基于ABAQUS的齿轮冷滚打成形过程仿真开题报告
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1、本科毕业论文(设计)开题报告论文(设计)题目基于ABAQUS的齿轮冷滚打成形过程仿真学生姓名学号指导教师1、 研究目的及意义1. 研究目的 机械行业作为国民经济的支柱产业,为人类源源不断提供优质产品,提高人们的生活水平,但其本质是通过对不可再生能源的消耗来维持其不断生产,这是以对环境的破坏为代价的生产,现代社会的快速发展要求机械行业的发展必须适应当代经济、环境和社会的发展需求,必须以尽可能少的原材料消耗来生产更多的产品,同时减少对环境的污染。精密塑性成形技术建立在对新技术、新材料的应用上,综合利用自动化、计算机软件模拟仿真及机电一体化等技术,通过特定形状的机械部件,对冷态下具有一定塑性能力的金
2、属进行成形加工,成形前对工件不需或只需少量,因而材料利用率高,并能减少环境污染,成形制件在表面质量、尺寸精度及成品率上具有很大优势。2. 研究意义冷滚打作为一种塑性成形方式,具有绿色、节能、精密、高效等优点。齿轮是机械传动及整个机械领域中的应用极为广泛的零件,具有传动比恒定、传动比变化范围大等优点,现代齿轮的模数从 0.004毫米到 100毫米,齿轮直径由 1 毫米到 150米,传递功率最大可达 100000 千瓦,但目前为止,国内齿轮加工主要是采用滚、插、剃和磨等传统的机械加工方法,其本身为 “减法” 加工,不符合现代加工中的绿色环保要求。冷滚打成形作为一种近净成形技术,工件成形过程中主要是
3、形状变化,没有或者只有极少量的材料去除,且该技术可用于大模数渐开线齿轮的加工,因此具有很好的应用前景本文采用有限元仿真和实验相结合的方式进行直齿轮冷滚打成形过程研究,具有显著的工程实际意义。二、国内外发展状况1. 国外现状与发展趋势国外最早于1905年,由法国工程师 Henri alexandre cardozo和 Gustave antoineLambert提出一种利用对称安装的滚打装置进行棒料滚打的结构。1955年,瑞土科学家Ernst grob和 Krapfenbauer利用在数控机床上对称布置的滚打轮,在高速中心轴的带动下对工件进行击打,形成花键所需齿形,这种成形方式被称为Grob法。
4、 Krapfenbauer h等对冷滚打技术的实用化进行研究,分析冷滚打过程中的所加工零件的精度问题。 Zellal利用有限元给出了花键冷滚打过程中工件分别在对称和非对称加载过程中应力和应变在扭矩不断变化时的情况,研究了应力集中分布情况。 Smirnow- Alyaev,G.A利用实验数据分析了花键冷滚打过程中的变形情况,得出了成形过程中成形力分布的复杂性和不均匀性的结论。Grob等研究了滚打轮安装角的问题,采取在滚打轮和滚压头部位安装止推环来调整角度的措施。 Weck.m等对冷滚打成形后成形表面的冷作硬化进行研究,发现比切削加工形成的成形表面的抗疲劳硬度提高25%-35%。 同时,由于数控机
5、床技术和汽车产业的快速发展,上世纪六十年代中期,美欧、日本等国已经将这项技术投入实际生产中。菲亚特汽车公司的 Modena采用冷滚打技术对汽车长轴等部件进行生产,并利用自动化生产线投入大规模量产。GROB公司利用先进的数控技术,研发了自动化冷滚打机床洛阳一拖从荷兰进口的二手滚打机床已经投入生产,产生良好的经济效益。2. 我国模具的现状与发展趋势 从上世纪六十年代,我国开始对冷滚打技术进行研究,并已在丝杠、花键和板料等制件成形的理论分析和实验仿真方面取得一定成果。(1)丝杠冷滚打成形 李言等依据丝杠冷滚打原理建立了丝杠冷滚打的动力学模型,验证了丝杠冷滚打具备可行性,并获得了不同滚打条件下的变化规
