外圆柱功率超声振动珩磨谐振系统设计及有限元分析

【摘要】不锈钢阀芯广泛应用于各种伺服阀中，其表面质量直接影响着伺服阀的使用寿命和工作可靠性。目前，大连理工大学利用普通珩磨技术加工不锈钢阀芯取得了良好的效果，但是普通珩磨加工效率低、且油石易堵塞,还会出现颤振及噪声等现象，致使这种精密加工技术的应用受到限制。为此，本论文提出了以功率超声振动珩磨代替普通珩磨的加工方法。在功率超声振动珩磨加工理论研究的基础上，设计了外圆柱功率超声振动珩磨谐振系统，并推导了谐振系统的频率方程，特别是提出了基于中厚板理论设计弯曲振动圆盘的新方法，促进了功率超声振动珩磨技术的应用及推广。主要研究工作和结论如下：（1）研究了外圆柱功率超声振动珩磨的工作原理，并对其运动学进行了分析；基于油石条上总的动态有效磨粒数模型，建立了外圆柱功率超声振动珩磨单颗磨粒磨削力模型和材料去除率模型，为进一步深入研究外圆柱功率超声振动珩磨机理奠定基础。（2）对外圆柱功率超声振动珩磨谐振系统的关键部件进行了设计，并利用有限元的方法对所设计部件尺寸的合理性进行了验证，特别是提出了基于中厚板理论设计弯曲振动圆盘的新方法；通过对比不同尺寸的弯曲振动圆盘发现，直径为58mm的弯曲振动圆盘设计精度更高，这与试验中选择直径为58mm的弯曲振动圆盘相符合，从而验证了基于中厚板理论设计弯曲振动圆盘的优越性。（3）基于弯曲振动圆盘、变幅杆及挠性杆—油石座工具振动系统的振动模态，并结合相对应的边界条件，推导出外圆柱功率超声振动珩磨谐振系统的频率方程；利用ANSYS有限元仿真软件对外圆柱功率超声振动珩磨谐振系统进行了有限元仿真分析，得到最优频率为20039Hz，与理论设计频率20000Hz相吻合，从而验证了谐振系统各关键部件尺寸设计的合理性。（4）通过对比改善工件表面润滑性能常见的加工工艺方法，得出外圆柱功率超声振动珩磨工艺更优；探讨了平顶网纹形成机理，并分析了平顶网纹微结构表面几何参数及表面粗糙度对润滑性能的影响；通过分析得知：微结构表面几何参数和表面粗糙度的取值均存在一个最佳范围使得润滑效果达到最好，而取值过大或过小将导致润滑效果变差。
【作者】王静；
【导师】祝锡晶；
【作者基本信息】中北大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】功率超声；外圆柱珩磨；不锈钢阀芯；中厚板理论；有限元；

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