重點實驗室(浙江工業(yè)大學)，浙江杭州310014)摘要：為得到氣動釘槍橡膠緩沖墊的動態(tài)應力等響應，以氣動釘槍實測的壓力作為邊界條件，利用非線性動力學分析軟件LS—DYNA對橡膠緩沖

2、墊承受槍針組件沖擊的動態(tài)過程進行了數(shù)值模擬研究。仿真結(jié)果得到的最大應力出現(xiàn)部位與緩沖墊實際破壞位置有較好的一致性。還進行了高速攝像實驗，實驗結(jié)果與仿真結(jié)果的對比驗證了仿真的可靠性。關(guān)鍵詞：氣動釘槍；橡膠緩沖墊；動力仿真；高速攝像中圖分類號：TP29文獻標識碼：A文章編號：2095—509XI2013)03—0018—04氣動釘槍作為一種典型的手持式氣動工具，已被廣泛應用于建筑裝潢、制造包裝等行業(yè)。工作過上鋁蓋程中槍體底部的橡膠緩沖墊承受槍針組件的沖擊，彈簧起緩沖的作用。由于承受連續(xù)的沖擊載荷，使橡膠；衡閥緩沖墊

3、成為氣動釘槍的易損零件。目前，國內(nèi)釘槍企業(yè)所用的橡膠緩沖墊壽命較短，因而直接影響了活塞手柄氣動釘槍整槍的壽命。本文采用動力學數(shù)值模擬方法，利用LS—DYNA氣缸軟件，對氣動釘槍橡膠緩沖墊承受活塞沖擊的動態(tài)槍針過程進行了研究，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)改進和提高緩沖墊緩沖壽命提供理論指導。槍嘴圖1氣動釘槍結(jié)構(gòu)示意圖1氣動釘槍的沖擊系統(tǒng)氣動釘槍是一種以高壓氣體為動力源的氣動沖墊的受沖擊特性進行分析，同時緩沖墊位于槍體工具，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。活塞和槍針通過螺紋配內(nèi)部，用實驗的方法對其進行分析較為困難。因此合構(gòu)成槍針組件。當扣動扳機

4、時，高壓氣體快速進采用動態(tài)非線性有限元軟件LS—DYNA對其進行入活塞上端氣缸，將壓力作用在活塞上表面，此時數(shù)值模擬分析。活塞下端流場氣體壓力與大氣相同。由于活塞上端的作用力P。大于下端作用力P：，在二者的壓力2模型的建立與網(wǎng)格劃分差的驅(qū)動下槍針組件高速運動?。隨著活塞的下橡膠緩沖墊與其他零件的裝配關(guān)系如下：緩沖移，氣缸下部流場空間減小，氣體壓力增大。當活墊底部緊貼在槍嘴上表面，頂部在工作狀態(tài)下承受塞到達下端時，緩沖墊對其起到緩沖作用。在活塞來自槍針組件的沖擊力，側(cè)面與氣缸接觸。由于緩的作用力下，緩沖墊被壓縮產(chǎn)

5、生徑向變形，而緩沖沖墊在工作過程中只與槍嘴、槍針組件及氣缸有直墊的徑向變形將受到氣缸的約束作用。接關(guān)系，因此分析中只建立這些零件的裝配體，然在活塞撞擊緩沖墊的過程中，涉及到活塞對緩后對該裝配體進行分析，并在不影響計算結(jié)果的條沖墊的動態(tài)沖擊、橡膠材料的非線性、各零件之間件下，對槍嘴、槍針組件和氣缸中不與緩沖墊接觸的接觸非線性等問題，很難用解析的方法對橡膠緩的部分做幾何簡化處理，同時在三維造型軟件收稿日期：2012-08—29作者簡介：陳中哲(1988一)，男，浙江金華人，浙江工業(yè)大學碩士研究生，主要研究方向為有限

6、元仿真?！?8·2013年第3期陳中哲，等：氣動釘槍橡膠緩沖墊的動力學仿真分析Pro／E中建立幾何模型。將建立好的幾何模型導人軟件Hypermesh中進行網(wǎng)格劃分，劃分好的六面體網(wǎng)格模型如圖2所示。Strain圖3壓縮應力一應變曲線圖2仿真分析網(wǎng)格模型3材料模型橡膠材料屬高分子聚合物材料，是一種各向同性的體積近似不可壓縮材料。研究表明，橡膠材料Time／ms圖4應力松弛曲線的力學行為主要表現(xiàn)為準靜態(tài)超彈性(非線性彈性)與動態(tài)粘彈特性(應變率相關(guān)性)J。描述超4邊界條件彈性材料特性的理論之一是基于應變能密度函數(shù)氣

7、動釘槍工作時，實際的工況為活塞在上下端的大彈性變形本構(gòu)理論，目前得到廣泛承認并在工氣體壓力差的作用下撞擊緩沖墊，因此如果要模擬程中大量應用的主要是廣義Mooney—Rivlin應變實際的工況，需知在整個撞擊過程中活塞上下端氣能密度函數(shù)_3J。橡膠不僅具有高彈特性，而且其體壓力隨時間變化的曲線。通過在槍體上進行相力學行為是與應變率相關(guān)的，即具有粘彈性u4J。應的位置開孔，并安裝PCB動態(tài)壓力傳感器。通YangLM和Shim等對高應變率下橡膠的本構(gòu)過實驗測得活塞上端氣體壓力隨時間變化的曲線響應進行了理論和實驗研究。

8、由于活塞撞擊緩沖如圖5所示，活塞下端氣體壓力隨時間變化的曲線墊的載荷為沖擊載荷，需考慮應變率的影響。綜合如圖6所示。將實測壓力曲線作為邊界條件施加考慮求解需要和實驗條件，最終選取考慮簡單應變于活塞的有限元模型。由于槍嘴和氣缸相對于活率效應的橡膠粘超彈性材料模型來模擬橡膠材料，塞靜止，故將槍嘴和氣缸作為固定邊界條件處理。即LS—DYNA中的77號材料模型MAT—HY—緩沖墊工作狀態(tài)下與氣