6、律,建立了丝杠冷滚打的数学模型,得到接触线和丝杠螺旋面的数学方程,同时通过建立丝杠冷滚打应力波模型对不同滚打条件下应力波的传播速度和传播时间进行分析。张璐等利用主应力法对丝杠滚打过程中的变形力进行解析求解,得到在不同的工艺条件下变形力的变化规律,通过实验验证了求解的准确性。并通过实验和模拟仿真结合的方式,研究了丝杠冷滚打过程中工件表面金属的流动情况,通过对应力场和应变场的模拟分析,得到硬度和硬化层的分布规律。(2)花键冷滚打成形 崔凤奎等依据滚打轮和工件之间的运动关系和丝杠啮合原理,获得了滚打轮廓形设计的数学模型,通过仿真模拟,得到滚打后金属塑性回弹量,并以此对模型进行修改,得到最终的滚打轮廓
7、形;通过对滚打轮进行安装实验,得到了滚打后工件表面金属的流动情况和表层金属的硬度分布情况;通过和铣削花键得到的金属内部晶粒进行比较分析,发现了滚打成形能够改善工件金属表面的性能和质量,揭示了冷滚打花键的表层金属流动情况。孙娟等根据有限元理论和柔体动力学模型,通过 ADAMS和 ANSYS软件对花键冷滚打进行动力学分析,得到了冷滚打过程工件的滚打力变化规律。(3) 板料冷滚打成形 张璐等应用主应力法,得到了滚打轮和板料的运动关系,从而获得了变形力的解析方程和力学表达式,利用 ABAQUS/Explict有限元软件得到的变形力结果,对以上方程进行修正。通过板料冷滚打实验,对变形力的测量数据和仿真数
8、据进行对比分析,验证了解析方程的正确性和回归分析的必要性,王铭等利用 solidworks建立了板料冷滚打机床的整机 3D模型,完成了不同约束条件下整机的模态分析,设计了冷滚打专用测力仪,研究了测力仪的工作频带,通过仿真分析和谐波响应分析等对其动态性能进行评估,完成了轴向径向滚打力的初步测量,并分析了滚打过程中的温升变化。梁瑞等针对滚打后齿条槽底的鳞纹缺陷进行研究,并针对滚打深度、滚打轮转速及工件进给速度三个变量进行求解分析,获得了鳞纹的解析方程,通过实验和仿真分析,得到了减少槽底鳞纹的合理加工参数。(4) 齿轮冷滚打成形 上海拖拉机制造厂于 1964 年在没有设备和资料的情况下开展齿轮冷滚打
9、原理的前期研究工作,并利用改造机床进行实验,虽然由于机床本身的限制,齿轮的生产效率很低,不过依然对国内的齿轮冷滚打研究起到了开创性的作用。在 1969 年重新制造-台冷滚打机床,将分度方法改为连续式,从而减小了机床振动和分度件的磨损,但基于本身机床精度不高,齿轮齿向精度问题没有得到很好解决。 八十年代,山东拖拉机厂的金福生通过对前期国内冷滚打实验的总结分析,证明了滚打轮刚性对齿轮冷滚打过程中齿轮精度有很大影响,分析了滚打轮转速影响下的外力激振频率和滚打机床固有频率相同或相近时对齿轮成形精度的影响。山东机械设计研究院的张光辉针对冷滚打过程中产生的误差进行分析后,研究了根据工件材料凸起能力来计算工
10、件的尺寸,分析了国内目前采用的齿轮冷滚打机床采用传动链传动时对齿轮精度的影响。 从90年代初至今,西安理工大学的李言等人,对齿轮冷滚打进行更加深入细致的研究,分析了齿轮冷滚打的实验机理和受力情况;对齿轮冷滚打运动学进行分析,利用齿轮冷滚打的运动学仿真设计,证明了齿轮冷滚打的可行性:分析了滚打轮的直径大小和回转半径对工件成形表面的影响,得出了冷滚打过程中工件的应力应变分布。 综上所述,目前国外对于丝杠和花键等零件的研究已经进入如何提高生产效率和加工精度的阶段,并在数控冷滚打机床方面有了更好的发展。但国内目前基于技术限制,主要还是在理论研究阶段,更多的是对仿真分析和实验数据进行结合分析,离大规模工
