整体叶盘磨抛机床虚拟样机研究

发布时间：2017-04-29 02:05

  本文关键词：整体叶盘磨抛机床虚拟样机研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航空发动机结构设计和制造的核心任务是提高推重比，将航空发动机的风扇、压气机、涡轮设计成为整体叶盘结构是提高推重比的重要措施。整体叶盘具有型面复杂、叶片间通道狭窄、叶片薄、易变形、材料难加工等特点。整体叶盘叶片型面由空气动力学理论设计而成，要求叶片型面具有较高的精度及表面粗糙度，整体叶盘的加工质量对航空发动机整体性能的影响至关重要。 整体叶盘加工一般采用数控铣削或电解加工与后续磨抛精整加工相结合的工艺流程。整体叶盘的磨抛精整加工主要用于去除前道工序加工后整体叶盘表面的残留刀痕、改善叶片型面质量。目前国内仍然采用工人手工磨抛的方式实现整体叶盘的精整加工，手工磨抛加工效率低、磨抛余量不均匀、叶盘表面一致性受工人技术熟练程度影响很大。实际工作过程中技术工人采用检测样板来规划磨抛加工余量、评估磨抛加工质量，样板检测效率低、通用性差。整体叶盘精整加工的质量与效率已经严重的制约了我国航空发动机的技术发展。为此，，本文研究开发一种集加工、检测于一体的整体叶盘磨抛精整加工专用机床。 对机床进行了功能规划确定了叶盘磨抛加工所需的五个基本自由度及相关的精度指标。提出了满足功能要求的四种机床构型方案，从结构、运动、控制、成本等角度对四种构型方案进行综合评价确定了机床的最终构型方案。在机床详细设计阶段完成了标准件的选型，基于元结构理论设计了机床主要结构件。利用数字化三维建模软件建立了叶盘磨抛机床虚拟样机模型，确定了机床整机的技术参数与工作流程。 对叶盘磨抛机床虚拟样机进行结构静动力学分析来研究其静动态特性。通过机床整机的静力学分析研究了机床的静态特性，得到了整机的静刚度，综合比对发现Y向刚度相对较弱有待进一步提高；通过机床整机的模态分析研究了机床的固有频率及相应振型的特点；通过整机的谐响应分析进一步研究了机床的振动特性。 建立了机床主要结构件分别柔性化的机床整机多柔体动力学模型，定量的研究了主要结构件柔性变形对机床整机性能的影响，发现了立柱与横梁结构为机床整机的薄弱环节，定量的研究了立柱结构低阶模态对整机精度的影响。 以立柱的低阶固有频率与质量为目标函数，以静态变形、应力、设计变量的取值范围为约束条件建立了立柱多目标优化数学模型，经有限元求解计算得到优化解，采用灵敏度分析对多目标优化解进行工程化修正。在不改变横梁外型的条件下对横梁结构进行拓扑优化，根据拓扑优化结果提出了一种内置斜筋板的构型方式。整机优化模型的静动态特性分析验证了结构优化的有效性。
【关键词】：整体叶盘 磨抛 虚拟样机 动静态特性 多体动力学
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V262.3;TG58
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题的研究背景和意义11-12
• 1.3 国内外相关技术研究现状12-19
• 1.3.1 整体叶盘制造技术研究现状12-15
• 1.3.2 虚拟样机技术研究现状15-19
• 1.4 论文的主要研究内容19-21
• 第2章 叶盘磨抛机床总体设计21-41
• 2.1 叶盘磨抛机床功能规划21-22
• 2.1.1 叶盘构造特征与相关精度指标21-22
• 2.1.2 叶盘磨抛加工所需自由度分析22
• 2.2 叶盘磨抛机床概念设计与评价22-28
• 2.2.1 混联机床构型分析22-27
• 2.2.2 串联机床构型分析27-28
• 2.3 机床详细设计28-37
• 2.3.1 进给传动机构配置29-35
• 2.3.2 检测反馈装置配置35-36
• 2.3.3 磨抛加工与检测装置36
• 2.3.4 基于元结构的机床关键结构件设计36-37
• 2.4 叶盘磨抛机床虚拟样机构建37-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 叶盘磨抛机床结构静动力学分析41-51
• 3.1 结构静动力学分析理论41-42
• 3.2 叶盘磨抛机床整机有限元建模42-44
• 3.3 叶盘磨抛机床整机静力学分析44-45
• 3.4 叶盘磨抛机床整机模态分析45-48
• 3.5 叶盘磨抛机床整机谐响应分析48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 叶盘磨抛机床多体动力学分析51-67
• 4.1 多体动力学基本理论51-52
• 4.2 叶盘磨抛机床多刚体动力学建模52-54
• 4.3 叶盘磨抛机床多柔体动力学建模54-60
• 4.3.1 结构件柔性化方法54
• 4.3.2 柔性体结构件创建54-57
• 4.3.3 磨抛机床主要结构件柔性化后的模型57-60
• 4.4 磨抛机床主要结构件分别柔性化仿真结果分析60-65
• 4.4.1 磨抛机床各单件柔性化仿真结果60-63
• 4.4.2 各结构件柔性化仿真结果对比分析63-65
• 4.4.3 结构件低阶模态作用分析65
• 4.5 本章小结65-67
• 第5章 叶盘磨抛机床结构优化与分析67-81
• 5.1 立柱结构多目标优化设计67-74
• 5.1.1 设计变量确定67-68
• 5.1.2 立柱多目标优化数学模型68-69
• 5.1.3 立柱结构优化结果69
• 5.1.4 基于灵敏度分析的优化结果修正69-74
• 5.2 横梁结构优化设计74-76
• 5.2.1 横梁拓扑优化74-75
• 5.2.2 优化结果分析75-76
• 5.3 叶盘磨抛机床优化模型静动态特性分析76-79
• 5.3.1 机床优化模型静态特性分析76-77
• 5.3.2 机床优化模型动态特性分析77-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第6章 结论与展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 康敏,严德荣,徐家文;整体叶盘叶片型面检测用检具设计[J];工具技术;2003年12期

