双面研磨机动力学仿真及结构优化

摘要

双面研磨机是一款高精密研磨和抛光的磨削设备，广泛应用于手机和平板电脑玻璃等行业，其加工的质量和效率远高于其他平面研磨机。但是由于国内在理论研究方面较少，大部分还停留在经验和仿制的基础上，致使实际使用中常常会出现传动不稳定，传动轴、齿轮和托盘等关键零部件破损等机械故障。本文结合国家科技部中小企业技术创新基金项目“SKA-200数控磨边机”，针对双面研磨机的齿轮传动系统动力学问题、关键零部件的优化设计以及齿轮系统的疲劳寿命等展开研究，并与江西中航光学设备有限公司合作设计开发出了拥有自主知识产权的SKA-200数控磨边机。
　　本研究主要内容包括：⑴完成了双面研磨机的全相关参数化建模和虚拟装配，并进行干涉检验，同时为后续运动学动力学分析以及零部件的有限元优化设计奠定的基础。⑵从虚拟样机中提取多级齿轮传动系统导入ADAMS软件中进行动力学分析，仿真得出各级齿轮的接触力（主要为切向力和径向力）及齿轮和轴的角速度。通过机械设计理论计算各角速度和接触力与仿真值进行对比，发现误差都在5％以内，证明了仿真结果的正确性。仿真结果为下文的有限元优化提供了边界条件。⑶对设备在实际中易出问题的零部件进行分析及优化。先对传动轴进行结构静力分析，发现位移变形较大，应力分布也不均匀，为此，对传动轴进行参数优化设计和结构优化设计，通过2次优化位移减小到设计要求范围内，应力分布得到提高，最大应力值也有所减小。再对托盘进行结构静力学分析，结果表明，托盘设计过于保守，不仅浪费了大量的材料还增加了设备的总重量，经过结构优化后的托盘在满足设计的各种要求前提下，减少了托盘的重量约50KG。最后对设备机架进行静力学分析，无论是应力图还是位移图都表明，机架是满足设计要求的，机架的稳定性得到保证。⑷选取受力最大的一对啮合齿轮进行状态非线性分析，计算齿轮的应力分布和接触力大小，通过得出的最大接触力对齿轮进行接触疲劳寿命计算，得出45号调质钢为材料的齿轮的寿命只有2.13年，远小于设计要求至少5年以上的标准，为此应对齿轮进行渗碳或碳氮共渗的热处理，计算分析表明渗碳齿轮接触寿命能达到5.82年，满足设计要求。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 双面研磨机的简介和工作原理

1.3 双面研磨机的国内外研究现状

1.4 本文研究的内容及意义

2 双面研磨机的三维造型

2.1 引言

2.2 UG的特点

2.3 基于UG的双面研磨机三维造型

2.4 双面研磨机的装配

2.5 本章小结

3 双面研磨机齿轮传动系统动力学分析

3.1 ADAMS多体系统动力学基本理论

3.2 齿轮传动系统的前处理

3.3 齿轮传动系统运动仿真及结果分析

3.4 本章小结

4 双面研磨机关键部件有限元分析

4.1 ANSYS软件简介

4.2 双面研磨机重要部件的有限元分析

4.3 本章小结

5 啮合齿轮状态非线性分析及接触寿命计算分析

5.1 啮合齿轮接触前处理

5.2 接触计算求解及结果分析

5.3 齿轮接触疲劳分析

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录:研究生期间公开发表的论文