1、本科毕业论文（20 届）基于 SolidWorks 的落镖冲击试验仪的设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘 要落镖冲击试验仪又称落镖冲击试验机，是在给定高度的自由落镖冲击下，测定 50%的试样破损时的能量（用质量表示）的一种试验机，适用于塑料薄膜和薄片以及钢板涂层。本论文的落镖冲击试验仪的设计，对传统的落镖冲击试验仪结构及工作性能进行改进构思，完成了塑料薄膜冲击性能测试仪器的设计。本文对冲击性能测试仪器的工作原理、运动机构进行了研究。落镖冲击试验仪测试原理：试验开始时，首先选择试验方法，估计一个初始质量和 m值，进行
2、试验，如果第一个试样破损，用砝码 m减少落体质量；如果第一个试样不破，须用砝码 m增加落体质量依此进行试验。总之，利用砝码减少或增加落体质量，取决于前一个试样是否破损。20 个试样试验后，计算破损总数 N，如果 N 等于 10，试验完成；如果 N 小于 10，补充试样后，继续试验直到 N 等于 10；如果 N 大于 10，补充试样后，继续试验直到不破损的总数等于 10 为止，最后由系统自动计算冲击结果。通过 solidworks 软件对实验仪器的重要部件进行了结构设计并进行了装配，利用 IPA 插件对冲击实验过程进行了动态模拟。所设计的仪器结构合理，操作简单，设备能够对薄膜的冲击性能进行测试，
3、符合国家标准。通过冲击过程的动态模拟效果显示，能够将实验过程以动画的形式生动地展示出来。关键词：落镖冲击实验仪；设计；Solidworks；IPA；模拟本科生毕业论文IIAbstractFalling dart impact tester is also known as drop-dart impact tester. The drop is a dart at a certain height impact. Damaged 50% of the sample measured the energy (expressed by mass) of a testing machine. For
4、 plastic film and sheet and plate coating.This paper falling dart impact tester design, the traditional drop-dart impact tester structure and performance to improve ideas. Complete the design of the plastic film impact performance testing equipment.In this paper, the impact of the working principle
5、of the performance test equipment, sports bodies have been studied. Falling dart impact tester testing principles: at baseline, first select the test method, estimate an initial mass and m in the test. If the first sample is damaged, then the falling body with a weight reduction of the quality of m.
6、 If the first sample is not broken, should fall with increased body mass weight m to test so. In short, the use of weight reduction or increase in body weight, depending on whether the damaged one sample before. 20 specimens, the calculation of the total number of damaged N, if N is equal to 10, the
7、 test is completed. If N is less than 10, additional samples, to continue to test until N is equal to 10. If N is greater than 10, additional samples, to continue testing until the total is 10 not broken until the final results by the system automatically calculates the impact.Solidworks software wi
8、th an important component of the experimental apparatus was designed and carried out structural assembly, using IPA plug on the impact the dynamic simulation experiment. Reasonable structure of the instrument designed, simple operation, the device can test the performance the impact the film, in lin
9、e with national standards. The impact the process through the dynamic simulation results show that the ability to experiment in the form of animation vividly displayed.Key words: falling dart impact test instrument; design; Solidworks; IPA; simulation本科生毕业论文III目 录前 言 .1第一章 试验仪与使用软件的介绍 .21.1 试验仪的介绍 .
