本文關(guān)鍵詞：凸輪軸高速磨削溫度數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件之一,凸輪軸的產(chǎn)量大、使用面廣,其加工精度、表面質(zhì)量、燒傷程度直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的工作質(zhì)量和效率。凸輪高速磨削過程中往往會(huì)伴有大量熱量的產(chǎn)生,并以熱能的形式進(jìn)入工件和砂輪,導(dǎo)致磨削弧區(qū)局部溫度急劇升高,極大地影響凸輪的表面完整性及其使用性能,甚至引起凸輪表面的熱損傷(包括表面的燒傷、裂紋、殘余應(yīng)力等)。因此,本文以凸輪軸高速磨削熱為研究對象,分析了凸輪軸高速磨削加工機(jī)理及工藝特點(diǎn),建立了適用于凸輪高速磨削溫度理論計(jì)算的熱流分布模型,開展了凸輪軸高速磨削溫度數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,為尋求準(zhǔn)確合理地監(jiān)視和控制磨削熱損傷工藝措施、改進(jìn)凸輪軸磨削工藝、充實(shí)磨削工藝數(shù)據(jù)庫提供了科學(xué)依據(jù)。首先,本文分析了凸輪軸數(shù)控磨削加工原理及其工藝特點(diǎn),探討磨削過程中凸輪工件與砂輪的幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及其對磨削熱的影響,進(jìn)行凸輪軸高速磨削過程磨削熱的生成理論解析,推導(dǎo)了適用于凸輪軸磨削溫度理論計(jì)算的可變熱流分布模型,提出了一種凸輪軸高速磨削弧區(qū)熱量分配比的計(jì)算方法。其次,本文闡述了磨削加工熱分析過程的理論基礎(chǔ)和熱分析有限元法的基本理論,在ANSYS有限元軟件中對凸輪軸進(jìn)行了APDL參數(shù)化建模,提出了一種非圓曲面磨削熱源加載方法,并基于可變熱流分布模型對凸輪高速磨削溫度進(jìn)行了有限元仿真。最后,本文搭建了基于紅外熱像儀的凸輪軸高速磨削溫度測量裝置,開展了凸輪軸高速磨削實(shí)驗(yàn),探討分析了不同磨削工藝參數(shù)對磨削溫度的影響機(jī)制,對比分析了仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)果比較吻合,驗(yàn)證了理論模型與仿真的正確性,并提出了基于工件表面溫控目標(biāo)的凸輪軸磨削工藝優(yōu)化策略。
【關(guān)鍵詞】：凸輪軸 磨削溫度 可變熱流分布模型 有限元仿真 紅外熱像儀
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG580.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題背景及意義11-12
• 1.2 凸輪軸高速數(shù)控磨削技術(shù)概述12-14
• 1.3 國內(nèi)外磨削溫度的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 磨削溫度理論研究14-16
• 1.3.2 磨削溫度的數(shù)值模擬16-17
• 1.3.3 磨削溫度的測量技術(shù)17-18
• 1.3.4 凸輪軸磨削溫度研究18-19
• 1.4 課題來源及研究內(nèi)容19-21
• 1.4.1 課題來源19
• 1.4.2 研究內(nèi)容19-21
• 第二章 凸輪軸高速磨削理論基礎(chǔ)21-33
• 2.1 凸輪軸數(shù)控磨削基本原理21-26
• 2.1.1 凸輪軸數(shù)控磨削加工的工藝特點(diǎn)21-23
• 2.1.2 凸輪軸數(shù)控磨削幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)特性分析23-26
• 2.2 凸輪軸高速磨削熱源模型的研究26-30
• 2.2.1 磨削熱的生成理論解析26-27
• 2.2.2 可變熱源分布模型的提出27-28
• 2.2.3 可變熱流分布模型的理論解析28-30
• 2.3 凸輪高速磨削弧區(qū)熱量分配比的計(jì)算30-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 凸輪軸高速磨削溫度數(shù)值模擬33-45
• 3.1 磨削熱有限元分析的基本原理33-35
• 3.1.1 磨削加工熱分析過程的理論基礎(chǔ)34
• 3.1.2 熱分析有限元法的基本理論34-35
• 3.2 凸輪高速磨削溫度有限元仿真模型的建立35-39
• 3.2.1 仿真模型的假設(shè)與簡化35-36
• 3.2.2 單元類型的選擇36
• 3.2.3 材料屬性定義36-37
• 3.2.4 凸輪軸幾何模型的建立37-38
• 3.2.5 有限元網(wǎng)格劃分38-39
• 3.3 有限元仿真模型的求解39-43
• 3.3.1 凸輪軸磨削溫度仿真參數(shù)的確定與計(jì)算39-41
• 3.3.2 時(shí)間步長的確定41
• 3.3.3 移動(dòng)熱源的加載與求解41-42
• 3.3.4 整體溫度的分布42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 凸輪軸高速磨削實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)45-55
• 4.1 實(shí)驗(yàn)試件材料及其性能45-46
• 4.2 磨削實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹46-50
• 4.2.1 CNC8325數(shù)控凸輪軸高速復(fù)合磨床46-47
• 4.2.2 CBN砂輪及修整47-49
• 4.2.3 紅外熱像儀及其標(biāo)定49-50
• 4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集方法50-53
• 4.3.1 磨削溫度的采集方法50-51
• 4.3.2 工件表面磨削燒傷的檢測51-52
• 4.3.3 表面粗糙度的測量52-53
• 4.4 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)53-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 凸輪軸高速磨削實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析55-71
• 5.1 磨削溫度測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-56
• 5.2 磨削工藝參數(shù)對工件表面溫度的影響56-61
• 5.2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56-58
• 5.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析58-60
• 5.2.3 高速高效磨削參數(shù)組合對磨削溫度及表面粗糙度的影響60-61
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比分析61-65
• 5.3.1 凸輪輪廓面上磨削溫度實(shí)測值與仿真值得對比61-63
• 5.3.2 最大磨削溫度實(shí)測值與仿真值的對比63-65
• 5.4 磨削溫度與工件表面燒傷65-67
• 5.5 基于工件表面溫控目標(biāo)的凸輪軸磨削優(yōu)化策略分析67-68
• 5.6 本章小結(jié)68-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 本文的主要研究工作71
• 6.2 研究展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-79
• 附錄A: 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研工作79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：908890