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AP1000核电主管道弯曲内孔随动加工装置设计及加工工艺的研究

作　者: 冯卫东
导　师: 吴元文
学　校: 西华大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: AP1000核电主管道弯孔随动加工随动轨迹计算随动加工装置高刚度转动关节
分类号: TG66
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着世界经济的发展，对能源需求越来越大，传统不可再生能源已接近枯竭并且污染严重。再生能源、清洁能源是人类发展的共同需要，作为主要清洁能源之一的核能已成为当今世界共同追求和发展的主要方向。但核安全是核能的中心问题，核电主管道作为反应堆的关键部件，其强度决定核反应的安全系数，核安全事故往往与反应堆主管道的状态紧密连接。整体锻造的AP1000核电主管道较传统铸造管，强度和使用寿命大幅提高，安全系数是铸造管的2倍以上；但制造难度也很大，主管道内孔属于弯曲深孔给最终的精加工带来了很大的难度。传统机床及加工装备及加工装置不能满足弯曲深孔加工需求，目前仍是世界性加工难题。本课题就是承接国家科技部挂出，几年来没有单位和个人承接的国家重大专项。基于内孔外形的尺寸、形位精度要求及AP1000主管道锻件材料性能分析，本论文提出一种随动加工内孔的全新方法，利用虚拟制造技术设计出随动加工装置结构，并对其有限元分析及运动仿真，在通过缩小比例的样机试验，最终制造出合格的专用设备。本课题主要研究是随动加工装置进行运动理论分析、完成高刚度转动关节的结构设计、并对其ADAMS运动仿真、通过实验解决高压密封、应用Pro/E三维软件对随动加工装备零部件进行了三维建模及虚拟装配，并利用Pro/E的机构模块对随动加工装备进行运动仿真并做干涉检查，同时也利用Pro/E的Mechanica功能对随动加工装备的重要部件有限元分析，优化其结构；再应用ANSYS软件对该装备进行模态分析，得到随动加工装备和各零部件的模态固有频率和振型，以此来评价该装备和零部件的动态特性。本课题的关键技术是切削动力源的传递；高刚度转动关节结构设计；随动轨迹的编程及计算。本课题采用的随动加工方法有效的解决了AP1000核电主管道内弯孔的加工的难题。本课题的研究虽然以AP1000核电主管道内孔为加工对象，但成果可广泛应用于弯孔随动加工领域。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 课题来源  9-11
  1.2 AP1000 核电主管道内孔加工要求及材料性能  11-13
  1.3 AP1000 核电主管道内孔加工国内外现状  13-18
    1.3.1 国内外传统深孔加工方法  13-16
    1.3.2 核电主管道内孔加工现状  16-18
  1.4 本课题的研究内容及意义  18-19
    1.4.1 课题研究内容  18
    1.4.2 课题研究意义  18-19
  1.5 本章小结  19-20
2 随动加工弯孔的创新工艺方法  20-24
  2.1 AP1000 核电主管道的工艺流程  20
  2.2 随动加工弯孔的加工方法及原理  20-22
  2.3 随动加工装置的难点  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 随动加工弯孔装置插补运动方法  24-30
  3.1 新型弯管内孔加工方法的运动分析和数学建模  24
  3.2 新型弯管内孔加工方法的运动计算  24-29
  3.3 本章小结  29-30
4 随动加工弯孔装置  30-42
  4.1 电机  30-34
    4.1.1 铣削力产生的扭矩的计算  30
    4.1.2 专用电机概述  30-31
    4.1.3 专用电机工作原理  31
    4.1.4 专用电机的设计  31-34
  4.2 高刚度转动关节  34-41
    4.2.1 转动关节的作用及高刚度转动关节的结构设计及原理  34-35
    4.2.2 高刚度几乎无间隙转动关节细节分析  35-38
    4.2.3 超高压液压缸及密封  38-41
  4.3 本章小结  41-42
5 三维模型的建立仿真结果及分析  42-54
  5.1 随动加工装备的三维实体建模及仿真  42-46
    5.1.1 Pro/E 软件介绍  42-43
    5.1.2 随动加工装备的三维模型的建立  43-46
  5.2 转动关节 adams 仿真分析  46-47
  5.3 关键零部件的有限元分析  47-49
  5.4 随动加工装备的 ANSYS 模态分析  49-52
    5.4.1 模态分析动力学方程  49-50
    5.4.2 ANSYS 模态分析  50-52
  5.5 随动加工装备的动画设计  52-53
  5.6 本章小结  53-54
6 样机的试制  54-56
7 结论  56-58
附录 A 附录内容名称  58-66
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  66-67
致谢  67-69
参考文献  69-71

AP1000核电主管道弯曲内孔随动加工装置设计及加工工艺的研究

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