高速轧辊磨床磨头的结构有限元分析及热特性研究

摘要

轧辊磨床是磨削加工生产中的重要设备之一，在轧钢、冶金、造纸、橡胶等行业中使用广泛。随着高速磨削技术的飞速发展，对轧辊磨床的磨削速度和磨削性能提出了更高的要求。在高速轧辊磨床中磨头系统是其核心的部位之一，对磨床的磨削性能有很大的影响。因此，对磨头系统的研究就成为开发高速轧辊磨床的关键内容。
　　本论文在参考国产普通轧辊磨床磨头结构的基础上，根据高速轧辊磨床磨头的工作要求和性能特点，设计出了一种高速轧辊磨床的磨头结构，然后开展相关的研究。
　　首先，通过高速磨削理论分析，计算出高速轧辊磨床的磨削工艺参数，包括磨削力、磨削效率以及磨削加工表面粗糙度，并与普通轧辊磨床的工艺参数进行比较，获得高速轧辊磨床的优势，验证开发高速轧辊磨床的意义。
　　其次，根据磨削的各个工艺参数，设计出高速轧辊磨床磨头系统的结构，其中的主要零件包括皮带轮、主轴、液体动静压轴承、砂轮、砂轮架以及其他零件。
　　然后，运用ANSYS软件对磨头系统结构进行有限元分析，内容包括线性静力学分析、模态分析和谐响应分析。为了校核设计的高速轧辊磨床磨头系统结构是否满足使用要求，对磨头系统结构进行线性静力学分析，得到了磨头系统结构的的应力应变图；为了确定磨头系统结构的固有频率和振型，对磨头系统结构进行了模态分析，获得了磨头系统结构的前六阶固有频率；为了了解磨头系统结构在外载荷的作用下的变化情况，对磨头系统进行了谐响应分析，获得了磨头系统在正弦载荷下的变形。
　　最后，温升是高速轧辊磨床磨头系统结构的一个关键问题，为了获得磨头系统结构中温度变化情况，对高速轧辊磨床磨头系统结构进行热稳态分析。通过仿真分析得到了磨头系统结构整体的温度变化情况以及温升最高的地方。由仿真结果可知温升最高发生在前液体动静压轴承处，温升超过了许用值，因此需要对轴承进行了优化设计。轴承结构优化设计后，再对磨头系统结构进行的热稳态分析，比较优化前后的仿真结果，优化后液体动静压轴承的温度下降到合理的范围，达到了优化设计的目的。
　　本论文设计了一种高速轧辊磨床磨头系统结构，获得磨头系统结构的应力应变情况，前六阶固有频率值，正弦载荷下的变形情况，温度分布以及温升等资料。为我国实现高速轧辊磨床的国产化提供一些参考的资料。

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第1章 绪论

1.1 高速磨削技术的简介

1.2 高速磨削技术的国内外研究现状

1.3 课题的研究背景、来源及意义

1.4 课题的主要研究内容

第2章 高速轧辊磨床参数的确定

2.1 轧辊磨床的主要性能指标

2.2 磨削力的计算理论

2.3 高速磨削砂轮

2.4 高速轧辊磨床的主要参数计算

2.5电动机的选择

2.6本章小结

第3章 高速轧辊磨床磨头系统结构设计

3.1 高速轧辊磨床磨头系统的结构方案

3.2 高速轧辊磨床传动方案的设计

3.3 高速轧辊磨床砂轮主轴结构的设计

3.4 高速轧辊磨床主轴动静压滑动轴承的结构设计

3.5 高速轧辊磨床主轴箱体的结构设计

3.6 本章小结

第4章 高速轧辊磨床磨头系统结构有限元分析

4.1 高速轧辊磨床磨头系统的结构静力学分析

4.2 高速轧辊磨床磨头系统结构模态分析

4.3 高速轧辊磨床磨头系统结构谐响应分析

4.4 本章小结

第5章 高速轧辊磨床磨头系统结构热分析

5.1 热分析简介

5.2 高速轧辊磨床磨头系统主轴部件对流热换系数

5.3 高速轧辊磨床磨头系统结构热载荷的计算

5.4 高速轧辊磨床磨头系统结构稳态热分析

5.5 本章小结

第6章 高速轧辊磨床磨头系统结构优化设计

6.1 液体动静压轴承的结构优化设计

6.2 优化后高速轧辊磨床磨头系统结构的有限元分析

6.3 优化后高速轧辊磨床磨头系统结构热分析

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

7.3 论文的创新点

参考文献

致谢

附录