本文關鍵詞：發(fā)動機葉片噴丸強化裝置結構優(yōu)化與應用

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【摘要】：提高發(fā)動機葉片強度的方法主要有噴丸強化、拋丸強化、高壓水射流表面強化、超聲波表面強化等,它們都依托其各自特點各具優(yōu)勢,而噴丸強化處理在實現(xiàn)發(fā)動機葉片表面強化方面具有噴丸強度高、噴丸質量好、噴丸成本低等優(yōu)勢,得到了國內外廣大學者的青睞。目前發(fā)動機葉片噴丸強化裝置已開始在葉片質量改善、葉片修復、葉片防護中得到了廣泛的應用,但存在的問題也是不可忽視的,普通噴丸裝置難以完成薄壁復雜曲面的多角度噴丸工作。提高噴丸強化效果,降低生產成本,發(fā)展噴丸強化新裝置已成為當前急需解決的問題。本文對噴丸強化裝置的關鍵部件進行優(yōu)化,通過對噴嘴、發(fā)動機葉片夾具、噴丸工作臺、帶輪傳動機構等的結構設計,實現(xiàn)超薄復雜曲面葉片的裝夾及葉片的多角度噴丸,并使用Solid works軟件建立了發(fā)動機葉片噴丸強化裝置的三維實體模型。針對上述關鍵零部件通過有限元模擬分析,實現(xiàn)其結構優(yōu)化,在提高葉片表面強化效果的同時實現(xiàn)成本最小化。運用離散元軟件EDEM對彈丸在噴嘴出口的速度進行仿真分析,研究不同類型的噴嘴和不同直徑的彈丸對速度的影響。仿真結果表明:直徑為0.3mm的彈丸在文丘里噴嘴的出口速度最接近優(yōu)化目標值。在噴丸最優(yōu)速度下,運用EDEM仿真分析得出滿足最優(yōu)噴丸速度的噴嘴通徑、噴嘴長度、噴嘴擴散角的范圍,噴嘴通徑的最優(yōu)范圍在6.4~9.5mm,噴嘴長度的最優(yōu)范圍在70~86mm,噴嘴擴散角的最優(yōu)范圍在7°~9°。運用正交試驗技術,研究彈丸在噴嘴出口速度與噴嘴通徑、噴嘴長度、噴嘴擴散角的相互關系,得到優(yōu)化后文丘里型噴嘴的通徑為9.5mm,噴嘴的長度為70mm,噴嘴的擴散角為8°。運用有限元分析軟件Workbench對普通滾珠式、改進的行星式噴丸工作臺的應力、應變和總變形進行仿真分析,仿真結果表明:在相同載荷條件下行星式噴丸工作臺的多點支撐可有效分散作用載荷,較滾珠應力集中的滾珠式工作臺,其最大應力和最大應變值都有所減小,提高了工作臺的壽命。對改進后的齒輪機構進行齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度的校核,校核結果顯示:齒輪機構的強度符合要求。改進后的行星式工作臺節(jié)省了調整葉片位置的時間,實現(xiàn)了一次裝夾、多角度噴丸處理效果,有效的提高了噴丸效率。對丸料回收提升機構關鍵零部件進行結構優(yōu)化,通過強度校核、Workbench有限元模擬分析,得到在工作載荷下,優(yōu)化后主軸直徑在53mm時,最大應力值為310.8MPa,最大應變?yōu)?.6×10-3;優(yōu)化后的帶輪筋板厚度11mm時,最大應力值為305.2MPa,最大應變?yōu)?.5×10-3,均滿足材料的屈服極限要求。上述結構的優(yōu)化,使提升機構滿足強度要求保證運行安全的同時,有效減輕了零件重量、降低了制造成本。本文對優(yōu)化后噴丸強化裝置進行了應用試驗,通過對45鋼曲面葉片進行噴丸強化和噴丸表面的超景深觀測、硬度測量、殘余應力測量,分析了優(yōu)化后噴丸裝置噴打葉片的三維形貌、力學性能和殘余應力與噴丸時間的變化關系,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的噴丸裝置對發(fā)動機葉片表面強化起到了明顯效果,硬度得到較大提高的同時各部位粗糙度減小并趨于一致,有效的殘余應力值得到明顯提高,實現(xiàn)了噴丸強化裝置對發(fā)動機葉片噴丸強化的應用。