11、业化生产还有很长一段路要走。本文主要通过仿真和实验,对齿轮冷滚打的滚打成形机理和成形力进行研究,以期为齿轮冷滚打技术的实际应用提供理论支持3、 研究内容调研,查阅冷滚打成形技术有关文献资料,清楚冷滚打成形的基本原理,并学习ABAQUS软件;分析冷滚打成形技术国内外研究现状;根据齿轮冷滚打成形的基本原理,在ABAQUS仿真软件中建立齿轮冷滚打成形模型;进行冷滚打成形过程仿真;分析影响齿轮冷滚打成形力;根据主要任务详细安排论文进度。四、研究方案以及步骤经分析、考量,该设计划分为以下三个阶段:第一阶段:1)认真阅读任务要求,明确设计目的; 2)查阅相关资料,整理出所需的信息; 3)设计初期方案。第二
12、阶段:1)分析方案; 2)建立建立齿轮冷滚打成形模型 ; 第三阶段:1)录制仿真过程视频并截图,分析计算 ; 2)制作毕业答辩的PPT。五、论文提纲1绪论1.1课题研究背景及意义1.2齿轮加工历史和现状1.3国内外冷滚打研究现状2冷滚打齿轮成形原理2.1齿轮的结构及滚齿加工原理 2.1.1齿轮结构参数 2.1.2滚齿加工原理2.1.3滚刀安装角调2.2冷滚打齿轮成形方法 2.2.1齿轮冷滚打成形原理 2.2.2齿轮冷滚打运动形式 2.2.3滚打体安装方式 2.3滚打轮设计2.4齿轮毛坯尺寸计算2.5滚打装置设计2.6本章小结 3冷滚打装置模态分析3.1仿真软件及动力学原理 3.2有限元模型建立
13、 3.3模态结果分析 3.3.1滚打装置整体模态3.3.2关键零件模态3.4本章小结4直齿轮冷滚打数值模拟4.1齿轮冷滚打有限元模型建立4.1.1有限元模拟流程 4.1.2有限元模型建立4.2模拟结果分析4.2.1等效应力 4.2.2等效应变4.2.3滚打成形力 4.2.4逆打时的成形力4.3不同工艺参数的滚打成形力 4.3.1进给速度的影响4.3.2滚打转速和滚打深度的影响4.3.3二次滚打深度的影响 4.4本章小结 5总结参考文献致谢 附件六、工作量的估计、工作条件 1.工作量的估计1.撰写设计论文及设计说明书(不少于8000字);2.仿真过程录制视频并截图;3.制作毕业答辩的PPT;4.
14、翻译一篇2500字相关的英文资料。2.工作条件1.图书馆,图书期刊资料和电子文献资料;2.装有仿真软件的电脑;3.工作进程2017.12.07-2017.12.29 确定毕业设计选题,完成毕业设计开题报告。2018.01.03-2018.01.22 收集齿轮冷滚打成形过程有关资料,对其进行详细的了解分析,查看相关文献开始初步设计。2018.1.23-2018.4.15 中期检查,成型仿真设计进行初步修改。2018.4.16-2017.4.30 正式开始毕业设计工作,构造好设计总体框架。录制仿真过程视频并截图。2018.5.1-2018.5.13 完成毕业设计论文的撰写、整理、答辩工作。七、存在
15、的问题及拟解决采取的措施1.滚打轮和工件接触情况、滚打轮和工件之间的相对运动形式、相应滚打轮转速下的工件转角和转速关系及滚打过程中金属流动情况比较复杂,计算量大;2.需要参考滚刀廓形结构参数、滚刀的调整安装形式等进行齿轮冷滚打成形专用滚打装置和滚打轮具体结构设计,确定滚打轮的安装方式和冷滚打齿轮毛坯的理论外形尺寸,需要大量参考值,容易出错。3.建立滚打主轴模型,需进行不同零件和滚打主轴在无/有约束下的模态分析,对不同滚打深度下的金属应变情况和齿轮工件的冷滚打过程进行分析,分析情况较多。措施:请教老师协同帮助检查与分析,及时更正错误参数;同时大量实验分析。参考文献【1】 曹红锦涨志明 莫非,国外
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