【摘要】：行星滾柱絲杠是一種精密的傳動機構,可以將絲桿的旋轉運動轉化為螺母的直線運動,具有結構尺寸小、承載能力大、傳動精度高等優(yōu)點,被廣泛應用于民用市場與軍工領域。然而,國內精密螺紋部件的加工制造仍面臨許多技術難題,精密行星滾柱絲杠多依賴于進口,限制了我國傳動裝備的發(fā)展。因此,本文利用硬態(tài)車削技術加工螺紋副,分析螺紋加工過程的相關機理,建立有限元模型,并對切削藝參數(shù)進行優(yōu)化,分析加工系統(tǒng)的動力學特性,為高質量行星滾柱絲杠的加工制造提供理論支持。根據(jù)螺紋車削過程產生的排屑干涉現(xiàn)象,將車刀劃分為單元刀具模型,利用最小能量法建立主切削力的數(shù)學公式;分析了不同的進刀方式與進刀量分配法對螺紋車削的影響;基于有限元分析理論,選擇前處理中的求解方法與參數(shù),建立了螺紋硬態(tài)車削的仿真模型。通過有限元軟件DEFORM進行運算,采用單因素分析法,探究切削參數(shù)與刀具幾何參數(shù)對切削力、切削溫度與刀具磨損的影響規(guī)律,并分析相關機理;通過絲桿的車削試驗,驗證仿真結果的正確性;建立已磨損刀具模型,分析磨損量對螺紋車削加工的影響,對比不同的進刀量分配方法,得出材料去除率的改善法更適合螺紋的硬態(tài)車削加工。基于仿真數(shù)據(jù),利用線性回歸分析法建立相關經驗公式;選擇刀具使用壽命、加工效率與表面粗糙度為目標函數(shù),考慮機床性能、工件質量、刀具使用等方面的約束條件;通過層次分析法分配權重系數(shù)與求解分目標函數(shù)的最優(yōu)值,建立總目標函數(shù);運用MATLAB遺傳算法程序進行優(yōu)化求解。運用ANSYS Workbench對滾柱、絲桿、螺母與螺紋刀具進行模態(tài)分析,解得各階的固有頻率與振動形態(tài),分析螺紋深度變化對結構模態(tài)的影響;基于模態(tài)分析的結果,對各零部件進行諧響應分析,得到螺紋加工過程中不同位置的位移響應曲線,對比不同剛度對結構動態(tài)剛度與振動位移的影響情況。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG51
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究目的和意義行星滾柱絲杠(Planetary roller screw，PRS)是 1942 年由瑞典人 Carl Bruno 提出的一種精密傳動機構[1]，主要由滾柱、絲桿、螺母、內齒圈與保持架等零部件組成，其內部結構如圖 1-1 所示。滾柱通過螺紋與絲桿和螺母相互嚙合，自轉的同時圍繞絲桿公轉，完成行星運動；滾柱兩端的齒輪與外齒圈嚙合，防止因轉動干涉而發(fā)生卡死現(xiàn)象；保持架使?jié)L柱均勻分布在絲桿周圍，保證 PRS 的承載能力與傳動穩(wěn)定性。在實際使用中，PRS 可以將電機傳遞的扭矩轉化為舵機機構的推力[2]。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究目的和意義行星滾柱絲杠(Planetary roller screw，PRS)是 1942 年由瑞典人 Carl Bruno 提出的一種精密傳動機構[1]，主要由滾柱、絲桿、螺母、內齒圈與保持架等零部件組成，其內部結構如圖 1-1 所示。滾柱通過螺紋與絲桿和螺母相互嚙合，自轉的同時圍繞絲桿公轉，完成行星運動；滾柱兩端的齒輪與外齒圈嚙合，防止因轉動干涉而發(fā)生卡死現(xiàn)象；保持架使?jié)L柱均勻分布在絲桿周圍，保證 PRS 的承載能力與傳動穩(wěn)定性。在實際使用中，PRS 可以將電機傳遞的扭矩轉化為舵機機構的推力[2]。