2 江义军;推重比12～15发动机技术途径分析[J];航空动力学报;2001年02期

3 田宁;小推力涡扇发动机的先进制造技术[J];航空制造技术;2005年03期

4 黄春峰;;现代航空发动机整体叶盘及其制造技术[J];航空制造技术;2006年04期

5 王增强;;高性能航空发动机制造技术及其发展趋势[J];航空制造技术;2007年01期

6 张定华;张莹;吴宝海;李山;张莎莎;;自适应加工技术在整体叶盘制造中的应用[J];航空制造技术;2008年13期

7 马建宁;张定华;王增强;李山;吴宝海;;大型飞机用发动机的特点及关键制造技术[J];航空制造技术;2008年13期

8 刘随建;吴伟东;;整体叶盘叶片光饰抛光试验及发展应用探析[J];航空制造技术;2010年05期

9 冯长征;李初晔;李中凯;;高速桥式机床的结构设计与优化[J];航空制造技术;2011年04期

10 郭应竹;整体叶轮叶片型面抛光的最佳选择──磨粒流加工[J];航空工艺技术;1995年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张学玲;基于广义模块化设计的机械结构静、动态特性分析及优化设计[D];天津大学;2004年

2 张兴朝;基于有限元分析的模块化数控机床结构动态设计研究[D];天津大学;2001年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 宋鲁涛;精密卧式加工中心的动态特性分析[D];大连理工大学;2010年

2 付俊涛;数控立式车床关键零件轻量化设计研究[D];吉林大学;2011年

3 崔雷;机床结构热性能分析与支撑部件拓扑优化设计[D];大连理工大学;2011年

4 姜衡;FWV-6A立式加工中心动静态特性分析及优化设计[D];华南理工大学;2011年

5 田阳;大扭曲叶片整体涡轮数控电解加工关键工艺的研究[D];南京航空航天大学;2006年

6 郑佳明;高架桥式高速五坐标龙门加工中心动力学仿真研究[D];东南大学;2006年

7 丁明亮;叶片多坐标数控抛光装备及编程技术研究[D];西北工业大学;2007年

8 刘琳珊;3-PRS并联机构设计方法研究[D];天津大学;2007年

9 赵军;并联研抛机床变轮式工具系统研究[D];吉林大学;2009年

10 罗辉;同步双驱精密卧式加工中心优化设计[D];南京航空航天大学;2009年

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本文编号：333974