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螺旋锥齿轮数控磨削界面力热耦合的数字化建模与分析

作　者: 张小安
导　师: 明兴祖
学　校: 湖南工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 螺旋锥齿轮 数控磨削 力热耦合 建模 有限元分析
分类号: TG580.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


螺旋锥齿轮是汽车、工程机械、航空航天等工业领域的关键零件,其空间形状复杂。随着数控技术的快速发展和普遍应用,数控磨削为螺旋锥齿轮的精密化和自动化加工提供了途径。但螺旋锥齿轮的数控磨削质量一直是加工中难以解决的问题,目前其关键技术一直被国外少数几家公司所垄断,国内开展这方面的研究尚处于起步阶段。为此,本文展开螺旋锥齿轮数控磨削界面力热耦合的数字化建模与分析,主要研究内容如下。螺旋锥齿轮数控磨削原理及磨削界面参数数学模型的研究。根据螺旋锥齿轮六轴五联动数控磨削和Gleason接触原理,建立了磨削基本参数数学模型;从磨削力的物理意义,得到了磨削力计算公式。应用单磨粒热模型得出了热量分配比,采用矩形分布热源计算了磨削热流量。螺旋锥齿轮磨削界面数字化建模。通过Pro/E构建了螺旋锥齿轮实体模型,导入到ANSYS软件中,运用热传导理论,得到了磨削温度场的基本方程,通过有限元表示,采用20节点6面体Solid95单元进行网格划分,建立螺旋锥齿轮的有限元3D单齿模型;根据Von Mises屈服准则、Mises流动准则和MISO模型建立了齿轮材料关系模型,运用热弹塑性理论和Prandtl-Reuss方法,建立了磨削界面应力应变场本构关系。螺旋锥齿轮磨削力热耦合有限元模拟与实验分析。采用有限元分析方法及其关键技术,对磨削温度场进行了有限元模拟;运用磨削界面力热耦合方法,仿真分析了螺旋锥齿轮磨削的应力与应变场,并对磨削界面磨削力与温度进行了实验分析,这为螺旋锥齿轮数字化制造的磨削质量控制提供了依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题来源研究背景及意义  10-11
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 研究背景与意义  10-11
  1.2 螺旋锥齿轮制造技术与力热耦合的国内外研究综述  11-14
    1.2.1 螺旋锥齿轮制造技术发展概况  11-14
    1.2.2 磨削加工的力热耦合研究  14
  1.3 论文的研究内容及思路  14-15
  1.4 本章小结  15-16
第二章 螺旋锥齿轮数控磨削原理及磨削界面参数数学模型  16-32
  2.1 螺旋锥齿轮数控磨削原理  16-26
    2.1.1 螺旋锥齿轮数控磨削概述  16-19
    2.1.2 螺旋锥齿轮切齿原理与磨削方法  19-22
    2.1.3 螺旋锥齿轮磨削调整计算与磨削机理  22-26
  2.2 磨削数学模型  26-28
    2.2.1 磨削接触弧长  27
    2.2.2 磨削接触宽度  27
    2.2.3 有效磨平面积  27-28
  2.3 磨削界面力热数学模型  28-31
    2.3.1 螺旋锥齿轮磨削力数学模型  28-29
    2.3.2 螺旋锥齿轮磨削热数学模型  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 螺旋锥齿轮磨削界面数字化建模  32-51
  3.1 螺旋锥齿轮实体建模  32-43
    3.1.1 螺旋锥齿轮实体建模基本参数及机床调整参数  32
    3.1.2 螺旋锥齿轮实体建模步骤  32-43
  3.2 磨削温度场有限元建模  43-49
    3.2.1 磨削温度场的基本方程  43-45
    3.2.2 磨削温度场模型的有限元表示  45-47
    3.2.3 螺旋锥齿轮有限元3D 单齿模型  47-49
  3.3 磨削应力应变场关系模型  49-50
    3.3.1 螺旋锥齿轮材料关系模型  49-50
    3.3.2 磨削应力应变场热弹塑性力学本构关系  50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 螺旋锥齿轮磨削有限元模拟与实验分析  51-64
  4.1 螺旋锥齿轮磨削温度场有限元模拟分析  51-56
    4.1.1 磨削温度场有限元分析关键技术  51
    4.1.2 磨削温度场有限元模拟分析  51-56
  4.2 磨削界面力热耦合的应力应变场有限元模拟分析  56-58
    4.2.1 磨削应力有限元模拟分析  56-57
    4.2.2 磨削变形场有限元模拟分析  57-58
  4.3 螺旋锥齿轮磨削界面磨削力与温度的实验分析  58-63
    4.3.1 磨削力与磨削温度的实验条件  58-59
    4.3.2 磨削力的实验分析  59-61
    4.3.3 磨削温度的实验分析  61-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章 论文总结与展望  64-66
  5.1 论文总结  64-65
  5.2 研究展望  65-66
参考文献  66-70
附录  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 磨削加工与磨床 > 一般性问题 > 磨削加工工艺
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