装配式凸轮轴芯轴滚花加工数值模拟研究

发布时间：2017-04-27 16:13

  本文关键词：装配式凸轮轴芯轴滚花加工数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：装配式凸轮轴以其较高的制造精度、轻量化的结构设计、灵活的材料匹配、高生产效率、低廉的生产成本、较小的生产污染以及敏捷的制造技术等诸多传统一体式凸轮轴无法企及的优势，已经成为凸轮轴制造业新的发展方向。而凸轮片与芯轴的连接方法作为装配式凸轮轴的关键技术越来越受到凸轮轴制造行业的重视，也成为近年工程科研院所的研究热点。 作为凸轮与芯轴重要连接方法之一的滚花过盈装配连接技术，其中芯轴的滚花加工是装配式凸轮轴高强度连接关键技术中的重要一环，滚挤出的齿形形状、齿形高度对后续凸轮片与芯轴的压力装配过程及其最终连接强度均有较大影响。不同的滚花加工工艺参数对数控机床主轴力矩、刀具载荷也会产生一定的影响。本文对轴向和横向两种主要的滚花加工方法进行了数值模拟研究，对影响芯轴过盈量和刀具载荷的滚花刀具几何参数以及工艺参数进行了系统的探讨，结合实际生产需求，确定了最佳的刀具几何参数和加工工艺参数。 本文进行的研究工作主要为： （1）针对轴向和横向两种不同的滚花加工过程，定性分析了三角齿成型过程特点及滚花过程中的刀具和芯轴的受力情况，探讨了轴向滚齿时不错齿的必要条件和横向滚齿时金属流动特点。 （2）对轴向滚花过程进行了二维弹塑性有限元模拟分析，给出轴向滚齿过程中芯轴的等效应力、应变、齿形高度、刀具载荷以及夹具扭矩的变化规律，确定了轴向滚挤齿形时的不错齿必要条件，并实验验证了轴向滚花模拟齿形。分析了轴向齿形高度（过盈量）、刀具载荷的影响因素，探讨了刀具齿顶角、齿高、芯轴转速以及刀具进给速度对刀具载荷和芯轴单边过盈量的影响规律，进而优化刀具设计方案和工艺参数，选定最适合的轴向滚花加工参数。 （3）对横向滚花过程进行了三维刚塑性有限元数值模拟，，给出了横向滚齿时芯轴的等效应力、速度场、表面积、齿形高度以及刀具载荷的变化规律，并进行了横向滚花实验。探讨了刀具齿顶角、齿高对刀具载荷以及芯轴单边过盈量的影响规律，给出最适宜的刀具齿顶角度以及刀具齿高，为横向滚花加工刀具设计提供了理论参考。
【关键词】：装配式凸轮轴 滚花连接 横向滚花 轴向滚花 数值模拟 工艺参数
【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】：TH133.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 凸轮轴制造方法概述12-14
• 1.2.1 传统凸轮轴制造方法12-13
• 1.2.2 装配式凸轮轴制造技术13-14
• 1.3 装配式凸轮轴常用连接方法14-17
• 1.3.1 热过盈装配法15
• 1.3.2 机械滚花连接法15-16
• 1.3.3 扩管连接法16-17
• 1.3.4 焊接法17
• 1.3.5 烧结法17
• 1.4 国外凸轮轴连接技术研究进展17-19
• 1.5 国内装配式凸轮轴研究及生产技术现状19
• 1.6 选题意义19-21
• 1.7 本文主要研究内容21-23
• 第二章 滚花连接原理及滚花过程分析23-37
• 2.1 凸轮轴滚花连接原理23-25
• 2.2 滚花过盈装配过程25-27
• 2.2.1 滚花装配流程25-26
• 2.2.2 滚花成型工艺26
• 2.2.3 压装工艺26-27
• 2.3 轴向齿形滚挤分析27-30
• 2.3.1 轴向滚花成型过程分析27-28
• 2.3.2 轴向滚齿无错齿必要条件28-29
• 2.3.3 轴向滚齿受力分析29-30
• 2.4 横向齿形滚挤分析30-31
• 2.4.1 横向滚花成型过程分析30-31
• 2.4.2 横向滚齿受力分析31
• 2.5 滚花成型模拟理论31-36
• 2.5.1 弹塑性有限元法32-34
• 2.5.2 刚塑性有限元法34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 轴向滚花数值模拟及参数分析37-59
• 3.1 有限元模型建立及关键技术处理37-41
• 3.1.1 模型建立37-39
• 3.1.2 材料模型39
• 3.1.3 边界条件39-41
• 3.2 轴向滚齿过程分析41-47
• 3.2.1 等效应力41-43
• 3.2.2 芯轴表面变形分析43-46
• 3.2.3 齿形高度变化46-47
• 3.3 刀具、夹具载荷分析47-48
• 3.3.1 刀具载荷分析47
• 3.3.2 夹具力矩分析47-48
• 3.4 轴向滚花成形影响因素分析48-58
• 3.4.1 滚花刀几何参数的影响48-54
• 3.4.2 滚花加工工艺参数的影响54-57
• 3.4.3 芯轴材料的影响57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 横向滚花数值模拟及参数分析59-77
• 4.1 横向滚花模型建立及边界条件处理59-62
• 4.1.1 横向滚花加工模型简化59-60
• 4.1.2 几何模型建立60-61
• 4.1.3 芯轴有限单元网格离散61
• 4.1.4 材料模型建立61-62
• 4.2 边界条件约束62-63
• 4.2.1 边界位移约束62
• 4.2.2 接触和摩擦处理62
• 4.2.3 滚花刀具载荷施加62-63
• 4.3 横向滚花加工过程分析63-67
• 4.3.1 等效应力分析63-64
• 4.3.2 速度场与齿形分析64-66
• 4.3.3 刀具载荷分析66
• 4.3.4 芯轴齿形高度分析66-67
• 4.4 横向滚花加工参数分析67-72
• 4.4.1 横向滚花刀几何参数对过盈量影响67-70
• 4.4.2 横向滚花刀几何参数对刀具载荷的影响70-72
• 4.5 横向滚花刀具设计72-74
• 4.5.1 刀具齿高和齿顶角度选择72-73
• 4.5.2 刀具直径选择73-74
• 4.6 本章小结74-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

【参考文献】

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1 郭炳鑫;装配式凸轮轴悬臂式数控装配机研究与设计[D];吉林大学;2008年

  本文关键词：装配式凸轮轴芯轴滚花加工数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：330959