10、21.2 我国试验机标准化的历史与现状 .31.3 Solidwork 及 IPA 的介绍 .41.3.1 Solidworks 的发展 .41.3.2 Solidworks 的简介 .41.3.3 基于 Solidworks 的优点 .51.3.4 基于 Solidworks 的设计方法 .5 1.3.5 IPA 的介绍 .6第二章 实验仪的设计步骤 .72.1 落镖冲击实验仪的设计思想及方案确定 .72.2 测试仪的工作原理分析 .72.3 各关键零部件及整体结构的设计 .72.3.1 各零部件的设计 .72.3.2 整体结构设计 .162.4 测试仪的调整及操作过程 .162.4.1 测
11、试仪的调整 .162.4.2 落镖冲击测试试验 .172.4.3 试验结果的处理 .17第三章 IPA 动态模拟 .193.1 动态模拟操作 .193.2 动态模拟效果 .23结 论 .26致 谢 .27参考文献 .28本科生毕业论文1前 言落镖式冲击试验仪是满足 ISO7765塑料薄膜和薄片抗冲击性能的测定- 自由落镖法，同时符合 GB/T9639塑料薄膜和薄片抗冲击性能试验方法自由落镖法，及ASTMD1709 聚乙烯塑料抗自由落镖冲击的标准试验方法主要用于在给定高度的自由落镖冲击下，测定 50塑料薄膜，薄片材料试样破损时的能量值（以冲击破损质量 g 表示）；适用于工矿企业、科研单位、质检部
12、门及学校等行业。落体式冲击试验台是进行冲击振动试验的一种主要的试验设备。它被广泛应用于航天、航海的试验领域,各种电子类产品的模拟公路运输试验也缺不了落体式冲击试验台。检定冲击试验台的标准装置是振动动态信号分析仪套组（PULSE 3560C）,由标准振动测量仪（加速度传感器+电荷放大器）、数据采集前端和函数分析软件组成 1。冲击台是利用重物自由落体以激励起系统瞬态扰动加速度突然变化的一套装置。该装置可产生半正弦波、后峰锯齿波和梯形波等基本冲击波形。它通常由台体、控制系统、试验参数测量显示系统及缓冲器所组成 2。塑料薄膜和薄片是目前应用最为广泛的包装材料之一 3，但目前薄膜的种类繁多，性能存在重大
13、的差异。为了发挥包装薄膜在产品的储存、运输过程中的最大优势，需要研究薄膜的厚度、成分等工艺参数对薄膜的性能影响。而薄膜的韧性、冲击性能是考察其物理性能的一个重要指标。薄膜韧性、冲击性能的测定方法有很多，其中利用落镖冲击的方法测定材料的冲击性能是一种高效而又快捷的方法。目前国内外落镖试验大都是以人工使用机械、电子等仪器对薄膜和薄片材料进行实际的落镖冲击性能测试。落镖试验要求在所规定的试验标准下进行并得出精确的数据，这依赖于落镖试验仪器的先进性、试验者操作的规范性以及避免或减少环境因素的影响。目前先进的落镖测试仪将数据用微型计算机处理，试验过程智能化 4，如试样气动夹紧、释放，减少了试验误差与试验
14、时间；试验过程也无需人工画图标记，数据参数系统液晶显示；试验数据系统自动识别、计算，无需人工干预；试验自动结束，结果多种单位显示，微型打印机输出。抗冲击性，国内外落镖试验器械的研究方向是智能化操作控制及仪器精密性，着重于提高操作简便性、准确率及效率，尚未涉及材料能的记忆查询功能，不利于材料的统一管理。本科生毕业论文2第一章 试验仪与使用软件的介绍1.1 试验仪的介绍落镖冲击实验仪测量厚度小于 1mm 的塑料薄膜或薄片在给定高度的自由落镖冲击下，50%薄膜或薄片式样破损时的冲击质量 5。有两种方法可供选择：A 法和 B 法。A 法适用于冲击破损质量为 50-2000g 的材料，冲击高度为 660
15、mm；B 法适用于冲击破损质量 300-2000g的材料，冲击高度为 1500mm。图 1.1 为常见落镖冲击试验仪所示图。 1、试样夹具：采用二个环形夹具，下夹具固定在水平面上，上夹具(动夹具) 与下夹具须保持平行。 2、环形夹具与试样接触表面须附有橡胶垫圈。3 电磁铁：须能吸住或放开质量为 2000 克的落体。基本操作步骤：系统上电选择试验方法估计初始冲量和 m根据冲击结果增加或减少 m系统自动计算进度自动判断是否满足结束条件显示试验结果打印试验报告试验结束。具体操作如下：1.接通电源和气源。2.夹好试样。3.打开控制器左侧开关，屏幕显示软件开发商名称，按面板右下角开关，进入实验界面：a、
