高速精密轧辊磨头的动态性能研究

摘要

随着高速、超高速磨削技术在制造业上的快速发展，轧辊磨床对工件加工质量和加工效率的要求越来越高，对国产高速精密轧辊磨床的研发迫在眉睫。磨头作为轧辊磨床的核心部件，其相关性能的优劣事关轧辊磨床中高速精密磨削技术的实现。动态性能作为评价磨头的关键指标，其研究对于提升高速精密轧辊磨床整机抵抗自激振动和受迫振动的能力意义重大，本文主要从以下几个方面展开研究： （1）对设计出的高速精密轧辊磨头整体结构和主要零部件及其工作原理进行详细介绍，对磨头及其主轴系统的受力进行分析计算，为后面动态性能的研究做铺垫。 （2）对磨头进行模态和谐响应分析以研究其动态性能。通过对其仿真结果的分析得到了整机动态性能薄弱的关键零部件——动静压轴承、箱体、叉拨、砂轮卡盘和卸荷装置。为后续提升磨头的动态性能提供了优化方向即提升各个薄弱环节的刚度来提升磨头整体的动态性能。 （3）基于粒子群算法以单位承载量下的总功率损失最小作为动静压轴承的优化目标对其结构进行优化，并对优化后的轴承进行流固耦合分析，结果表明优化后轴承的结构强度和刚度均满足设计要求。再基于轴承优化后的结果，对磨头模型实行紧凑化来提升其动态性能和稳定性，随后对其余动态性能薄弱的关键零部件进行了结构优化。以轻量化为目标对箱体进行拓扑优化，并对优化后的箱体添加合理布局的米字型筋板来提升动态性能；研究了叉拨和砂轮卡盘的不同结构尺寸对其固有频率的影响，选择最优设计尺寸来提升其动态性能；研究不同材料参数对卸荷装置固有频率的影响，为其材料的选择提供了参考。 （4）对结构优化后的磨头进行模态和谐响应分析，并与优化前的结果对比发现，优化后的磨头固有频率明显增大，结构刚度和强度明显增强，动态性能得到提升，满足相关要求。

目录

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 高速精密轧辊磨床的国内外研究现状

1.3 高速精密轧辊磨床的发展趋势

1.4 课题来源及论文的主要研究内容

1.4.1 课题来源

1.4.2 研究内容

第2章 高速精密轧辊磨头的结构及其受力分析

2.1 高速精密轧辊磨头的结构及工作原理分析

2.2 高速精密轧辊磨头主轴系统的受力分析

2.3 本章小结

第3章 高速精密轧辊磨头的动态性能研究

3.1 高速精密轧辊磨头的模态分析

3.1.1磨头的模态分析理论

3.1.2高速精密轧辊磨头的模态分析

3.2 高速精密轧辊磨头的谐响应分析

3.2.1 磨头动静压轴承内表面的谐响应分析

3.2.2 磨头砂轮内圆柱面的谐响应分析

3.3 本章小结

第4章 高速精密轧辊磨头的结构优化

4.1高速精密轧辊磨头动静压轴承的结构优化及其流固耦合分析

4.1.1基于粒子群算法的动静压轴承的结构优化

4.1.2 优化后高速精密轧辊磨头动静压轴承的流固耦合分析

4.2 高速精密轧辊磨头箱体的拓扑优化

4.2.1 磨头箱体的拓扑优化

4.2.2 磨头箱体筋板的设计

4.3 高速精密轧辊磨头叉拨和砂轮卡盘的结构优化

4.3.1 磨头叉拨的结构优化

4.3.2 磨头砂轮卡盘的结构优化

4.4 高速精密轧辊磨头卸荷装置材料的优选

4.4.1 卸荷装置机械结构强度的理论计算

4.4.2 材料参数对卸荷装置固有频率的影响

4.5 本章小结

第5章 优化后高速精密轧辊磨头的动态性能研究

5.1优化后磨头的模态分析

5.2优化后磨头的谐响应分析

5.3本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

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