基于接触热阻的高速精密压力机热特性研究

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高速压力机作为“少无切削类”高效工作母机,是我国最重要的工业基础装备之一。随着精密加工的广泛的应用,人们对高速压力机的加工精度的要求日益提高。随着高速压力机加工速度的不断提高,由热变形引起的误差占总误差的比例越来越显著。这直接导致压力机加工的工件精度和质量下降,已经成为制约进一步提高其精度和转速的主要因素之一。本文以VH-16型高速精密压力机为研究对象,采用有限元分析和试验验证相结合的方法,对其曲轴和连杆的热特性进行了深入研究,并对压力机下死点位置的热误差进行建模。论文的主要工作成果如下:  首先,对压力机的曲轴进行动力学分析。考虑轴承等效刚度和接触热阻的影响,对曲轴的有限元模型进行修正。采用瞬态热分析求解曲轴的温度场分布,并以此作为边界条件建立其热-力耦合模型,分析由温升引起的曲轴相应的热变形。利用涡流传感器测量曲轴不同点的径向变形,将两种模型的热变形分析结果与实验测量结果做比较,结果表明:修正后的曲轴有限元热模型具有更高的精度,热变形的误差由14%降低到2.4%。  其次,将压力机主传动系统简化为曲柄滑块机构并对其进行动力学分析。考虑接触热阻这一边界条件的影响,对比修正前后连杆的有限元模型的热特性。分别对连杆的温度场分布和热变形进行实验测量,结果发现:修正后的连杆有限元模型更接近实际工况下的连杆热特性,由此可证明考虑接触热阻这一边界条件的连杆有限元模型是合理的。  最后,根据压力机整机温度场的分布,选取一些热敏感点,并采集测点温度随时间变化的过程和下死点位置随时间变化的数据。根据主因素策略和互不相关策略对已有的温度测点进行筛选。并利用多元线性回归方法,建立压力机下死点位置的热误差模型,以最小残差平方和作为评判标准判断模型建立的精度较高,温度测点的选取是合理的。
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