【關鍵詞】：發(fā)動機葉片 噴丸強化裝置 有限元分析 優(yōu)化
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG668;TK406
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題背景及研究意義11
• 1.2 噴丸強化技術的研究進展11-12
• 1.3 噴丸強化裝置的研究進展12-14
• 1.4 發(fā)動機葉片噴丸強化工藝研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4.1 發(fā)動機葉片簡介14
• 1.4.2 葉片噴丸強化質量檢測指標14-15
• 1.4.3 葉片噴丸工藝參數(shù)15-17
• 1.5 課題的技術路線17-18
• 1.6 本文的主要研究內容18-21
• 第二章 發(fā)動機葉片噴丸強化裝置結構設計21-29
• 2.1 噴打部分的設計23-26
• 2.1.1 噴丸強化室23-24
• 2.1.2 噴嘴和噴嘴夾具24-25
• 2.1.3 噴丸工作臺及夾具25-26
• 2.1.4 噴丸壓力罐26
• 2.2 丸料回收部分的設計26-28
• 2.2.1 提升機構27-28
• 2.2.2 分離器28
• 2.3 本章小結28-29
• 第三章 噴嘴的仿真分析及結構優(yōu)化29-45
• 3.1 基于離散元法的EDEM軟件29
• 3.2 基于EDEM軟件的噴嘴優(yōu)化設計29-44
• 3.2.1 噴嘴類型優(yōu)化和仿真分析29-33
• 3.2.2 文丘里型噴嘴的優(yōu)化設計33-44
• 3.3 本章小結44-45
• 第四章 噴丸工作臺的仿真分析和優(yōu)化設計45-57
• 4.1 Workbench軟件簡介45
• 4.2 原工作臺有限元仿真分析45-48
• 4.2.1 仿真前處理設置45-47
• 4.2.2 仿真結果分析47-48
• 4.3 優(yōu)化后傳動齒輪強度校核計算48-53
• 4.3.1 齒面接觸疲勞強度校核計算49-52
• 4.3.2 齒根彎曲疲勞強度校核計算52-53
• 4.4 優(yōu)化后工作臺的仿真分析53-54
• 4.4.1 仿真前處理設置53
• 4.4.2 仿真結果分析53-54
• 4.5 本章小結54-57
• 第五章 提升機構主軸及帶輪仿真分析和優(yōu)化設計57-69
• 5.1 提升傳動機構簡介57
• 5.2 軸的優(yōu)化設計57-63
• 5.2.1 軸的仿真分析57-61
• 5.2.2 優(yōu)化后軸的強度校核和仿真分析61-63
• 5.3 帶輪的優(yōu)化設計63-67
• 5.3.1 原帶輪的仿真分析64-66
• 5.3.2 優(yōu)化后帶輪的仿真分析66-67
• 5.4 本章小結67-69
• 第六章 發(fā)動機葉片噴丸強化裝置應用69-79
• 6.1 噴丸強化裝置的應用試驗70-75
• 6.1.1 葉片三維表面形貌的觀測70-72
• 6.1.2 葉片表面硬度的測量72-73
• 6.1.3 殘余應力的測量73-75
• 6.2 噴丸強化裝置在葉片修復和葉片防護上的應用75-76
• 6.3 本章小結76-79
• 第七章 結論與展望79-81
• 7.1 結論79-80
• 7.2 展望80-81
• 參考文獻81-85
• 致謝85-87
• 附錄87

【參考文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前1條

1 趙一霽;噴丸式復雜型面強化設備機械手的設計[D];西華大學;2013年

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本文編號：963609