華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論文

I

摘 要

凸輪軸作為發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的核心部件，是控制著整個進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)的核心組件。

凸輪軸的工作環(huán)境比較復(fù)雜，受到的載荷也經(jīng)常變化，因此需要有很高的加工的精度和

表面質(zhì)量。高速高精凸輪軸磨床是凸輪軸的工作母機(jī)，它的結(jié)構(gòu)形式和特性將直接決定

所生產(chǎn)凸輪軸的質(zhì)量。砂輪架是凸輪軸磨床關(guān)鍵的功能部件，起著凸輪軸磨削和徑向進(jìn)

給的功能，它的動力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)形式將直接影響凸輪軸磨削的加工精度和表面質(zhì)量。

因此，研制開發(fā)數(shù)控凸輪軸磨床砂輪架，對其關(guān)鍵部件進(jìn)行動靜態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，

提高凸輪軸磨床砂輪架的整體性能，可以為我國自主研發(fā)凸輪軸磨床提供一定借鑒。

本文首先根據(jù)凸輪磨削工藝特點(diǎn)，建立了凸輪磨削加工的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了從動件

為滾子挺桿下凸輪輪廓軌跡方程和砂輪中心點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，得到了砂輪中心位移模型的

通用公式，繼而對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析與動態(tài)仿真，直觀的看到凸輪運(yùn)動過程中從動件的

運(yùn)動規(guī)律。

隨后分析了單個磨粒磨削的磨削過程，建立磨削力模型，在此基礎(chǔ)上完成了單個磨

粒外圓磨削仿真，分析了單個磨粒外圓磨削的磨削過程，以及砂輪線速度和磨削深度對

磨削力的影響。

然后本文針對凸輪軸磨削的特殊要求，對砂輪架的幾個關(guān)鍵功能部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)

計(jì)，采用了陶瓷結(jié)合劑 CBN 砂輪、液體動靜壓電主軸、直線電機(jī)和靜壓導(dǎo)軌、在線砂

輪修整技術(shù)和在線動平衡技術(shù)等，完成了對凸輪軸磨床砂輪架進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

后本文使用 ANSYS 有限元分析軟件，對凸輪軸磨床砂輪架主軸和箱體進(jìn)行了靜

力學(xué)和動力學(xué)分析，完成了砂輪架關(guān)鍵部件強(qiáng)度校核，分析了主軸和箱體的固有頻率和

主要振型，理論上驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，有效的避開了共振區(qū)，然后對箱體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)

優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高砂輪架剛性，降低振動對加工質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：凸輪軸磨削，磨削力，砂輪架，動靜態(tài)分析，結(jié)構(gòu)優(yōu)化