基于ANSYS的无心外圆磨床砂轮架系统热变形研究.pdf

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1、2010年8月机床与液压Aug．2010第38卷第16期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．38No．16DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．16．012基于ANSYS的无心外圆磨床砂轮架系统热变形研究冯渊，范圣耀(无锡职业技术学院，江苏无锡214121)摘要：运用三维软件Pro／E建立了砂轮架系统模型，并将CAD模型转成有限元模型，通过定义系统热载荷和边界条件，获得砂轮架稳态和瞬态温度分布，采用间接热结构耦合法对砂轮架系统进行热变形分析，为改善磨削工件的加工精度指明了方向。关键词：

2、无心外圆磨削；热变形；ANSYS中图分类号：TG581+．3文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010J16—032—3TheResearchofHeatDistortionoftheCylindricalCenterless—typeGrindingMachineHousingBaseonANSYSFENGYuan，FANShengyao(WuxiInstituteTechnology，JiangsuWuxi214121，China)Abstract：Themodelofgrindingmachinehousingis

3、carriedoutwithPro／E，andthefiniteelementmodelisconstructed．Afterthethermalloadandboundaryconditionsaredefined，thesteady—statetemperatureandtransienttemperaturedistributionareobtained．Byusingindirectthermal-structurecouplingmethod，heatdistortionofthegrindingmachinehousi

4、ngisfinished，whichwillhelptheworkpieceimprovethemachineprecision．Keywords：Cylindricalcenterless—typending；Heatdistortion；ANSYS无心外圆磨削作为一种获得高精度、低粗糙1#、2#为一对角接触球轴承，3#、4#为双列短圆柱滚度的精加工工艺方法，在汽车零件制造领域占有子轴承。轴承均采用克鲁博AsonicHQ72—102润滑脂重要地位。例如气门、喷油嘴针阀的成形磨削，进行润滑。活塞销的高精度磨削，薄壁缸套的切入磨削，

5、喷油泵柱塞的配磨等。在磨削时，工件直接放在砂轮、导轮之间，用托板支承，以被磨削的外圆面上作为定位面，如图1所示。由于其特殊的加工方cDE式，因此无心外圆磨床的动态性能对工件的加工精度有很大影响⋯。作者对无锡某企业的无心外圆磨床砂轮架系统进行了稳态和瞬态热分析，并通过间接热结构耦合法对砂轮架系统进行热变形分析，为进一步的结构优化、性能提高提供了改进的依据，从而提高磨削图1砂轮主轴系统加工精度。1．2单元类型和材料属性1砂轮架系统有限元模型由于砂轮主轴在工作过程中受到轴承摩擦发热的1．1砂轮主轴系统影响，因此需要对砂轮架进行热结构耦合

6、分析，作者砂轮主轴系统中(如图1所示)，有一对型号为采用间接耦合的分析方法。考虑到模型本身的复杂7214C的角接触球轴承背对背安装和一个型号为性，在对其进行热分析时，选用三维十节点四面体热NN3014K的双列短圆柱滚子轴承安装在主轴左端，实体SOLID87单元划分网格；研究其热变形时，将一个同型号的双列短圆柱滚子轴承安装在主轴右端，单元类型转变为等效的结构单元SOLID92，砂轮架系收稿日期：2010—04—01基金项目：无锡市科技基础设施项目(CMES0913)作者简介：冯渊(1963一)，男，副教授，主要研究方向为汽车制造技术

7、。电话：0510～85916098，E—mail：lucky—fy@hotmail．cono第16期冯渊等：基于ANSYS的无心外圆磨床砂轮架系统热变形研究·33·统在ANSYS10．0中的有限元网格模型如图3所示。作为体载荷进行施加。在4个轴承处，单元划分较密，因为此处是热量产生表2各轴承的生热率m的地方，较密的网格可以得到较好的计算精度和结温度／℃轴承号果。在图2的有限元模型中，一共生成了66697个1样2#3#4撑实体单元。1．3．2对流换热系数和温度边界条件系统中的表面对流换热系数h为：Nuknh：=———一一~ia(l1

8、l)JⅡ式中：kn~id是周围空气的导热系数；Nu为努谢尔特数；d为主轴平均直径。磨床在加工时，由于主轴的高速旋转，会加快其与空气的对流，尤其是主轴前后端部分，其努谢尔特准则方程为：Nu=0．133RePr(2)∞加图2砂轮架系统的有限元网格模型式