高速轧辊磨床磨头的结构有限元分析及热特性研究

发布时间：2017-07-15 12:13

  本文关键词：高速轧辊磨床磨头的结构有限元分析及热特性研究

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【摘要】：轧辊磨床是磨削加工生产中的重要设备之一,在轧钢、冶金、造纸、橡胶等行业中使用广泛。随着高速磨削技术的飞速发展,对轧辊磨床的磨削速度和磨削性能提出了更高的要求。在高速轧辊磨床中磨头系统是其核心的部位之一,对磨床的磨削性能有很大的影响。因此,对磨头系统的研究就成为开发高速轧辊磨床的关键内容。本论文在参考国产普通轧辊磨床磨头结构的基础上,根据高速轧辊磨床磨头的工作要求和性能特点,设计出了一种高速轧辊磨床的磨头结构,然后开展相关的研究。首先,通过高速磨削理论分析,计算出高速轧辊磨床的磨削工艺参数,包括磨削力、磨削效率以及磨削加工表面粗糙度,并与普通轧辊磨床的工艺参数进行比较,获得高速轧辊磨床的优势,验证开发高速轧辊磨床的意义。其次,根据磨削的各个工艺参数,设计出高速轧辊磨床磨头系统的结构,其中的主要零件包括皮带轮、主轴、液体动静压轴承、砂轮、砂轮架以及其他零件。然后,运用ANSYS软件对磨头系统结构进行有限元分析,内容包括线性静力学分析、模态分析和谐响应分析。为了校核设计的高速轧辊磨床磨头系统结构是否满足使用要求,对磨头系统结构进行线性静力学分析,得到了磨头系统结构的的应力应变图;为了确定磨头系统结构的固有频率和振型,对磨头系统结构进行了模态分析,获得了磨头系统结构的前六阶固有频率;为了了解磨头系统结构在外载荷的作用下的变化情况,对磨头系统进行了谐响应分析,获得了磨头系统在正弦载荷下的变形。最后,温升是高速轧辊磨床磨头系统结构的一个关键问题,为了获得磨头系统结构中温度变化情况,对高速轧辊磨床磨头系统结构进行热稳态分析。通过仿真分析得到了磨头系统结构整体的温度变化情况以及温升最高的地方。由仿真结果可知温升最高发生在前液体动静压轴承处,温升超过了许用值,因此需要对轴承进行了优化设计。轴承结构优化设计后,再对磨头系统结构进行的热稳态分析,比较优化前后的仿真结果,优化后液体动静压轴承的温度下降到合理的范围,达到了优化设计的目的。本论文设计了一种高速轧辊磨床磨头系统结构,获得磨头系统结构的应力应变情况,前六阶固有频率值,正弦载荷下的变形情况,温度分布以及温升等资料。为我国实现高速轧辊磨床的国产化提供一些参考的资料。
【关键词】：高速轧辊磨床 磨头系统 结构设计 结构分析 热稳态分析
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 高速磨削技术的简介9-11
• 1.1.1 高速磨削的概念9
• 1.1.2 高速磨削的特点9-10
• 1.1.3 高速磨削的关键技术10-11
• 1.2 高速磨削技术的国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 课题的研究背景、来源及意义13-14
• 1.3.1 课题的研究背景13-14
• 1.3.2 课题的来源及意义14
• 1.4 课题的主要研究内容14-16
• 第2章 高速轧辊磨床参数的确定16-27
• 2.1 轧辊磨床的主要性能指标16
• 2.2 磨削力的计算理论16-19
• 2.2.1 切向磨削力17-18
• 2.2.2 径向磨削力和法向磨削力18-19
• 2.3 高速磨削砂轮19-20
• 2.3.1 砂轮的磨损与表面粗糙度19
• 2.3.2 砂轮的选择19-20
• 2.4 高速轧辊磨床的主要参数计算20-24
• 2.4.1 磨削工艺参数的计算20-21
• 2.4.2 磨削效率的计算21
• 2.4.3 磨削速比21-22
• 2.4.4 砂轮线速度、磨削效率与磨削力的关系22-24
• 2.5 电动机的选择24-25
• 2.5.1 电动机转速的确定24
• 2.5.2 电动机功率的确定24-25
• 2.5.3 电动机提供的磨削力的计算25
• 2.6 本章小结25-27
• 第3章 高速轧辊磨床磨头系统结构设计27-40
• 3.1 高速轧辊磨床磨头系统的结构方案27-29
• 3.1.1 高速轧辊磨床磨头系统的结构布置要求27
• 3.1.2 高速轧辊磨床磨头系统的结构布置分析27-29
• 3.2 高速轧辊磨床传动方案的设计29-32
• 3.2.1 高速轧辊磨床传动方案的选择29
• 3.2.2 高速轧辊磨床带传动的设计计算29-32
• 3.3 高速轧辊磨床砂轮主轴结构的设计32-37
