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《吉林大学》 2011年
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叶片双面抛磨设备研发

李同占  
【摘要】:叶片广泛应用于能源及动力装置中,其型面的制造精度和表面粗糙度在很大程度上影响着整个能源转换装置的性能和效率。装置中每片叶片都需按严格要求进行加工来保证能源及动力装置的正常运行。为了提高叶片在恶劣工作环境中的寿命以及工作可靠性,叶片均采用高强度、高硬度材料,而这一要求将导致叶片的精整加工十分困难。同时叶片型面构造复杂,其汽道部分多遵循流体动力学,对粗糙度和精度要求非常高。 目前中小型叶片的加工过程中主要依靠技术熟练和有经验的工人来手工磨削叶片型面,这种情况下,叶身的几何精度和表面质量难以保证,并且工人劳动强度大,环境恶劣,由于抛磨而形成的微粉磨屑会严重危害工人健康,同时手工抛磨时间长,生产效率低,叶片精度对工人技术水平和熟练程度有很大的依赖性,随着叶片需求量的不断增加,手工抛磨已很难满足社会需求。为此,本文研发了具有曲面适应性的叶片双面抛磨设备。 首先,对单颗磨粒的切入过程以及受力模型进行研究,得出了单颗磨粒切除材料的理论去除模型。由单颗磨粒理论去除模型推导出砂带磨削的理论去除模型,并且提出了砂带磨削接触力的控制方法。 接着,本文采用模块化方法将叶片双面抛磨设备分成床身、X向移动机构、Y向移动机构、Z向移动机构、叶片绕翻转夹具系统、回转工作台、曲面适应性抛磨工具系统等六部分,通过对叶片的结构特征及加工工艺分析,确定出该设备总体设计要求,提出了叶片双面抛磨设备设计思路,并利用三维建模软件对其机构进行了详细设计。其中,X、Y、Z向移动机构采用伺服电机驱动滚珠丝杠来实现。为适应被加工叶片曲面的曲率变化,本文研发了具有曲面适应性的砂带抛磨工具系统这一全新方案。方案中创新性地采用了十字旋转换轮机构,在加工过程中通过更换不同直径的接触轮来适应叶片曲面曲率的变化。 然后,本文根据有限元分析中单元类型、网格化分的特点,局部细节处理的要素以及设备本身结构特点,对叶片双面抛磨设备整机以及设备中较弱零件(立柱和工具板)进行了静力学有限元分析和模态分析,设备的整机变形量满足要求。同时为减轻抛磨工具的整体重量,工具板采用铝合金,其变形量满足设计要求。对整机进行了前十五阶的求解,对立柱和工具板进行了前四阶的计算,结果表明伺服电机的工作频率并不能对设备产生共振,对于有齿接触轮的选择,本文也给予了说明。 最后,本文对叶片截面特性进行数学描述,根据设备结构特点确定加工已知叶片截面方程的加工轨迹,并且对设备进行了运动仿真,得出加工轨迹线、左右立柱所受力矩、左右接触轮受力以及加工过程采用恒定进给力和横定正压力情况下的叶片受力情况。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG580.6

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