凸轮磨削温度场及热应力的分析与研究

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凸轮作为机械的回转或滑动件,广泛应用于各种自动化和半自动化机械装置中,其加工质量的好坏直接影响运动的实现和机构的运行效率。因此,对凸轮磨削区温度场的研究已成为非常重要的研究课题。   本文在综述了凸轮磨削温度场国内外的研究现状和存在的问题的基础上,开展了相关的研究工作,主要包括:边界元法(BEM)的发展及应用,并确定将边界元法(求解规模小且精度高)作为凸轮磨削温度场、热应力的主要研究方法;基于瞬态热传导及热弹性力学理论的热-力耦合模拟中的关键技术,对凸轮磨削加工模拟仿真;预测了热应力对凸轮加工精度的影响,用BEM理论对凸轮磨削区温度场进行仿真数值计算,并将其计算结果和已有的ANSYS仿真模拟结果进行比较;对磨削过程中的热耗散进行了分析研究,并提出了相应的解决磨削热过量的方法。   首先用热源法对磨削区温度场进行了分析研究,并确定了凸轮磨削时的热源形式,从理论上建立了边界元法中热传导温度场的数学模型;接着建立了凸轮磨削的三维模型、划分边界单元、定义边界条件,运用FORTRAN语言按边界元理论编写了凸轮磨削温度场动态仿真计算程序。通过数值计算分析,得出了不同时刻凸轮表面的温度场、应力、应变的分布情况,并将边界元仿真计算所得的结果与已有的ANSYS有限元仿真计算结果进行比较以验证理论计算的精度和可靠性。最后,利用VB软件编写了用于分析凸轮磨削热分析的软件,为实际生产加工提供了方便。   通过研究比较发现,由边界元计算所得的结果与已有的有限元结果十分接近,验证了边界元法是一种计算精度、计算效率高的数值计算方法,符合现代工程技术的要求。
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