本文關鍵詞：弱剛度件齒圈的熱力耦合仿真分析及其驗證

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【摘要】：弱剛度結構件整體形狀復雜，外形協(xié)調要求高，是典型的難加工結構件。車輛高功率傳動系統(tǒng)中典型結構行星架、輪轂、齒圈等就是弱剛度結構件，其剛度低，精度要求高，工藝性差。在切削力、切削熱、殘余應力、夾緊力、機床振動等多種因素影響下，易發(fā)生加工變形，且各個因素之間耦合作用、相互影響，，使得加工變形難以控制。本文從弱剛度結構件齒圈的切削加工性能及其加工變形問題入手，采用理論分析、數(shù)值計算、有限元模擬和實驗驗證的方法，通過對切削力和切削熱影響因素的理論分析和仿真研究，探索該零件在切削力和切削熱影響下加工變形規(guī)律。主要研究工作包括以下幾方面: 為得到齒圈Johnson-Cook本構關系模型，針對齒圈材料20Cr2Ni4，做靜態(tài)和動態(tài)力學性能實驗。通過實驗，測定該材料的材料性能，研究其應力應變關系，并確定Johnson-Cook模型參數(shù)，構造該零件的本構關系模型。 針對齒圈粗加工工序，研究刀具與切屑的接觸分離、熱量的產生與傳導、網格的劃分等仿真中關鍵問題及關鍵技術。建立零件的熱力耦合模型，利用該模型對齒圈的切削加工進行二維正交切削的有限元模擬，分析切削加工過程中切屑的形成過程，工件應力、應變、溫度場的分布規(guī)律，驗證了切削過程產生的熱量大部分由切屑帶走的規(guī)律，并得出切削熱會影響工件應力分布的結論。 在齒圈切削加工二維模擬的基礎上，建立齒圈熱力耦合三維仿真模型，仿真其三維加工過程，得到了齒圈在加工過程中切削力、切削溫度隨時間變化的規(guī)律。并基于金屬切削加工變形理論，分析研究齒圈在熱力耦合作用下的變形情況，得出齒圈變形趨勢。 最后，單獨研究切削熱。分析切削參數(shù)對切削熱的影響規(guī)律，并設計實驗驗證仿真結果，證明仿真模型的可靠性。在此基礎上，通過模擬考慮溫度場和不考慮溫度場兩種情況下齒圈的變形情況，得出切削熱將增大齒圈的變形，但溫度上升到一定范圍內，對齒圈變形影響有限的結論。
【關鍵詞】：弱剛度結構件 齒圈 熱力耦合 切削熱 加工變形
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG506
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及存在的問題11-14
• 1.2.1 弱剛度結構件加工變形研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 熱力耦合建模分析與應用研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 本構關系研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 現(xiàn)階段研究存在的主要問題14
• 1.3 課題的主要研究內容14-16
• 第2章 齒圈材料力學性能實驗及其本構方程16-27
• 2.1 靜態(tài)力學性能實驗17-18
• 2.1.1 實驗方案17
• 2.1.2 實驗裝置及實驗過程17
• 2.1.3 實驗結果分析17-18
• 2.2 動態(tài)力學性能實驗18-24
• 2.2.1 實驗方案18-19
• 2.2.2 實驗裝置及實驗過程19-20
• 2.2.3 實驗結果分析20-24
• 2.3 本構方程的構建24-25
• 2.3.1 Johnson-Cook本構關系模型24
• 2.3.2 本構方程參數(shù)的確定24-25
• 2.4 本章小結25-27
• 第3章 齒圈切削加工熱力耦合二維有限元仿真27-45
• 3.1 齒圈切削加工熱力耦合理論27-33
• 3.1.1 齒圈加工熱力耦合問題27-29
• 3.1.2 齒圈加工過程切削力理論預測模型29-32
• 3.1.3 齒圈加工過程切削溫度理論預測模型32-33
• 3.2 齒圈切削加工有限元仿真前處理33-37
• 3.2.1 刀具與切屑的接觸34-35
• 3.2.2 刀具與切屑的分離35-36
• 3.2.3 網格的劃分36
• 3.2.4 切削熱的產生與傳導36-37
• 3.3 齒圈切削加工過程有限元仿真37-40
• 3.4 齒圈仿真結果與分析40-44
• 3.4.1 齒圈切屑成形分析40-41
• 3.4.2 齒圈應力應變分析41-42
• 3.4.3 齒圈切削溫度仿真結果分析42-43
• 3.4.4 切削熱對應力分布的影響分析43-44
• 3.5 本章小結44-45
• 第4章 齒圈加工變形熱力耦合三維有限元仿真45-54
• 4.1 金屬切削加工變形理論45-46
• 4.2 齒圈切削加工三維有限元仿真46-50
• 4.3 齒圈仿真結果與分析50-53
• 4.3.1 齒圈加工變形仿真結果及分析50-51
• 4.3.2 切削力仿真結果及分析51
• 4.3.3 切削熱仿真結果及分析51-53
• 4.4 本章小結53-54
• 第5章 切削熱對齒圈加工變形的仿真分析與實驗54-61
• 5.1 切削參數(shù)對切削溫度的影響分析54-58
• 5.1.1 切削速度對切削溫度的影響54-55
• 5.1.2 進給量對切削溫度的影響55-56
• 5.1.3 切削深度對切削溫度的影響56-58
• 5.2 切削熱對齒圈加工變形的影響分析58-60
• 5.2.1 不考慮溫度場時齒圈變形分析58
• 5.2.2 考慮溫度場時齒圈變形分析58-60
• 5.3 本章小結60-61
• 第6章 結論與展望61-63
• 6.1 結論61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單67-68
• 致謝68

【參考文獻】

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本文編號：848751