机床固定结合面动态与热态特性分析

论文摘要

随着机械加工水平的不断提高,各行各业对机械设备的性能的要求也越来越高。机械结构中的结合面对机械的动态特性和热特性均有很大影响。所以,研究结合面的动态特性和热特性是准确预测机械结构的特性,提高其性能的前提条件。本文在江苏省“十五”科技攻关资助项目“高速高精度数控无心磨床的开发”（BE2003071、BE2004025）的基础上,结合目前国内外研究现状,对机构中固定结合面的动态特性和热特性进行了研究。主要内容有以下几个方面:1.针对结合面的特点,提出用吉村允孝法对实际结合面的动态特性进行研究。应用弹簧-阻尼单元对单位面积结合面进行动态建模,综合运用有限元方法和实验进行单位面积结合面的动态特性参数的识别。通过研究不同表面粗糙度、不同结合面法向面压的结合面的动态特性,完成对单位面积结合面法向、切向动态特性参数影响因素的研究。2.运用三维建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS,考虑结合面的影响,对磨床组件进行动态分析。并对比考虑结合面影响和不考虑结合面影响的两种分析结果,研究结合面对机械结构动态特性的影响。为进一步提高机械结构计算机模拟的精度奠定基础。3.结合分形接触理论和经典热传递理论,在W-M函数的改进M-B分形接触模型的基础上,建立了一定假设条件下的结合面接触热阻模型,并推导出具有尺度独立性的接触热阻理论解析公式。通过算例分析及与相关实验的对比表明:该模型的解析计算值和实验值吻合较好,可用于接触热阻的描述。根据该分形模型,讨论了结合面接触热阻的影响因素。4.考虑接触热阻的影响、润滑脂基油粘温特性对轴承发热量的影响以及轴承的刚度,对磨架部分进行有限元建模及热分析,结合实验验证该分析的有效性。并对加工过程中磨架系统的温度分布及热变形对加工精度的影响进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 机床结合面动态特性研究现状
• 1.3 机床结合面热态特性研究现状
• 1.4 论文课题来源与研究内容
• 第二章 机床固定结合面建模及其动态特性研究
• 2.1 概述
• 2.2 结合面的等效动力学模型
• 2.3 结合面等效动力学参数识别
• 2.3.1 常用结合面等效动力学参数识别方法
• 2.3.2 吉村允孝法
• 2.4 单位面积结合面的动态特性
• 2.4.1 理论建模分析
• 2.4.2 动态实验
• 2.4.3 单位面积结合面动态特性参数识别分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 MK11150 型无心外圆磨床动态性能分析
• 3.1 概论
• 3.2 MK11150 型无心磨床的有限元建模
• 3.2.1 磨床系统的三维CAD 模型
• 3.2.2 磨床系统的有限元模型
• 3.3 MK11150 型无心磨床动态特性分析
• 3.3.1 磨架部分动态特性分析
• 3.3.2 导轮架部分动态特性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 固定结合面接触热阻的理论建模及分析
• 4.1 概述
• 4.2 接触热阻
• 4.3 接触热阻的分形模型
• 4.3.1 分形的概念
• 4.3.2 分形维数定义
• 4.3.3 接触分形模型
• 4.3.4 接触热阻的分形模型
• 4.3.5 接触热阻分形模型与传统统计模型的比较
• 4.4 算例及讨论
• 4.4.1 算例1
• 4.4.2 算例2
• 4.4.3 接触热阻的影响因素
• 4.5 本章小结
• 第五章 MK11150 型无心外圆磨床磨架系统热分析
• 5.1 概述
• 5.2 磨床系统的热载荷
• 5.2.1 磨床系统的热源
• 5.2.2 磨床系统热边界条件
• 5.3 磨架的有限元模型
• 5.3.1 单元类型
• 5.3.2 材料属性
• 5.3.3 接触热阻
• 5.3.4 磨架的有限元模型
• 5.4 磨架系统温度实验
• 5.5 磨架系统热分析
• 5.5.1 磨架系统温度场分析
• 5.5.2 磨架系统热变形分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文