成形磨齿工艺参数对磨削温度的影响规律及试验研究

发布时间：2017-09-04 13:36

  本文关键词：成形磨齿工艺参数对磨削温度的影响规律及试验研究

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【摘要】：成形法磨齿是一种被广泛采用的硬齿面精加工方法。但在成形砂轮磨齿过程中,当磨削工况如磨齿工艺参数的选用不当时,磨削接触区内产生的瞬时高温很容易造成齿面热损伤,严重时直接导致齿轮无法使用。为防止齿面发生磨削烧伤等问题,很有必要研究磨削齿面温度和热应力的实时变化情况。因此,论文中运用理论计算、有限单元法、计算机仿真和磨削实验等方式对成形磨齿的温度场和热应力场进行了较为细致的研究。论文主要完成了以下工作:1.基于单颗磨粒的切削过程,分析了成形法磨齿原理以及磨削区热量的产生和传递。根据移动热源理论,探讨了磨齿过程中四种热源模型的应用场合。推导了湿磨工况时磨削液的对流换热系数。对磨削区内的热量分配进行了理论分析,推导出成形磨齿工艺参数与磨削区热量分配的计算公式。2.分析了磨齿温度场的三类边界条件。根据有限单元法,推导了齿面瞬态温度场的有限元模型。利用软件ANSYS12.0中的热分析模块和编制的APDL语言对成形磨削齿面进行了三维瞬态温度场有限元仿真,获得了干湿磨工况下的齿面温度场分布状况,并分析了两种热源模型对齿面温度的影响。通过改变磨齿工艺参数(砂轮线速度、砂轮进给速度、磨削深度)分析了齿面温度的变化规律。3.对磨削残余应力进行了探讨,分析了磨齿热应力的产生原因和表现形式。利用ANSYS提供的间接法对齿面热应力进行了三维热-力耦合仿真,得到了热应力的分布情况以及随磨削时间的变化规律。4.使用数控成形磨齿机进行了磨齿烧伤实验。按照部分不同的磨齿用量进行了直齿轮磨削加工,并利用扫描电子显微镜观察了齿面磨削烧伤前后的形貌特征,间接验证了温度场仿真结果的合理性。通过对齿面磨削区热量传递和分配的理论分析与计算,对齿面瞬态温度场和热应力场进行的有限元仿真,以及进行的磨齿烧伤实验,最终获得了磨齿过程中齿面温度和热应力的分布规律。这对预测齿面易发生磨削烧伤的区域以及合理选用磨齿工艺参数有重要的应用价值。
【关键词】：成形磨齿 磨齿工艺参数 温度场 热应力场 有限元仿真 磨齿烧伤
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG616
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 磨削温度场的研究现状及进展10-13
• 1.2.1 磨削温度场的理论解析10-11
• 1.2.2 计算机技术在磨削温度场中的仿真应用11-13
• 1.3 磨削残余应力的国内外研究13-14
• 1.4 论文研究内容与方法14-15
• 第2章 成形磨削齿面层温度场理论分析15-29
• 2.1 磨削加工工艺概述15-16
• 2.1.1 磨削加工特征15
• 2.1.2 磨粒切削过程15-16
• 2.2 成形砂轮磨齿原理及磨齿余量16-17
• 2.3 磨齿热量17-19
• 2.3.1 磨齿热的产生与传递17-18
• 2.3.2 磨齿温度的分类18-19
• 2.4 磨削区热源模型分析19-23
• 2.4.1 矩形热源模型和三角形热源模型19-21
• 2.4.2 倾斜三角形热源和抛物线热源模型21-23
• 2.5 磨削弧内磨削液对流换热分析23-24
• 2.6 成形磨齿温度场理论分析24-28
• 2.6.1 磨削区热流量分配比24-26
• 2.6.2 成形磨齿工艺参数与磨削区热量分配数学模型的建立26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 成形法磨齿温度场三维有限元仿真29-51
• 3.1 概述29-31
• 3.1.1 有限元法在磨削温度场中的应用29-30
• 3.1.2 有限元法求解温度场的过程30-31
• 3.2 齿面磨削温度场的有限元数学模型31-34
• 3.2.1 温度场热量平衡方程31-32
• 3.2.2 齿面瞬态温度场有限元模型的建立32-34
• 3.3 齿面温度场三维有限元仿真34-41
• 3.3.1 齿轮参数和材料性质34-35
• 3.3.2 磨齿温度场仿真参数的设定35-36
• 3.3.3 磨齿温度场的假设条件36-37
• 3.3.4 磨齿温度场仿真过程37-41
• 3.4 磨齿温度场模拟结果及分析41-47
• 3.4.1 齿面温度场模拟结果41-43
• 3.4.2 齿面温度场分析43-47
• 3.5 磨齿工艺参数对齿面温度的影响47-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第4章 成形磨齿热应力有限元分析51-61
• 4.1 概述51
• 4.2 磨齿残余应力产生因素51-53
• 4.3 齿面表层磨削热应力的有限元求解模型53-54
• 4.4 磨齿热应力耦合仿真前处理54-56
• 4.4.1 热应力场的基本假设54-55
• 4.4.2 仿真前处理调整55-56
• 4.5 热应力场仿真及分析56-60
• 4.5.1 磨齿热应力场仿真结果56-58
• 4.5.2 齿面热应力分析58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第5章 成形法磨齿烧伤实验研究61-71
• 5.1 概述61
• 5.2 磨削烧伤61-62
• 5.3 齿轮试件与数控机床62-65
• 5.3.1 齿轮和砂轮的选用62-63
• 5.3.2 成形磨齿数控机床63-64
• 5.3.3 砂轮的修整64-65
• 5.4 磨齿加工及分析65-68
• 5.4.1 磨齿工艺参数65-66
• 5.4.2 齿面层烧伤分析66-68
• 5.5 齿面质量观察68-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间的研究成果78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘军和,刘蔚;金刚石滚轮在砂轮修整中的应用[J];轴承;2003年12期

2 李晓文;;磨削烧伤的成因[J];机械管理开发;2011年05期

3 朱鹏飞;任小中;;成形法磨齿加工中切向磨削力的试验研究[J];金刚石与磨料磨具工程;2013年04期

4 明兴祖;严宏志;熊显文;钟掘;;基于力热耦合作用的磨齿残余应力研究[J];中国机械工程;2008年09期

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本文编号：791849