周瑞麗    畢向秋

（1. 浙江臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，臺州318000；2. 浙江臺州市大江實(shí)業(yè)有限公司，臺州317500）

摘要：目前，氣動工具減振手柄的設(shè)計已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。本文就是以氣釘槍為研究對象，通過對所設(shè)計的減振手柄進(jìn)行水壓測試，以有限元軟件ANSYS Workbench 為計算平臺，對其進(jìn)行整槍振動加速度分析，為氣釘槍減振手柄優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氣動釘槍結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計有限元法

1 引言

氣釘槍在使用時，手柄處會產(chǎn)生沖擊力，沖擊力長時間作用，危害操作者身體健康。因此，對氣釘槍減振手柄的設(shè)計已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)主要采用在手柄處包一層橡膠材料的方法減振。但手柄處橡膠材料的厚度是有一定范圍的，太大會加粗手柄，太小減振效果又不明顯。因此，本文提出選擇合適的皮套- 手柄配合結(jié)構(gòu)來進(jìn)行減振，并對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬研究，為氣釘槍減振手柄的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。

2 減振手柄優(yōu)化設(shè)計方案

氣釘槍的手柄在設(shè)計時不僅要保證工作狀態(tài)的強(qiáng)度要求，即保持高壓氣體在其內(nèi)部的暢通，而且還要考慮操作者抓握的舒適性；皮套則既要與手柄外表面緊密配合，同時還要保證抓握舒適，能起到一定的減振作用。由此可見，在優(yōu)化設(shè)計時，手柄和皮套的外觀尺寸不能變動過大，同時，必須對改進(jìn)后的手柄進(jìn)行強(qiáng)度校核，以滿足工作狀態(tài)要求。

根據(jù)以上分析，在無法增加皮套整體厚度的情況下，可以考慮手柄表面設(shè)計不同數(shù)量的槽，同時皮套內(nèi)表面設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的曲面臺階，以保證牢固配合，手柄與皮套其他部位的尺寸則與原始設(shè)計一致，就是通過增加皮套局部厚度，來增強(qiáng)減振效果。如圖1-3 所示。

3 槍體高水壓測試有限元分析

3.1 模型建立

對于修改后的皮套- 手柄結(jié)構(gòu)，首先需要驗(yàn)證手柄有效厚度能否滿足工作強(qiáng)度要求，再對修改后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整槍振動加速度分析。驗(yàn)證工作強(qiáng)度的方法是進(jìn)行高水壓測試。高水壓測試主要針對氣釘槍殼體（槍體、上鋁蓋、進(jìn)氣蓋）進(jìn)行，要求設(shè)計出的氣釘槍殼體能通過下列測試：施加5 倍于最大工作氣壓的水壓并保壓3 分鐘期間，氣釘槍殼體不能出現(xiàn)破裂和漏水現(xiàn)象。本文只是對槍體手柄進(jìn)行了改型設(shè)計，所以只對槍體特別是手柄部位進(jìn)行高水壓測試的有限元仿真，校核槍體結(jié)構(gòu)是否滿足高水壓測試要求。

高水壓測試的有限元分析采用靜力學(xué)分析方法，幾何模型如圖1~3，槍體材料為壓鑄鋁合金ZL104，給槍體內(nèi)部所有承受高水壓的表面施加4.2MPa 的壓力邊界條件，槍體外部與其它試驗(yàn)用輔助夾具配合處，施加位移約束邊界條件。三種設(shè)計方案的槍體有限元模型如圖4~6 所示。

3.2 分析結(jié)果

槍體高水壓測試的有限元分析結(jié)果如表1 所示，應(yīng)變結(jié)果如圖10-12 所示。根據(jù)結(jié)果，可知最大應(yīng)力和最大應(yīng)變均出現(xiàn)在槍體的開關(guān)安裝孔拐角附近，且手柄上槽的存在對手柄其他位置的應(yīng)力應(yīng)變分布存在影響。其中方案三整槍應(yīng)力值最大，為65.984MPa，這一數(shù)值低于槍體所用材料的屈服強(qiáng)度。三種方案的槍體最大應(yīng)變均介于0.0009~0.001mm/mm 之間，槍體整體應(yīng)變量較小，在高水壓測試中可保證密封性要求，不會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。又因高水壓測試過程為近似靜態(tài)過程，因此三種設(shè)計方案的槍體強(qiáng)度均能滿足高水壓測試要求。

4 整槍振動加速度的有限元求解

采用柔體動力學(xué)方法對三種設(shè)計方案的整槍振動加速度進(jìn)行瞬態(tài)求解。三種設(shè)計方案的求解設(shè)置一致。在求解過程中，通過多個子步的設(shè)置，模擬沖擊力作用于槍夾末端，在手柄位置引起的振動加速度大小。分別對三種結(jié)構(gòu)方案的整槍模型進(jìn)行了振動加速度及加速度均方根值計算。氣釘槍手柄振動主要是通過食指中部傳到人體，因此對三種減振方案在食指中部同一位置的振動加速度進(jìn)行了對比，見表2。

5 結(jié)論

通過對三種設(shè)計方案的整槍振動加速度計算結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論：隨著槽結(jié)構(gòu)的增加，手柄傳遞到手上的振動加速度明顯減小，增加皮套局部厚度進(jìn)行減振的方案是有效的。另一方面，槽結(jié)構(gòu)只增加了皮套下表面方向的局部厚度，對手的抓握舒適度不產(chǎn)生影響。由此可見，在保證槍體強(qiáng)度的前提下，可以通過采用增加槽結(jié)構(gòu)的方法來增強(qiáng)減振效果。