弱刚度环类零件装夹变形研究

发布时间：2017-04-21 14:00

  本文关键词：弱刚度环类零件装夹变形研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：弱刚度零件由于结构特征、形状要素和材料属性等原因导致加工时易变形。本文以传动系统中的大直径薄壁齿圈为研究对象,通过理论分析、数值计算、仿真模拟和科学实验相结合的方法,研究了装夹变形对弱刚度环类零件加工精度的影响。通过对夹紧力和装夹方式的优化设计来控制弱刚度环类零件的加工变形。主要工作包括以下几个方面:首先,基于工件定位和装夹的基础理论,推导了环类零件的定位矩阵和判断定位正确性的依据,分析了满足工件装夹稳定性的力学条件,提出了环类零件装夹设计的基本要求和装夹变形的计算方法。其次,在切削力经验公式的基础之上,用正交试验法建立了针对齿圈材料的切削力计算模型,通过对三爪卡盘受力情况分析和加工时的动态平衡分析,得出了车削齿圈毛坯件时夹紧力与切削参数之间的计算关系,应用该计算关系可以得到每道车削工序所需最小夹紧力的值。再次,运用材料力学中的单位载荷法分别计算了相同夹紧力下三爪卡盘与扇形卡盘装夹环类零件产生的变形量,推导了扇形卡盘装夹变形系数与夹具结构参数之间的函数关系,通过函数分析得到了使装夹变形量最小的扇形圆心角。最后,通过静态压缩实验和霍普金森压杆实验建立了关于齿圈材料20Gr2Ni4A的Johnson-Cook本构模型,基于该模型通过有限元软件ABAQUS对齿圈的装夹进行仿真模拟,对比了两种装夹方式产生变形的整体效果。由仿真结果可以得出,扇形卡盘能够有效减小环类零件的装夹变形。通过齿圈毛坯件粗车外圆的加工实验来验证仿真结果。
【关键词】：环类零件 夹紧力 单位载荷法 扇形卡盘 装夹变形
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH161.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 弱刚度件加工变形的研究现状10-11
• 1.2.2 装夹优化的研究现状11-13
• 1.2.3 接触模型的研究现状13-14
• 1.3 研究对象14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 环类零件定位与装夹分析17-29
• 2.1 工件的定位正确性分析17-24
• 2.1.1 定位基本原理与约束分析17-19
• 2.1.2 环类零件的定位矩阵19-20
• 2.1.3 定位正确性的判据20-23
• 2.1.4 环类零件在三爪卡盘中的定位23-24
• 2.2 环类零件的装夹分析24-27
• 2.2.1 装夹设计的基本要求24
• 2.2.2 夹紧力三要素的确定24-26
• 2.2.3 环类零件装夹稳定的力学条件26-27
• 2.3 装夹变形的求解方法27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 环类零件夹紧力的计算29-42
• 3.1 切削力模型的建立29-34
• 3.1.1 刀具的受力分析29-30
• 3.1.2 切削力正交试验30-32
• 3.1.3 实验结果分析32-34
• 3.2 卡盘夹紧力的计算34-38
• 3.2.1 三爪卡盘的受力分析34-37
• 3.2.2 夹紧力与切削参数的关系37-38
• 3.3 齿圈夹紧力计算的应用38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 环类零件的装夹设计42-52
• 4.1 环类零件装夹变形的分析42-43
• 4.2 装夹变形的解析计算43-50
• 4.2.1 三爪卡盘夹持工件变形量的计算43-46
• 4.2.2 扇形卡盘夹持工件变形量的计算46-50
• 4.2.3 集中载荷与均布载荷的数值关系50
• 4.3 扇形卡盘结构参数的优化设计50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 齿圈装夹变形的仿真与实验52-65
• 5.1 有限元法的分析步骤52-53
• 5.2 齿圈材料的本构模型53-56
• 5.2.1 Johnson-Cook本构模型53
• 5.2.2 本构方程的建立53-56
• 5.3 齿圈装夹变形的数值模拟56-62
• 5.3.1 几何模型的建立56-58
• 5.3.2 仿真模型的建立58-60
• 5.3.3 仿真结果分析60-62
• 5.4 齿圈毛坯件加工实验62-64
• 5.4.1 实验目的62
• 5.4.2 实验条件与测量原理62-63
• 5.4.3 实验结果63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单70-71
• 致谢71

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本文编号：320468