• 3.3.1 高速轧辊磨床砂轮主轴输入端的直径的计算32-34
• 3.3.2 高速轧辊磨床砂轮主轴的结构设计34
• 3.3.3 高速磨床砂轮主轴的材料选用与热处理方式34-35
• 3.3.4 高速轧辊磨床砂轮主轴的受力分析35-37
• 3.4 高速轧辊磨床主轴动静压滑动轴承的结构设计37-39
• 3.5 高速轧辊磨床主轴箱体的结构设计39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 高速轧辊磨床磨头系统结构有限元分析40-53
• 4.1 高速轧辊磨床磨头系统的结构静力学分析40-47
• 4.1.1 静力分析理论40-41
• 4.1.2 高速轧辊磨床磨头系统的结构有限元模型建立41-42
• 4.1.3 定义磨头系统的结构材料属性42
• 4.1.4 高速轧辊磨床磨头系统的结构网格划分42-43
• 4.1.5 高速轧辊磨床磨头系统结构的载荷与约束43-45
• 4.1.6 高速轧辊磨床磨头系统结构静力学结果分析45-47
• 4.2 高速轧辊磨床磨头系统结构模态分析47-49
• 4.2.1 模态分析基础理论47
• 4.2.2 高速轧辊磨床磨头系统结构模态分析47-49
• 4.3 高速轧辊磨床磨头系统结构谐响应分析49-52
• 4.3.1 谐响应分析的基本理论49-50
• 4.3.2 高速轧辊磨床磨头系统结构谐响应分析50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 高速轧辊磨床磨头系统结构热分析53-59
• 5.1 热分析简介53-54
• 5.1.1 热分析的目的53
• 5.1.2 传热学理论53
• 5.1.3 热分析的控制方程53-54
• 5.2 高速轧辊磨床磨头系统主轴部件对流热换系数54
• 5.2.1 对流热换系数的计算理论54
• 5.2.2 对流热换的方式54
• 5.3 高速轧辊磨床磨头系统结构热载荷的计算54-55
• 5.3.1 液体动静压滑动轴承热流密度54-55
• 5.3.2 动静压轴承与周围空气的传热55
• 5.4 高速轧辊磨床磨头系统结构稳态热分析55-58
• 5.4.1 高速轧辊磨床磨头系统结构有限元模型55-56
• 5.4.2 高速轧辊磨床磨头系统结构网格划分56
• 5.4.3 热载荷及约束56-57
• 5.4.4 结果分析57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 高速轧辊磨床磨头系统结构优化设计59-73
• 6.1 液体动静压轴承的结构优化设计59-62
• 6.1.1 优化设计方法选择59-60
• 6.1.2 优化设计60-62
• 6.2 优化后高速轧辊磨床磨头系统结构的有限元分析62-70
• 6.2.1 优化后磨头系统的静力学分析62-66
• 6.2.2 优化后磨头系统的模态分析66-68
• 6.2.3 优化后磨头系统结构的谐响应分析68-70
• 6.3 优化后高速轧辊磨床磨头系统结构热分析70-72
• 6.3.1 优化后磨头系统结构的热分析加载70-71
• 6.3.2 优化后磨头系统结构的热分析结果71-72
• 6.3.3 优化前后磨头系统结构的热分析结果对比分析72
• 6.4 本章小结72-73
• 第7章 结论与展望73-76
• 7.1 结论73-74
• 7.2 展望74
• 7.3 论文的创新点74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 附录81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈章燕;磨削力的试验研究[J];北京工业大学学报;1990年04期

2 郭力;李波;;超高速数控精密磨床磁浮轴承主轴单元设计[J];湖南文理学院学报(自然科学版);2005年04期

3 林士龙;王晓燕;;高速磨削技术的发展趋势及其相关技术[J];沈阳航空工业学院学报;2005年05期

4 廖先禄,郭力;250m/s超高速磨床主轴磁浮轴承设计[J];机床与液压;2002年02期

5 陈章燕;;平面、外圆磨削力计算公式的研究和应用[J];磨床与磨削;1992年04期

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1 江桂云;高速高效轧辊磨床磨头系统的研究[D];重庆大学;2004年

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本文编号：543801