16、按“方法”键，选定试验方法（A 或 B 法）。b、按“m”键，设定初始质量（根据材料，选定一个估计质量） ，被选定数字下面有“_” 横线闪烁，即可修改此数字，按“”或“”箭头，来设定数值大小，然后按数字键，即可设定初始质量。C、按“ m” 键，设置“变化质量”既增加或减少质量，按“” 或“”箭头，再按数字键，就可以设定“变化质量”。d、m 和m 设定好后，按下“新实验”键，显示“当前质量”，此时数值不可更改。4.按照试验方法，在相应镖头上加上砝码（A 法：50g+砝码=初始质量，B：150g+ 砝码 =初始质量） 6。图 1.1 落镖冲击试验仪本科生毕业论文31.2 我国试验机标准化的历史与现
17、状为了阐明我们试验机的标准化工作，首先就要重述一下国际标准化组织制定的 ISO/IEC指南 2(1996 年版)和国家标准 GB/T 20000.122002 中给标准化下的定义“:为在一定范围内获得最佳秩序，对现实问题或潜在问题制定共同使用和重复使用的条款的活动。 ”以上标准化所述的活动主要包括编制、发布和实施标准的过程。其标准化的主要作用是在于为了能够达到预期目的改进产品、过程或服务的适用性，防止贸易壁垒，并促进技术合作。我国试验机产品的标准化起始于早期的材料试验机产品的机械化、系列化生产。试验机产品的标准化随着试验机产品的发展而发展，而其标准化的领域是随着试验机产品种类的不断扩大而扩大。
18、追根溯源，试验机的标准化距今己有 45 年的历史了，最早面世的试验机标准是在 1961 年，由当时的第一机械工业部发布，并由当时的试验机行业技术研究所长春材料试验机研究所提出并制定的下述九项仪器仪表专业标准:1)仪(Y)62261 洛氏硬度试验机技术条件;2)仪(Y)63261 液压万能材料试验机技术条件;3)仪(Y)64261 液压式压力试验机技术条件;4)仪(Y)65261 机械式拉力试验机技术条件;5)仪(Y)66261 扭转试验机技术条件;6)仪(Y)67261 线材扭转试验机技术条件;7)仪(Y)68261 摆锤式冲击试验机技术条件;8)仪(Y)69261 悬臂梁弯曲疲劳试验机技术条
19、件;9)仪(Y)70261 纯弯曲疲劳试验机技术条件 7。所以这九项仪器仪表专业标准的发布填补了我国试验机专业无产品标准的空白，这也是我国试验机行业标准化工作起始点的标志。在当时技术水平和生产条件下，试验机的标准化领域还只局限在金属材料试验机这一小类试验机产品的范围内。而当今拉伸试验方法已经从机械化进入了数字化，冲击试验在我国尚处于 20 世纪 60 年代以前的落后状态。而这种落后状态表现在如下几个方面：(1)试验机落后。无论是摆锤式弯冲试验机，还是落锤式冲击试验机，仍以从一定高度落下的锤头势能损失计量冲断试样消耗能量一冲击功；(2)90以上的冲击试验机以指针显示冲击功；(3)自动控制部分仍以
20、电磁继电器控制方法为主，还没有进人数字控制，甚至有的试验机还使用手动；(4)最重要的是不能测定冲击力一位移曲线，因此就不能给出定量的、具有物理意义的和反映材质弹性、塑性及断裂性能的冲击数据；(5)由于冲击功没有明确的物理意义，因此不能象拉伸试验数据那样被设计、检验和分析材质作为可靠的依据，限制了其应用范围。从 20 世纪 90 年代起，已经有了比较成熟和先进的仪器化(数字化) 冲击试验机问世。这种试验机不仅可以进行力一位移曲线的测定，而且可以给出反映材料冲击性能的特征参数。于是使冲击试验全面地、彻底地向前推进了一大步，从原理到数字化都提高到可以与拉伸试验的同等水平。使冲击试验从一个原始的落后的
21、状态，一跃进入了试验仪器和试验方法的先进行列。这种变化不仅仅反映在了冲击试验机的飞速发展上，而且从冲击试验方法标准上得本科生毕业论文4到肯定。2000 年国际标准化组织颁布了 ISO14556：2000(E)“ 钢材 v 型缺口冲击试验仪器化方法”标准。根据国家标准化管理委员会国标委计划2002141 号文的要求，2003 年由北京航空航天大学负责，钢铁研究总院及中国重工集团 725 所参加共同制定我国“金属材料冲击试验仪器化方法”国家标准 8。1.3 Solidwork 及 IPA 的介绍1.3.1 Solidworks 的发展Solidworks 是美国 SolidWorks 公司开发的三
