叶轮加工系统综合刚度场建模与分析

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1、工程硕士学位论文叶轮加工系统综合刚度场建模与分析杨阳哈尔滨理工大学2015年3月国内图书分类号：TH161工程硕士学位论文叶轮加工系统综合刚度场建模与分析硕士研究生：杨阳导师：吴石申请学位级别：工程硕士学科、专业：车辆工程所在单位：机械动力工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TH161DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCompositeStiffnessFieldModelingandAnalysisofMulti

2、-axisMachiningSystemforImpellersCandidate：YangYangSupervisor：ShiWuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：VehicleEngineeringDateofOralExamination：March,2015University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕±学位论文原创性声明－本人郑垂声明：此处所提交的硕±学位论文《叶轮加

3、Ｘ系统综合刚度场违模与分析》，在哈尔滨理工大学攻读硕±学位期间，是本人在导师指导Ｆ独立进巧研究Ｘ作所取得的成巧。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研巧成巧。对本文研巧Ｘ作做出贡献的个人和集Ｌ。，均已在文中：Ａ明确方式注明体。本声明的法律结果将完全由本人承担岛作者签名：杨ｆ日期：叫转ｆ是月三口＾哈尔滨理工大学硕ｉ学位论文使用授权书《叶轮加工系统综合刚度场建模与分析》系本人在哈尔滨理工乂学攻读硕±学位期间在导师指导下完成的硕±学位论文。本论文的研究成果归哈尔。滨

4、理工大学所有，本论文的研究内容不得Ｗ其它单位的名义发表本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有。工关部口提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅本人授权哈尔滨理大学可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于。保密□，在年解密后适用授权书不保密垃。请在ｈ．相应方框内打Ｖ（）＞如少年作者签名：杨勾田胡：／３月又日１＾／哥师签１：１期：＾支年＾月＾日哈尔滨理工大学工程硕士学位论文叶轮加工系统综合刚度场建

5、模与分析摘要近些年来，我国在能源、国防、航空航天等高尖端技术领域发展迅速，对一些关键部位的零部件如风力叶片、空气压缩机叶轮、水轮机叶轮等的加工要求越来越高。这些叶轮的曲面复杂，具有弱刚性的特点，加工过程易产生变形，难以保证加工精度。因此，针对叶轮加工系统的综合刚度场建模及分析对提高加工精度和加工效率有着很重要的理论意义及实用价值。针对待加工叶轮的叶片曲面进行研究，采用基于弯矩理论的自由曲面自适应采样方法，获得叶片曲面的采样点模型，计算所有采样点的法向量和柔度矩阵并保存为叶轮采样点数据库。通过对叶轮加工工艺系统运动链模型及

6、刚度特性的研究，对加工过程中系统刚度性能贡献较大的子系统：刀具、刀具主轴结合部、机床关节以及叶轮本身进行刚度建模。再根据加工系统的运动链模型求解运动空间的雅克比矩阵，将各子系统的柔度矩阵变换到工件坐标系下，借助虚位移原理以及弹性小变形理论得到系统综合刚度矩阵。对得到的综合刚度矩阵进行变换，借助数学方法将综合刚度场表征为三维空间椭球。结合椭球的空间特性，建立相关的刚度性能评价指标。基于综合刚度场理论模型以及四轴加工系统的运动链模型，建立开式叶轮四轴加工系统的刚度场模型，分析四轴加工系统的刚度性能分布，然后考虑具体的开式叶片

7、，分析开式叶片的综合刚度性能分布，对刚度薄弱的环节进行优化。基于综合刚度场理论模型以及五轴加工系统的运动链模型，建立五轴加工系统的刚度场模型，分析五轴加工系统的刚度性能分布，然后考虑具体的闭式叶片以及开式叶片，分析开式叶片的综合刚度性能分布，对刚度薄弱的环节进行优化。针对开式叶轮五轴加工系统，对预设的切削路径进行刚度性能分析与振动实验，以最大化刚度性能指标为目标获取加工叶片该区域时最佳工作台姿态，并用实验验证理论的正确性与有效性。关键词叶轮；多轴加工系统；力椭球；刚度场-I-哈尔滨理工大学工程硕士学位论文Composit

8、eStiffnessFieldModelingandAnalysisofMulti-axisMachiningSystemforImpellersAbstractRecently,withthedevelopmentofnationaldefenseindustry,transportationindustryand