發(fā)布時間：2020-11-11 07:17

　　 隨著精密加工、精密測試技術(shù)的發(fā)展，納米技術(shù)的興起，熱變形誤差已成為這 些領(lǐng)域提高測量精度和加工精度的關(guān)鍵技術(shù)障礙。本文在綜合國內(nèi)外研究成果和本 單位熱變形研究成果的基礎(chǔ)上，在國家自然科學(xué)基金等項目的支持下，首次將熱傳 導(dǎo)理論、彈性理論和熱彈性理論系統(tǒng)、深入地引進(jìn)到研究之中，研究了零部件不同 狀態(tài)下（使用中，加工中）的非均勻溫度場理論模型，在此基礎(chǔ)上對零部件的熱變 形、熱應(yīng)力做了系統(tǒng)的理論分析和實驗驗證，取得了一些成果，其中有些觀點是創(chuàng) 新的。 本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新包括： 在綜合國內(nèi)外現(xiàn)有熱變形研究成果的基礎(chǔ)上，主要研究了非均勻溫度場中機械 零部件的熱變形，采用了與均勻溫度場的熱變形研究有本質(zhì)區(qū)別的新技術(shù)路線和新 的理論基礎(chǔ)。工作中的機械設(shè)備大多是處于非均勻、穩(wěn)定溫度場中的，因此研究非 均勻溫度場的熱變形更具有應(yīng)用價值和實際意義。其研究成果和我們已完成的均勻 溫度場中的熱變形成果前后呼應(yīng)、互相補充，既拓寬了熱變形的研究領(lǐng)域、又為機 械熱變形的進(jìn)一步研究構(gòu)筑了更加全面的、完整的理論基礎(chǔ)。 根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，本文獨立完成機械零部件典型溫度場的理論建模、主軸三維 溫度場的理論推導(dǎo)，在確定溫度場的基礎(chǔ)上，運用熱彈性理論完成了其熱應(yīng)力和熱 變形的理論計算和和部分試驗分析，類似的結(jié)論或成果國、內(nèi)外未見報道。 本文選用兩種典型零部件（孔軸配合和滾動軸承）為突破口，對機械零部件在穩(wěn) 定溫度場下的熱變形規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文重點分析熱變形對孔、軸類配合 的影響，提出了通過修正公差設(shè)計補償熱變形誤差的理論方法和具體措施，為全面 提出熱公差配合理論奠定了良好的基礎(chǔ)；系統(tǒng)討論了滾動軸承游隙變化和溫度變化 之間的關(guān)系，分析了裝配應(yīng)力及旋轉(zhuǎn)速度對游隙變化的影響，完成了軸承最佳工作 游隙的確定方法和計算理論；在確定軸承、主軸熱變形的基礎(chǔ)上，深入分析其熱變 形對軸系預(yù)緊的影響，該成果將熱變形這一對于預(yù)緊不利的因素轉(zhuǎn)化為對預(yù)緊有利 的因素，通過確定合適的初始預(yù)緊力，進(jìn)而保證了軸系在工作溫度中處于最佳的預(yù) 緊狀態(tài)，這對于高精度軸系的設(shè)計、制造和使用均具有理論價值和現(xiàn)實意義。 本文總結(jié)了影響機械零部件熱變形的各種主要因素，重點研究了殘余應(yīng)力對零 件熱變形的影響。眾所周知，殘余應(yīng)力會導(dǎo)致零部件發(fā)生殘余應(yīng)力變形，破壞精度。 本文分析了典型熱處理工藝、切削加工工藝對殘余應(yīng)力產(chǎn)生、分布、大小和性質(zhì)的 影響，提出了殘余應(yīng)力對零部件熱變形的影響機理，并進(jìn)行了有創(chuàng)新的理論分析。 本文選用不同的典型工藝加工了一批殘余應(yīng)力具有特定分布的零件，通過對試件熱 變形的測定，基本上驗證了新觀點的正確性。 在理論研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合實際研究了三峽工程發(fā)電機組主軸在車削加工 11 合肥工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 中的熱變形。