22、维 CAD 产品，在操作平台上基于windows，在技术内核上基于先进的 parasolid 图形语言平台，因而在使用的方便性和技术的先进性两方面均趋于完美。SolidWorks 是一个目前流行的参数化三维特征造型机械设计自动化软件，它操作方便，简单易学，容易掌握，功能强大。采用它作为开发平台适合我国当前中小企业中以微型机为主的现状 9。90 年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微机卓越的性能足以运行三维 CAD 软件。为了开发世界空白的基于微机平台和 Windows 操作系统下的三维 CAD 系统， SolidWorks 公司成立，完全致力于新的 3D
23、软件的开发，并于1995 年成功推出了 SolidWorks 3D 软件，引起世界相关领域的一片惊喜和赞叹。1997 年，世界超一流 3D CAD/CAE/PDM 厂商法国达索集团看到了 SolidWorks 优秀的产品特点和巨大的发展空间，重金收购。在达索的支持下，SolidWorks 吸收了达索 3D 产品CATIA 的许多优点，对 SolidWorks 进行完善和优化，使 SolidWorks 功能和性能迅速达到世界一流水平。按照达索集团的规划，CATIA 占领着航天、航空、轿车等高端市场，SolidWorks 则抢占了主流机械制造领域，使达索集团在三维 CAD 领域无可匹敌，许多原来的
24、三维 CAD 厂商被迫纷纷转向特殊行业应用或单独的 PLM 领域。同年，SRAC 公司也看到了 SolidWorks 的发展前景，给 SolidWorks 做无缝集成的分析。在 2001 年，DS 又看到了SRAC 和 SolidWorks 集成的优势，通过股权收购了 SRAC，从此，cosmos 和 SolidWorks 无缝集成在一起。经历随后十多年的发展，Solidworks 3D 软件已经跻身国际一流三维软件之列，尤其在欧美日等发达国家，用户数量已飙升至第一，许多原来使用其它三维软件的用户在初试 Solidworks 软件之后，无不感叹其优异的功能、性能和易用性，毫不犹豫地转向了使用S
25、olidworks 软件。 Solidworks 已成为 Windows 平台下三维软件的事实标准，引起业界高度重视，原来几家国际著名的三维软件厂商全部效仿 Solidwork，购买 SolidWorks 的相关专利，开始 Windows 平台下的三维软件的开发。可惜的是，由于这些厂商未能从软件的底层完全Windows 化，基本沿用原有三维软件的 Unix 底层内核，造成软件并不能使用户感觉到Windows 的操作优点，始终未能摆脱难学难用的禁锢，所以 SolidWorks 一直领导着三维设计的方向 10。SolidWorks 软件是全球第一个 Windows 原创的实体建模系统，该系统在 1
26、999 年就获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名。至今已经蝉联了数次业界第一名。本科生毕业论文51.3.2 Solidworks 的简介功能强大、易学易用和技术创新是 SolidWorks 的三大特点 11，使 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 它能够减少设计过程中的错误、提供不同的设计方案以及提高产品的质量。它不仅仅能够提供这么强大的功能，同时它还对每一个设计者和工程师来说，它的使用操作更加的简单方便、易学易用。如果熟悉微软的 Windows 系统，那你基本上就可以用 SolidWorks 来进行绘制设计了。SolidWorks 独特拥
27、有的拖拽功能可以使你能够完成大型装配设计，而所花的时间则较少。SolidWorks 资源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks 这个软件，让我们能够在花比较少的时间内可以完成更多的工作量，能够使高质量的产品更快的投放到市场。想要在设计过程中更加简便、更加方便的设计，在目前的市场上所使用的三维 CAD 解决方案中莫过于使用 SolidWorks 了。就像美国的著名的咨询公司 Daratech 所做出来的评论那样：“在基于 Windows 平台的三维 CAD 软件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市场
