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数控螺旋锥齿轮铣齿机刀具进给系统的振动分析与研究

作　者: 刘付友
导　师: 于立娟
学　校: 吉林大学
专　业: 机械制造及其自动化专业
关键词: 集中质量模型传递矩阵法有限元仿真分析共振固有频率
分类号: TG611
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

数控螺旋锥齿轮铣齿机床是一种具有高新技术含量和高生产率的新型机床,该机床采用的是基于产形线切齿理论的螺旋锥齿轮齿面的铣削加工的新方法。从齿面的原始理论形成方法入手考虑设计和加工问题,以产形线作为切削刀具的切削刃对齿轮进行加工,通过刀具轴和工件轴的运动,可以加工直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮和曲线齿锥齿轮。铣齿机不仅能够利用圆盘铣刀和片铣刀对工件进行铣削加工,还能够利用砂轮对工件进行磨削加工,即在一台机床上一次车削成形整个齿面,实现齿面的高效精密切削。克服了现行螺旋锥齿轮加工方法中的近似加工、理论繁杂、必须成对加工及装配等诸方面问题,可显著提高齿轮的啮合质量。论文以转子动力学理论为基础,以数控螺旋锥齿轮铣齿机刀具进给系统为研究对象,依据集总参数法理论,结合铣齿机刀具进给系统主、从动轴的实际机械结构分别简化并计算出主、从动轴的集中质量模型,并结合传递矩阵法分别列出刀具进给系统主、从动轴系统的动力学方程,求解频率方程计算出主动轴、从动轴的固有频率。优化数控螺旋锥齿轮铣齿机刀具进给系统主、从动轴的结构,利用CATIA三维立体建模软件与ANSYS有限元仿真分析软件相结合的方法对铣齿机刀具进给系统的主、从动轴进行有限元模态仿真分析,分析出刀具进给系统中主、从传动轴的动态特性,并求解出主、从动轴的固有频率。根据分析计算的主、从动轴的固有频率,计算出各轴的临界转速,结果表明：优化后的刀具进给系统两轴结构设计和质量分配合理,系统的固有频率小于临界频率。文中还根据计算和仿真分析的过程讨论了采用集中质量模型和传递矩阵法相结合的方法计算轴系固有频率的影响因素。利用虚拟样机技术对铣齿机刀具进给系统的主、从动轴进行有限元仿真分析,不仅可以研究和分析各轴的动力学特性,还为进一步的结构优化和设计计算提供了依据,大大提高了计算的可靠性,提高了设计质量,缩短了设计周期,同时还降低了产品设计的成本。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章绪论  9-16
  1.1 选题的背景和意义  9
  1.2 国内外研究现状  9-12
    1.2.1 螺旋锥齿轮技术的国内外研究现状  9-11
    1.2.2 轴系振动研究的国内外现状  11-12
  1.3 转子动力学简介  12-13
  1.4 机械振动系统的分类  13-14
  1.5 机械构件的振动类型  14
  1.6 本文研究的主要内容  14-16
第二章产形线切齿法及切齿运动分析  16-20
  2.1 产形线切齿法的发展  16-17
  2.2 铣齿机切齿运动分析  17-20
第三章刀具进给系统主传动轴的振动分析与研究  20-47
  3.1 刀具进给系统主传动轴弯曲振动的分析与研究  20-42
    3.1.1 主传动轴系统的构成  20
    3.1.2 集总参数法简化轴系模型  20-22
    3.1.3 传递矩阵法计算轴系的固有频率  22-25
      3.1.3.1 轴系扭转振动固有频率的计算方法  22-23
      3.1.3.2 轴系弯曲振动固有频率的计算方法  23-25
    3.1.4 主传动轴集中质量模型简化及传递矩阵的计算  25-37
      3.1.4.1 主传动轴集中质量模型中各节点的质量计算  25-27
      3.1.4.2 主传动轴集中质量模型等效弹性梁抗弯刚度的计算  27-31
      3.1.4.3 圆锥滚子轴承等效支承刚度的计算  31-36
      3.1.4.4 主传动轴集中质量模型中各单元的传递矩阵计算  36-37
    3.1.5 主传动轴弯曲振动固有频率的计算  37-39
      3.1.5.1 主传动轴传递方程的计算  37-38
      3.1.5.2 主传动轴弯曲振动固有频率的计算  38-39
    3.1.6 主传动轴弯曲振动ANSYS有限元模态动力学分析  39-42
      3.1.6.1 动力学特性分析  39-40
      3.1.6.2 轴的有限元模态分析  40-42
  3.2 刀具进给系统主传动轴扭转振动分析与研究  42-45
    3.2.1 主传动轴扭转振动时的模型简化  42-43
    3.2.2 主传动轴扭转振动时固有频率的计算  43-45
      3.2.2.1 等效弹簧的刚度计算  43-44
      3.2.2.2 计算联轴器与螺旋锥齿轮的转动惯量  44
      3.2.2.3 主传动轴扭转时固有频率的计算  44-45
  3.3 刀具进给系统主传动轴弯扭耦合振动的分析与研究  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章刀具进给系统从动轴的振动分析与研究  47-69
  4.1 刀具进给系统从动轴系统的构成  47
  4.2 刀具进给系统从动轴弯曲振动的分析与研究  47-62
    4.2.1 从动轴集中质量模型的简化及传递矩阵的计算  47-59
      4.2.1.1 从动轴集中质量模型中各节点的质量计算  48-50
      4.2.1.2 从动轴集中质量模型等效弹性梁抗弯刚度的计算  50-54
      4.2.1.3 圆柱滚子轴承等效支承刚度计算  54-57
      4.2.1.4 从动轴集中质量模型中各单元的传递矩阵计算  57-59
    4.2.2 从动轴弯曲振动固有频率计算  59-61
      4.2.2.1 从动轴传递方程的计算  59-60
      4.2.2.2 从动轴弯曲振动固有频率的计算  60-61
    4.2.3 从动轴弯曲振动的ANSYS有限元模态动力学分析  61-62
  4.3 刀具进给系统从动轴扭转振动的分析与研究  62-65
    4.3.1 从动轴扭转振动时的模型简化  62-63
    4.3.2 从动轴扭转振动固有频率的计算  63-65
      4.3.2.1 等效弹簧的刚度计算  63-64
      4.3.2.2 计算螺旋锥齿轮与大砂轮的转动惯量  64
      4.3.2.3 从动轴扭转振动固有频率的计算  64-65
  4.4 刀具进给系统从动轴弯扭耦合振动的分析与研究  65-66
  4.5 影响轴振动固有频率的因素  66-68
    4.5.1 影响机械系统或构件振动固有频率的因素  66
    4.5.2 影响轴系振动固有频率的因素  66-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章结论与展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
研究生阶段参加的项目经历  75

数控螺旋锥齿轮铣齿机刀具进给系统的振动分析与研究

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