新型偏心研磨方式研磨轨迹的仿真研究

论文摘要

精密球是滚珠轴承的主要元件,在精密机械中得到广泛的应用,其加工精度对精密机械设备的性能产生重要影响。随着机械装备更精密、更高速、更可靠的高性能要求,传统加工技术生产的球体越来越不能满足市场的需求,因且迫切需要对新型精密球体加工技术进行探索和研究。对于精密球体的加工,浙江工业大学超精密研究中心独创性地提出新型偏心研磨方式。本文即在新型偏心研磨方式的现有理论基础上,采用虚拟样机技术为研究方法,对其成球过程进行运动学仿真,通过与传统研磨方式进行对比,分析了该研磨方式的性能优势,最后分析了不同参数组合对球体运动特性和研磨轨迹分布的影响,优化了参数组合,以期为精密球的实际批量生产提供理论和技术指导。本文的主要工作如下：根据新型偏心研磨方式的工作原理和结构特点简化样机模型,采用虚拟样机技术,应用ADAMS软件构建新型偏心研磨机构的样机模型并设计了仿真结果的测量系统,以输出各种运动参数仿真结果和绘制三维研磨轨迹。对新型偏心研磨方式成球过程进行运动学仿真,绘制球体运动特性参数变化曲线和3D研磨轨迹曲线并分析运动特性变化规律。在公转角速度,自转角速度,自转角,方位角和三维研磨轨迹形态五个方面将新型偏心研磨方式与传统偏心研磨方式进行对比,分析新型偏心研磨方式的性能优势。在不同的研磨盘转速,沟槽角度和偏心距条件下进行仿真试验,研究这些因素对球体运动特性和研磨轨迹的影响,获得优化参数组合,并通过球体加工实验进行验证。根据上述研究结果发现,通过调节研磨盘转速组合,沟槽角度组合和偏心距可改变研磨轨迹在球面的分布。上盘三角波转速,下盘恒速,V形槽角度为(外侧30deg,内侧30deg),偏心距为球体直径时为优化参数组合,在球体加工实验中可使球体表面粗糙度达到40nm,球度达到0.5μm。综合所有研究成果说明,新型偏心研磨方式相比传统偏心研磨方式具有性能优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 研磨成球的基本条件
• 1.2.2 国内外球体研磨方式
• 1.2.3 球体运动特性和研磨轨迹
• 1.3 虚拟样机技术
• 1.4 研究目标及意义
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 球体运动分析与研磨轨迹仿真策略
• 2.1 新型研磨方式的工作原理
• 2.1.1 工作原理
• 2.1.2 技术特点
• 2.2 球体运动分析
• 2.2.1 不同轴三盘转动方式
• 2.2.2 传统偏心研磨方式
• 2.2.3 新型偏心研磨方式
• 2.3 研磨轨迹仿真策略
• 2.3.1 ADAMS软件
• 2.3.2 仿真假设
• 2.3.3 仿真技术路线
• 2.4 本章小结
• 第3章 新型偏心研磨机构虚拟样机模型构建
• 3.1 模型结构分析与简化
• 3.1.1 结构参数计算
• 3.1.2 结构简化
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 几何实体创建
• 3.2.2 物理属性添加
• 3.2.3 约束和主运动激励添加
• 3.2.4 载荷添加
• 3.2.5 模型检查
• 3.3 测量系统设计与构建
• 3.3.1 ADAMS测量功能
• 3.3.2 参考坐标系统的构建
• 3.3.4 仿真结果的测量计算
• 3.3.5 模型的运行
• 3.4 本章小结
• 第4章 新型偏心研磨方式研磨轨迹的仿真研究
• 4.1 球体运动特性的研究
• 4.1.1 公转角速度
• 4.1.2 自转角速度及其分量
• 4.1.3 自转角
• 4.1.4 方位角r
• 4.2 球体研磨轨迹的研究
• 4.2.1 新型偏心研磨方式
• 4.2.2 传统偏心研磨方式
• 4.2.3 两种研磨轨迹的对比
• 4.3 本章小结
• 第5章 新型偏心研磨机构的参数优化
• 5.1 参数化设计
• 5.2 单因素仿真试验
• 5.2.1 转速组合
• 5.2.2 沟槽角度组合
• 5.2.3 偏心距
• 5.2.4 优化后的研磨轨迹
• 5.3 不同参数组合的球体加工效果对比实验
• 5.3.1 实验设备
• 5.3.2 实验条件
• 5.3.3 实验数据的测量与处理
• 5.3.4 实验结果及分析
• 5.4 基于表面涂层方法的轨迹均匀性验证实验
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