陶瓷—金属复合结构内圆磨接杆的设计与性能研究

论文摘要

在对深孔进行内圆磨削时,内圆磨接杆（简称磨杆）呈细长结构,这样必然存在刀具系统的刚度不足问题。静刚度不足会使刀具系统变形加大,影响加工精度;动刚度不足会导致刀具的颤振,影响表面加工质量,甚至使加工无法进行,加工中不得不降低切削参数,从而严重影响了加工效率。因此,以提高刚度为目的的陶瓷-金属复合结构磨杆的研制有很大的理论和实际意义。本文采用有限元方法,使用ANSYS软件,对该磨杆的结构和动静态特性进行了理论与试验研究,具体内容包括:（1）分析了磨杆的结构特点及其对动静态特性的影响,并从满足其动静态特性的角度,对磨杆的结构进行了设计。（2）对该磨杆进行二维有限元建模,并经ANSYS计算,得出其静刚度。（3）对该磨杆进行三维有限元建模,经ANSYS计算分析,得出其模态和谐响应特性,研究了陶瓷-金属复合结构磨杆的固有频率和临界转速,通过跟普通磨杆的对比,从理论上验证了其结构设计的合理性。（4）对加工出的陶瓷-金属复合结构磨杆样品进行动态响应实验,与相同规格的普通磨杆进行对比,分析实验结果,从实际上验证该结构对磨杆刚度提高的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 陶瓷材料在机械行业的应用情况
• 1.3 国内外高刚度刀杆的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 陶瓷-金属复合结构内圆磨接杆的结构与优化设计
• 2.1 内圆磨接杆的结构设计
• 2.1.1 性能要求与设计时应注意的问题
• 2.1.2 结构设计
• 2.2 内圆磨接杆的优化设计
• 2.2.1 陶瓷管内径和预紧力的计算
• 2.2.2 陶瓷管内径和长度的优化设计
• 2.3 内圆磨接杆的加工工艺
• 2.3.1 金属芯轴和金属预紧件的加工
• 2.3.2 陶瓷管的加工
• 2.3.3 过渡层的生成
• 2.3.4 装配
• 2.4 本章小结
• 第3章 陶瓷-金属复合结构内圆磨接杆的静态与动态性能
• 3.1 内圆磨接杆的静态特性
• 3.1.1 静态特性简介
• 3.1.2 静态性能计算模型和参数化公式
• 3.2 内圆磨接杆的动态特性
• 3.2.1 动态特性简介
• 3.2.2 固有频率特性
• 3.3 内圆磨接杆的动静态性能要求
• 3.4 本章小结
• 第4章 陶瓷-金属复合结构内圆磨接杆的静态特性有限元分析
• 4.1 ANSYS 在结构分析中的应用
• 4.1.1 ANSYS 中的结构线性静力分析
• 4.1.2 ANSYS 线性静力分析的基本步骤
• 4.1.3 ANSYS 单元介绍
• 4.2 内圆磨接杆的静态特性有限元分析计算
• 4.2.1 构建几何模型
• 4.2.2 定义单元类型和材料特性
• 4.2.3 定义截面类型
• 4.2.4 ANSYS 模型的建立
• 4.2.5 施加约束和集中载荷
• 4.2.6 静刚度的计算
• 4.3 陶瓷管预紧力分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 陶瓷-金属复合结构内圆磨接杆的动态特性有限元分析与试验测试
• 5.1 ANSYS 中的动力分析
• 5.2 内圆磨接杆的固有频率分析
• 5.2.1 ANSYS 中的模态分析
• 5.2.2 固有频率计算
• 5.2.3 临界转速分析
• 5.3 内圆磨接杆的谐响应分析
• 5.3.1 ANSYS 中的谐响应分析
• 5.3.2 谐响应计算
• 5.3.3 性能对比
• 5.4 内圆磨接杆的动态响应试验验证
• 5.4.1 试验测试系统
• 5.4.2 试验测试
• 5.4.3 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介