a）高精度數(shù)控加工機床 b）高性能戰(zhàn)機的起落架圖 1-3 行星滾柱絲杠的具體應用行星滾柱絲杠依靠零件間的螺紋嚙合實現(xiàn)傳動功能，螺紋的加工精度將直接影響系統(tǒng)的傳動精度、使用壽命、與平穩(wěn)性，故優(yōu)化螺紋的加工技術是提升 PRS整體性能的關鍵。PRS 的螺紋是由特定參數(shù)設計而成，其制造工藝方法主要為成型加工，例如旋風銑削、磨削加工、硬態(tài)車削、滾壓成型等[5]，如圖 1-4 所示。目前國內多采用磨削加工絲杠螺紋副，但磨削加工工序復雜、對砂輪品質要求高、生產能耗大、會產生粉塵污染等問題，難以滿足精密 PRS 的制造需求。a）旋風銑削 b）磨削加工

【參考文獻】

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1 諸楠;趙震;莊新村;;一種考慮剪切作用機制的Johnson-Cook斷裂準則[J];鍛壓技術;2015年08期

2 楊瀟;曹華軍;陳永鵬;張成龍;周力;;高速干切滾齒工藝系統(tǒng)切削熱全過程傳遞模型[J];機械工程學報;2015年19期

3 李瑰;張保成;馬學軍;;基于層次分析法的齒輪減速器多目標優(yōu)化設計[J];煤礦機械;2015年05期

4 鄧雪;李家銘;曾浩健;陳俊羊;趙俊峰;;層次分析法權重計算方法分析及其應用研究[J];數(shù)學的實踐與認識;2012年07期

5 郝巖利;;數(shù)控車床車削梯形螺紋概述[J];工業(yè)設計;2012年02期

6 黃祖堯;;突破瓶頸,沖刺高端,做精做強——中高檔滾動功能部件提高國內市場占有率的思考[J];制造技術與機床;2012年02期

7 顏怡霞;陳裕澤;;金屬切削過程熱力耦合的三維數(shù)值仿真[J];機械強度;2011年06期

8 張家梁;李蓓智;龐靜珠;;刀具磨損過程中的切削力特征研究[J];制造技術與機床;2010年05期

9 滕凱;馬秀麗;;分層法車削梯形螺紋[J];機械制造與自動化;2007年01期

10 韓榮第,郭建亮;細長桿車削系統(tǒng)的動力學建模[J];機械研究與應用;2004年03期

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2 姜洪奎;大導程滾珠絲杠副動力學性能及加工方法研究[D];山東大學;2007年

3 郭建亮;細長軸類工件車削加工的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

4 文東輝;PCBN刀具硬態(tài)切削機理及技術[D];大連理工大學;2002年

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1 黃翠;基于有限元方法的GH4169車削過程刀具磨損仿真及試驗研究[D];哈爾濱理工大學;2017年

2 尹凱;雙刃刀具切削時自然分屑臨界條件的實驗研究[D];華中科技大學;2016年

3 伍凡;三角螺紋車削加工排屑干涉問題的研究[D];華中科技大學;2016年

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5 于靜;高速切削淬硬模具鋼切削機理的研究[D];大連理工大學;2012年

6 岳彩旭;硬態(tài)切削過程的有限元仿真與實驗研究[D];哈爾濱理工大學;2010年

7 王瀟屹;偏梯形石油管螺紋車刀切削加工試驗研究及其應用[D];上海交通大學;2009年

8 陳雪敏;高鋼級高Cr合金鋼偏梯形油井管螺紋車削加工性能研究[D];上海交通大學;2008年

9 丁同梅;基于GA切削參數(shù)和TSP孔群加工路徑優(yōu)化的研究[D];天津大學;2007年

本文編號：2759858