凸轮轴高速磨削温度数值模拟与实验研究
发布时间:2017-09-24 02:36
本文关键词:凸轮轴高速磨削温度数值模拟与实验研究
更多相关文章: 凸轮轴 磨削温度 可变热流分布模型 有限元仿真 红外热像仪
【摘要】:作为发动机的重要零件之一,凸轮轴的产量大、使用面广,其加工精度、表面质量、烧伤程度直接决定着发动机的工作质量和效率。凸轮高速磨削过程中往往会伴有大量热量的产生,并以热能的形式进入工件和砂轮,导致磨削弧区局部温度急剧升高,极大地影响凸轮的表面完整性及其使用性能,甚至引起凸轮表面的热损伤(包括表面的烧伤、裂纹、残余应力等)。因此,本文以凸轮轴高速磨削热为研究对象,分析了凸轮轴高速磨削加工机理及工艺特点,建立了适用于凸轮高速磨削温度理论计算的热流分布模型,开展了凸轮轴高速磨削温度数值模拟和实验研究,为寻求准确合理地监视和控制磨削热损伤工艺措施、改进凸轮轴磨削工艺、充实磨削工艺数据库提供了科学依据。首先,本文分析了凸轮轴数控磨削加工原理及其工艺特点,探讨磨削过程中凸轮工件与砂轮的几何运动学特性及其对磨削热的影响,进行凸轮轴高速磨削过程磨削热的生成理论解析,推导了适用于凸轮轴磨削温度理论计算的可变热流分布模型,提出了一种凸轮轴高速磨削弧区热量分配比的计算方法。其次,本文阐述了磨削加工热分析过程的理论基础和热分析有限元法的基本理论,在ANSYS有限元软件中对凸轮轴进行了APDL参数化建模,提出了一种非圆曲面磨削热源加载方法,并基于可变热流分布模型对凸轮高速磨削温度进行了有限元仿真。最后,本文搭建了基于红外热像仪的凸轮轴高速磨削温度测量装置,开展了凸轮轴高速磨削实验,探讨分析了不同磨削工艺参数对磨削温度的影响机制,对比分析了仿真结果与实验结果,结果比较吻合,验证了理论模型与仿真的正确性,并提出了基于工件表面温控目标的凸轮轴磨削工艺优化策略。
【关键词】:凸轮轴 磨削温度 可变热流分布模型 有限元仿真 红外热像仪
【学位授予单位】:湖南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG580.6
【目录】:
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-11
- 第一章 绪论11-21
- 1.1 选题背景及意义11-12
- 1.2 凸轮轴高速数控磨削技术概述12-14
- 1.3 国内外磨削温度的研究现状14-19
- 1.3.1 磨削温度理论研究14-16
- 1.3.2 磨削温度的数值模拟16-17
- 1.3.3 磨削温度的测量技术17-18
- 1.3.4 凸轮轴磨削温度研究18-19
- 1.4 课题来源及研究内容19-21
- 1.4.1 课题来源19
- 1.4.2 研究内容19-21
- 第二章 凸轮轴高速磨削理论基础21-33
- 2.1 凸轮轴数控磨削基本原理21-26
- 2.1.1 凸轮轴数控磨削加工的工艺特点21-23
- 2.1.2 凸轮轴数控磨削几何运动学特性分析23-26
- 2.2 凸轮轴高速磨削热源模型的研究26-30
- 2.2.1 磨削热的生成理论解析26-27
- 2.2.2 可变热源分布模型的提出27-28
- 2.2.3 可变热流分布模型的理论解析28-30
- 2.3 凸轮高速磨削弧区热量分配比的计算30-32
- 2.4 本章小结32-33
- 第三章 凸轮轴高速磨削温度数值模拟33-45
- 3.1 磨削热有限元分析的基本原理33-35
- 3.1.1 磨削加工热分析过程的理论基础34
- 3.1.2 热分析有限元法的基本理论34-35
- 3.2 凸轮高速磨削温度有限元仿真模型的建立35-39
- 3.2.1 仿真模型的假设与简化35-36
- 3.2.2 单元类型的选择36
- 3.2.3 材料属性定义36-37
- 3.2.4 凸轮轴几何模型的建立37-38
- 3.2.5 有限元网格划分38-39
- 3.3 有限元仿真模型的求解39-43
- 3.3.1 凸轮轴磨削温度仿真参数的确定与计算39-41
- 3.3.2 时间步长的确定41
- 3.3.3 移动热源的加载与求解41-42
- 3.3.4 整体温度的分布42-43
- 3.4 本章小结43-45
- 第四章 凸轮轴高速磨削实验方案设计45-55
- 4.1 实验试件材料及其性能45-46
- 4.2 磨削实验设备介绍46-50
- 4.2.1 CNC8325数控凸轮轴高速复合磨床46-47
- 4.2.2 CBN砂轮及修整47-49
- 4.2.3 红外热像仪及其标定49-50
- 4.3 实验数据的采集方法50-53
- 4.3.1 磨削温度的采集方法50-51
- 4.3.2 工件表面磨削烧伤的检测51-52
- 4.3.3 表面粗糙度的测量52-53
- 4.4 实验方案设计53-54
- 4.5 本章小结54-55
- 第五章 凸轮轴高速磨削实验及结果分析55-71
- 5.1 磨削温度测试实验结果55-56
- 5.2 磨削工艺参数对工件表面温度的影响56-61
- 5.2.1 正交实验结果分析56-58
- 5.2.2 单因素实验结果分析58-60
- 5.2.3 高速高效磨削参数组合对磨削温度及表面粗糙度的影响60-61
- 5.3 实验结果与仿真结果的对比分析61-65
- 5.3.1 凸轮轮廓面上磨削温度实测值与仿真值得对比61-63
- 5.3.2 最大磨削温度实测值与仿真值的对比63-65
- 5.4 磨削温度与工件表面烧伤65-67
- 5.5 基于工件表面温控目标的凸轮轴磨削优化策略分析67-68
- 5.6 本章小结68-71
- 第六章 总结与展望71-73
- 6.1 本文的主要研究工作71
- 6.2 研究展望71-73
- 参考文献73-77
- 致谢77-79
- 附录A: 发表的学术论文及科研工作79
【参考文献】
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,本文编号:908890
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