切削熱所產(chǎn)生的溫度場是非均勻非穩(wěn)定的，它不僅是空間的函數(shù)，也 是時間的函數(shù)，同時熱源性質(zhì)也不同。本文在理論上運用移動熱源法、格林函數(shù)法 完成車削中孔、軸類零件的三維非均勻、非穩(wěn)定溫度場的理論建模，而且孔、軸的 理論分析采用了不同的計算理論和思路，在此基礎(chǔ)上運用熱彈性位移勢和勒夫位移 函數(shù)推導(dǎo)了車削狀況F零部件熱變形的理論公式，并進(jìn)行了試驗驗證分析，該部分 成果即將進(jìn)入實際應(yīng)用階段，相同或相似的結(jié)論、成果國內(nèi)外未見報道。 針對非均勻、穩(wěn)定溫度場和非均勻、非穩(wěn)定溫度場中不同規(guī)律的熱變形研究， 本論文專門研制了兩套包含加溫、測溫、控溫、測熱變形的實驗裝置，根據(jù)熱傳導(dǎo) 性質(zhì)和方向的不同，兩套裝置分別采用“向心”加熱和“離心”加熱的方法來構(gòu)建 零部件的不同性質(zhì)的溫度場，在綜合各種熱變形測量方法的基礎(chǔ)上，提出了測量零 部件熱變形的新方法。實驗結(jié)果基本驗證了理論分析的成果，更重要的是它為不斷 修正邊界條件，提供了依據(jù)，這一點在非均勻溫度場中研究熱變形是很重要的。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2001
【中圖分類】：TH161.4
【文章目錄】：
第一章 緒 論
    1.1 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和存在的問題
    1.3 本論文的主要研究內(nèi)容
第二章 熱變形的理論基礎(chǔ)
    2.1 傳統(tǒng)熱膨脹理論概述
    2.2 熱傳導(dǎo)理論基礎(chǔ)及分析
    2.3 熱彈性理論基礎(chǔ)
第三章 回轉(zhuǎn)類零件熱變形理論研究
    3.1 典型溫度場的理論分析
    3.2 主軸三維熱傳導(dǎo)問題的級數(shù)解
    3.3 圓筒類零件熱變形分析
    3.4 圓盤類零件熱變形分析
第四章 典型零部件熱變形理論分析
    4.1 公差配合概述
    4.2 軸套彈性變形分析
    4.3 裝配應(yīng)力和熱變形對間隙配合影響之分析
    4.4 熱變形對過盈配合的影響分析
    4.5 滾動軸承概述
    4.6 軸承預(yù)緊原理和軸系熱特性分析
    4.7 滾動軸承熱變形的理論分析
第五章 殘余應(yīng)力影響零件熱變形的理論分析
    5.1 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及特點
    5.2 熱處理對殘余應(yīng)力形成及分布的影響
    5.3 切削加工對表層殘余內(nèi)應(yīng)力形成及分布的影響
    5.4 殘余應(yīng)力影響零件熱變形機理
    5.5 殘余應(yīng)力影響簡單形體熱變形的理論分析
第六章 發(fā)電機組主軸熱變形規(guī)律的理論研究
    6.1 問題的提出
    6.2 切削熱中工件熱變形的研究現(xiàn)狀及特點
    6.3 切削加工中大軸溫度場的理論分析
    6.4 實心軸熱變形之理論分析
第七章 實 驗
    7.1 軸套熱變形實驗
    7.2 殘余應(yīng)力對熱變形影響實驗
    7.3 大軸切削加工下的熱變形模擬實驗分析
    7.4 發(fā)電機組止口實驗結(jié)論
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 展 望
附 錄
主要參考文獻(xiàn)
讀博士期間發(fā)表的論文
致 謝

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本文編號：2878906