28、快速增长的领导者。 ”在它简单易用的操作和独特的设计功能（包括 Windows 风格的拖/放、点/击、剪切/粘帖），使用 SolidWorks ，零件设计、装配设计和工程图之间是全相关的并且它的整个产品设计是可以对它进行编辑的。SolidWorks 它能够使得设计者和工程师能够以相当快的速度完成大型装配件和创造产品的三维图和工程图 12。这是因为它拥有着强大的绘图自动化的强化性能。它使得用户不需要加载每一个部件到内存就能够创建出装配图，因为它拥有新的轻化制图工具。只需要拖拽并释放一个装配件到工程图中，我们就能够在很短的时间内生成包括 10，000 个组件的装配件二维图。然而，其它的很多系统不能
29、创建出这样的一个大型的装配视图。SolidWorks 2008 还拥有其特定的功能，它使得设计者和工程师能够为各种各样很多复杂的多个项目生成出一个单一的材料清单来，这是一个加速从设计到生产的关键环节，它可以让我们的产品更快的面向市场。SolidWorks 产品相对其它能够更好，性能更佳，这跟它省时、提高生产力这样的特性有相当大的关系，同时它在市场上同类产品中也更受欢迎。SolidWorks 是吸引 2D 软件用户迁移到 3D 软件的一个重要原因 13。这是因为它能够不缺失其三维功能的情况下比那些2D 产品快 10 倍时间就能够生成工出程图来。1.3.3 基于 Solidworks 的优点我们选
30、用 SolidWorks 软件作为设计的开发平台，这是主要基于它在下面所列举的几方面的优点 14：a)造型功能相比较其它同类型软件强大很多。SolidWorks 可以对基本上的工程进行设计，满足它的设计需要；b)拥有灵活的用户界面，直观的显示和简单易学的操作。SolidWorks 采用典型的Windows 软件风格，可以对零件和草图进行动态修改；c)可以轻松、安全、放心的使用二维和三维的体系结构。可以为三维零件图形自动产生二维工程图，包括尺寸、视图和标注等表现；d)拥有相对的性价比。它能满足基本上的设计需求，但是它的价格又比其它软件相对较本科生毕业论文6低，因此 SolidWorks 很适用于
31、那些经济条件不是很足的中小企业的产品设计 15。1.3.4 基于 Solidworks 的设计方法当随着三维设计的应用软件和技术的不断发展 16。当前使用 Solidworks 软件的设计方法主要有两种：作为设计者和工程师，它可以自下而上设计，或自上而下进行设计，或两种方法结合使用。而 Solidworks2008 这个绘制软件则更加倾向自上而下的设计方法 17。1）自下而上设计方法自下而上的设计方法是一个比较传统的一种方法。在自下而上的设计中，先生成零件并将之插入装配体，然后根据设计要求配合零件。当您使用以前生成的不在线的零件时，自下而上的设计方案是一个比较好的方法。自下而上的设计方法的另一
32、个优点是零部件的相互关系和重建行为更为简单，这是因为它的零部件是独立设计的，与其他软件有所区别。使用自下而上设计方法可以让我们更加的专注于单个零部件的设计。当我们在不需要建立控制零件大小和尺寸的参考关系时，那么用这个方法比较适用 18。2）自上而下设计方法自上而下的设计方法是从装配体中开始做设计工作，这种方法与自上而下的设计方法有相当多的不同之处。我们把设计的开端设为布局草图，然后定义设计所需要的零件位置、基准面等，接着我们就可以参考这些定义来进行设计零件 19。1.3.5 IPA 的介绍IPA（Interactive Product Animator）是由 Immersive Design，
33、Inc.公司出品的一款CAE（Computer-Aided Engineering）类型的软件。IPA 应用在工程项目、产品说明编写、制造、质量保障、市场宣传和演示、销售及售后服务等众多领域里，当产品设计完成时应用IPA 可对产品进行诸如动态拆装、装配分析、使用说明、功能演示等处理。不仅使产品设计的效率大大提高，而且使原本枯燥无味的工作变得生动、直观、有趣。IPA 可应用于设计工程师，客户，制造工程师，现场组装人员，实现费用低廉，真实重现等效果和目的。本次设计中，solidworks 用来制作落镖冲击试验仪的动态模拟，展示落镖冲击试验仪的外观特征，其做出的结构装配体，用来供 IPA 插件做二次开发，作出动画来模拟落镖冲击试验仪的工作过程。
