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36500字硕士毕业论文仿形精密机床床身的功能分析及结构强化

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:36500字
论点:骨料,材料,床身
论文概述:

本文通过理论分析、计算机仿真与实验研究相结合的方法,系统研究了人造石精密机床床身的动静态性能,得到了许多重要的结论。

论文正文:

第1章导言

1.1人造石对人造石材料的相关研宄起始于上个世纪40年代⑴,近年来,随着材料制备技术及其相关物理机械性能的不断发展,人造石材料已被广泛地应用于机械装备、建筑工程、道路桥梁等领域。
 1.1.1人造石材料的组分构成人造石材料的组分构成如图1-1所示,目前常用的人造石材料其组分主要包括树脂系统和骨料系统两部分,其突出优点是阻尼减振性能好,约为普通铸铁材料的10倍左右,但其抗压强度、抗弯强度等基本力学性能与铸铁材料相比较差,限制了人造石材料的大量推广应用。为了提高人造石材料的性能,通常采用加入纤维以及橡胶颗粒等组分对其进行相应的增軔增强。
 1.1.1.1树脂系统制备人造石材料所用的树脂系统主要包括有机树脂、固化剂、稀释剂、增朝剂等。(1)有机树脂对于人造石材料,有机树脂主要用作粘结剂。根据化学性质的不同可以将有机树脂细分为热固性树脂和热塑性树脂两种。本文选用热画性环氧树脂作为粘结剂,其主要优点包括胶接强度较高、收缩率与婦变率较低、耐化学腐烛性较好、固化时不产生副产品等。(2)固化剂常温环境下环氧树脂性能稳定,不易发生固化反应,需要与固化剂协调作用,固化剂主要用来调节树脂系统固化反应的时间,本文选用的固化剂为乙二胺。(3)稀释剂针对所选热固性环氧树脂的种类,本文选用丙酮作为稀释剂。(4)增初剂合理的增軔剂用量可以提高环氧树脂固化后产物的初性,减少固化反应的热量排出,降低材料收缩率。常见的增朝剂包括活性增軔剂和非活性增韧剂两种,其中,非活性增軔剂不参与固化反应,自身粘度小,能够增强环氧树脂的吸附与浸润效果,同时可以起到稀释的作用。本文选用邻苯二甲酸二丁酷作为增韧剂。
 1.1.1.2骨料系统骨料是人造石材料的主要组成部分,其重量占材料总重量的85%以上,主要起骨架支撑作用。按照骨料粒径的大小,可以将骨料系统细分为粗骨料、细骨料和填料三部分。不同的骨料最大粒径对人造石材料的性能影响较大[6,7],适当地增加粗骨料的最大粒径可以有效提高人造石的物理机械强度,降低细骨料、环氧树脂、固化剂以及稀释剂等组分的用量,降低材料成本;当然,骨料最大粒径不可能无限增加,若骨料最大粒径过大,可能产生明显的离析现象,导致抗压强度、抗弯强度等基本力学性能明显下降。使用填料一方面可充分填充细骨料堆积后的内部空隙,提高人造石材料的抗压强度,同时,填料的填充作用可有效降低离析现象,改善树脂用量,减小材料收缩率等,本文选用破碎蹄分后的“济南青”花岗石为粗细骨料,选用粉煤灰作为填料使用。
 1.1.1.3增軔增强组分针对人造石材料强度较低、力学性能较差的缺点,为了提高人造石材料的物理机械性能,通常采用添加碳纤维、橡胶等组分的方法以增朝增强材料性能。本文选用碳纤维作为增强材料,纤维的加入可提高人造石材料的抗弯强度与抗冲击朝性,有效减小裂缝的产生。同时,针对碳纤维表面光滑、表面活性较差的缺点,采用偶联剂浸润的方法对碳纤维进行前期预处理,保证碳纤维与树脂基体间界面粘结强度,延长材料使用寿命。
 第2章床身有限元分析基础
 2.1有限元理论概述在解决工程实际问题时,有两类系统比较常见,即离散系统与连续系统。离散系统是将系统归结为有限个单元的集合,解决此类问题需要建立系统的基本方程,即定义明确的方程形式与边界条件。简单的离散系统可以通过人工计算求解,而分析复杂的离散系统时必须借助计算机才能够完成。连续系统是将系统看作无限单元的集合,求解连续系统的关键及难点是确定每个单元的边界条件和方程。由于技术水平的限制,在相当长的一段时间内,只能求得连续系统的少数精确解,而在实际应用中,连续系统则更为普遍。
 第3章人造石材料精密机床床身静力学性能研究及结构强化............173.1引言............173.2建立床身有限元模型............173.3床身受力分析............193.3.1主轴-工件-尾座支反力计算............203.3.2固定主轴头的螺栓处受力分析............213.3.3尾座对导轨产生的压强计算............223.4静力学仿真结果分析............333.5人造石床身结构强化............383.6本章小结............41第4章人造石材料精密机床床身动态性能分析............434.1 人造石材料的阻尼性能............434.2人造石阻尼性能研究试样制备............484.3模态分析............534.4谐响应分析............674.5本章小结............70
 结论
 本文通过理论分析、计算机仿真与实验研究相结合的方法,系统研究了人造石精密机床床身的动静态性能,得到的主要结论如下:(1)1号导轨正面载荷范围为0.157MPa~0.713MPa,1号导轨侧面载荷范围为0.013MPa-0.123MPa,2号导轨正面载荷范围为0.148MPa?0.675MPa, 2号导轨侧面载荷范围为0.013MPa~0.123MPa; 3号导轨正面载荷均匆分布,大小为0.496MPa,侧面载荷呈梯度分布,范围为0.394MPa?0.848MPa; 4号导轨正面载荷均勾分布,大小为0.444MPa,侧面载荷呈梯度分布,范围为0.394MPa~0.848MPa。(2)通过对四条导轨预埋45#钢件、增加床身宽度160inm、基体靠近1号导轨处增加尺寸1578minX 120nimX 120min等方式对人造石床身进行局部强化,强化处理后床身各方向变形大幅降低,其中X方向变形降低了 53.44%,Y方向变形降低了 44.46%, Z方向变形降低了 47.75%,床身总变形降低了 52.58%,同时改善了应力分布,减小了应力集中。
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