风电轴承内齿圈成型铣刀铣削过程数值仿真研究

【摘要】：随着绿色环保理念被倡导,风能利用率提高,风力发电机的需求也逐年增加。偏航轴承作为风力发电机中起关键作用的连接件,其性能直接影响整个机组的可靠性。对于在偏航轴承中起回转支撑作用的大模数内齿轮,其加工方法中范成法主要用于该类齿轮的精加工,该方法要求机床具有很高的传动精度,加工成本高,所以高速铣齿成为目前国内外粗、半精加工该类大模数内齿轮的重要加工方式,从而开发与之配套的高效可转位齿轮成型铣刀,对掌握风电回转支撑轴承的核心加工技术及批量生产技术具有重要的意义。目前国内风电回转支撑轴承用成型铣刀设计大多依据加工经验,缺乏理论计算。本文结合实际生产中偏航轴承中内齿轮参数,对风电轴承成型铣刀的设计进行了理论分析,对其铣削过程进行了数值仿真研究。 为了高效地完成内齿圈多余加工余量的准确去除,使齿形所得的几何形状逼近成品要求,为后序精加工打下良好基础。本文依据仿形法结合齿轮渐开线特征,求出铣刀刀片廓型公式,结合可转位铣刀的特点,计算铣刀刀片安装角度,建立风电回转支承轴承用成型铣刀的几何模型。在Matlab中针对具体齿轮参数计算风电回转支撑轴承用成型铣刀齿形数据,得到成型铣刀刀片渐开线及过渡曲线经过坐标转换后的齿形,再用最小二乘法分析过渡曲线,使其与渐开线进行拟合,得到成型铣刀刀片的齿形曲线。结合所求的铣刀刀片数据、铣刀刀体结构参数及数学模型,利用Proe三维CAD软件建立风电回转支撑轴承用成型铣刀三维模型。 在分析确定铣削仿真中工件、刀片材料和铣削用量的基础上,设计单因素铣削过程仿真方案,分析得出铣削用量对铣刀铣削温度、铣削力的影响规律。采用四因素三水平的正交实验法,对铣削力及铣削温度的仿真结果进行极差分析,确定铣削过程中切削用量的最优组合。建立铣削力、温度的非线性方程,运用正交回归分析得到铣削力、铣削温度经验公式。 以上研究使得风电回转支撑轴承的粗加工质量提高,为后序加工提高了效率、节约了加工成本。同时有限元仿真分析、极差分析及经验公式的建立,为实际生产中铣削用量的正确选择及铣削力、温度的预测提供指导。 【关键词】：成型铣刀 数学建模 有限元仿真 铣削参数
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315;TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 风力发电行业发展现状及趋势9
• 1.2 我国风电回转支撑轴承的发展现状9-10
• 1.3 风电回转支撑轴承用成型铣刀现状及特点与应用10-13
• 1.3.1 风电回转支撑轴承用成型铣刀现状10-13
• 1.4 课题来源及研究背景及目的和意义13-14
• 1.5 课题研究的主要内容14-15
• 2 风电回转支撑轴承用成型铣刀数学模型建立15-36
• 2.1 风电回转支撑轴承内齿圈介绍15
• 2.2 风电回转支撑轴承用成型铣刀廓型设计15-20
• 2.2.1 铣刀理论渐开线部分齿形的建立16-18
• 2.2.2 铣刀过渡曲线部分齿形的建立18-20
• 2.3 风电回转支撑轴承用成型铣刀几何模型的建立20-30
• 2.3.1 可转位铣刀的结构设计20-21
• 2.3.2 可转位铣刀切削刃的几何造形21-24
• 2.3.3 可转位刀片安装几何角度设计24-30
• 2.4 风电回转支撑轴承用成型铣刀刀片齿形计算30-35
• 2.4.1 铣刀渐开线齿形计算30-31
• 2.4.2 铣刀过渡曲线部分齿形计算31-32
• 2.4.3 铣刀刀片几何造型计算32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 回转支撑轴承用成型铣刀铣削三维结构建模36-40
• 3.1 成型铣刀刀体结构参数的选择和计算36-38
• 3.2 成型铣刀三维模型的建立38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 回转支撑轴承用成型铣刀铣削有限元建模40-49
• 4.1 有限元仿真关键技术40-42
• 4.1.1 本构模型和失效模型40
• 4.1.2 切屑分离准则40-41
• 4.1.3 热传导准则41-42
• 4.2 AdvantEdge FEM有限元分析软件介绍及其应用42-43
• 4.2.1 有限元分析介绍42
• 4.2.2 AdvantEdge FEM软件介绍42-43
• 4.3 成型铣削有限元分析参数设置43-48
• 4.3.1 工件及刀具材料的选择43-47
• 4.3.2 仿真中切削用量的选择47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 5 铣削过程的有限元仿真分析49-75
• 5.1 铣削过程有限元建模及网格的划分49
• 5.2 切削用量的改变对铣削力及温度的影响49-68
• 5.2.1 铣削过程仿真方案设计50-51
• 5.2.2 铣削用量对力的影响有限元仿真分析51-57
• 5.2.3 铣削用量对温度的影响有限元仿真分析57-68
• 5.3 正交实验结果回归分析68-74
• 5.3.1 铣削力正交回归分析69-72
• 5.3.2 铣削温度正交回归分析72-74
• 5.4 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果78-79
• 致谢79

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