气压砂轮抛光工具的有限元建模及动力学分析

发布时间：2017-08-24 23:17

  本文关键词：气压砂轮抛光工具的有限元建模及动力学分析

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【摘要】：面向模具光整加工的气压砂轮抛光技术,能够提高加工效率,提升加工质量。基于六自由度机器人控制的气压砂轮的抛光技术,可以有效地去除模具表面加工痕迹,从而获得高品质的模具表面。本文基于前期研究成果,运用模态分析技术对气压砂轮抛光工具的结构特性进行了深入研究,首先确定了气压砂轮抛光工具结合部的等效动力学参数,建立气压砂轮抛光工具的有限元模型;其次通过ANSYS对到气压砂轮抛光工具的有限元模型进行模态分析,并利用锤击法对其进行实验验证;然后建立气压砂轮抛光工具主轴动力学模型并依据理论原则进行简化,得出相应的力学计算模型,对其进行模态分析后,计算相应的临界转速;最后对应力刚化效应、旋转软化效应及两者综合效应下对主轴动频的影响进行研究分析,得到用于动频近似计算的经验公式。本文具体工作如下:(1)运用等效刚度和等效阻尼模拟气压砂轮抛光工具的结合部,在ANSYS中建立结合部有限元模型,计算出气压砂轮抛光工具整机螺栓结合部的等效刚度和等效阻尼参数,建立气压砂轮抛光工具组合结构有限元模型,对其进行自由模态和约束模态的分析。(2)针对气压砂轮抛光工具设计相应的模态测试实验系统,采用锤击法得到气压砂轮抛光工具的各阶模态频率和阻尼比,与有限元分析结果进行比较,验证有限元模型的准确性。(3)建立基于特征尺寸的气压砂轮抛光工具主轴转子的三维实体模型,对其进行简化处理,得到相应的动力学分析模型。基于动力学模型的模态分析,通过临界转速的计算公式计算相应阶次的临界转速值。(4)研究应力刚化效应、旋转软化效应以及两者同时存在下对主轴各阶动频的影响,研究结果表明应力刚化效应对动频的影响大于旋转软化效应,二者同时存在时,主轴转子各阶次动频均会随着转速的加快而增大,推导得到用于动频近似计算的经验公式。
【关键词】：气压砂轮 ANSYS 模态分析 临界转速 动频
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG743
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 论文选题来源10
• 1.2 模具表面加工方法的研究现状10-13
• 1.2.1 磨削加工技术10-11
• 1.2.2 研磨加工技术11-12
• 1.2.3 抛光加工技术12-13
• 1.3 气压砂轮光整加工技术研究现状13-14
• 1.4 振动稳定性问题研究现状14-15
• 1.5 结构的动态特性分析研究现状15-16
• 1.6 论文主要研究内容16-18
• 第2章 气压砂轮抛光工具的有限元模态分析18-36
• 2.1 引言18-19
• 2.2 结构模态分析理论19-21
• 2.2.1 模态分析基本原理19-21
• 2.2.2 模态分析技术的应用21
• 2.2.3 有限元分析法21
• 2.3 气压砂轮抛光工具结合部21-27
• 2.3.1 结合部有限元模拟法21-23
• 2.3.2 气压砂轮抛光工具结合部处理23-24
• 2.3.3 螺栓结合部处理和计算24-27
• 2.4 组合结构有限元模态分析的实现27-31
• 2.4.1 有限元模型的建立27-28
• 2.4.2 组合结构的模态分析28-31
• 2.4.3 模态计算结果分析31
• 2.5 气压砂轮保持架的谐响应分析31-34
• 2.6 本章小节34-36
• 第3章 气压砂轮抛光工具的实验模态分析36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 模态实验基本原理36-39
• 3.3 模态实验方案设计39-42
• 3.3.1 模态实验目的39
• 3.3.2 模态实验测试系统39-41
• 3.3.3 锤击法模态实验过程41-42
• 3.4 抛光工具的模态实验及结果分析42-50
• 3.4.1 模态参数的提取42-46
• 3.4.2 时域信号分析46-49
• 3.4.3 频谱分析49-50
• 3.5 连接板部件的结构优化50-51
• 3.6 本章小结51-54
• 第4章 气压砂轮抛光工具主轴转子动态特性分析54-80
• 4.1 引言54
• 4.2 转子系统动力学特性的计算方法54-55
• 4.3 主轴转子几何模型及简化模型的建立55-60
• 4.3.1 主轴转子几何模型55
• 4.3.2 主轴转子简化模型的建立55-59
• 4.3.3 主轴转子有限元模型的生成59
• 4.3.4 主轴转子的计算力学模型59-60
• 4.4 主轴转子临界转速分析的实现60-68
• 4.4.1 主轴转子的模态分析60-64
• 4.4.2 临界转速的分析64-66
• 4.4.3 实验设计66-68
• 4.5 主轴转子有限元工作模态分析68-77
• 4.5.1 主轴转子的动频分析68-70
• 4.5.2 主轴转子预应力模态分析70-77
• 4.6 本章小结77-80
• 第5章 总结与展望80-82
• 5.1 总结80
• 5.2 创新点80-81
• 5.3 展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果88

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本文编号：733676