【正文】 ，輸出如圖3一14和圖3—1 5所示的等效應(yīng)變和應(yīng)力云圖。(3)施加載荷及邊界條件磨頭支架的載荷主要是磨頭電機的重力、葉片磨削作用的徑向、軸向和切向磨削力，將這幾個載荷加載并進行必要的簡化，得到各力的方向、大小及作用點，如圖3—1 3所示。該單元為四面體10節(jié)點三維實體線性單元，每個節(jié)點具有三個自由度，該單元的結(jié)構(gòu)形狀如圖3—1l所示。有限元分析常用的三維實體單元有兩種，即六面體單元和四面體單元。為了避免由于有限元網(wǎng)格的尺寸大小相差懸殊而影響有限元單元質(zhì)量和計算精度，可先對磨頭支架上一些不影響機械性能的結(jié)構(gòu)以及局部圓角、倒角等作了必要的簡化，然后將簡化了的磨頭支架三維模型作為有限元分析模型。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，磨頭支架為一個形狀不規(guī)則的鑄鐵件，承受有拉、壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等各種形式的載荷，因此對其進行常規(guī)的強度、剛度分析的難度較大。應(yīng)用ANSYS提供的數(shù)據(jù)接口，可精確地將在CAD系統(tǒng)下生成的幾何數(shù)據(jù)傳入ANSYS中，從而減少建模時間。用戶不但可用其進行諸如結(jié)構(gòu)、熱、流體流動、電磁場等研究，還可以進行它們之間的相互影響研究。ANSYS軟件的菜單系統(tǒng)使用戶能夠通過對話框、下拉式菜單和子菜單進行數(shù)的據(jù)輸入和功能的選擇，方便了用戶操作。若[K]、[M]為n階，則將有n個不同的角頻率緲。模態(tài)分析的核心內(nèi)容是確定描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)特性的參數(shù)。 。首先應(yīng)用最小勢能原理建立有限元基本方程，引入位移邊界條件，然后求解彈性體的有限元方程，解出全部節(jié)點位移，最后逐個計算單元的應(yīng)力，其中包括：①建立整體有限元方程這一過程包括兩個方面的內(nèi)容：一是將各個單元的剛度矩陣，集成系統(tǒng)整體剛度矩陣；二是將作用于各單元的等效節(jié)點力列陣，組成總的載荷列陣。由于單元能按不同的方式進行組合，且單元本身又有不同的③單元應(yīng)力分析利用物理方程，可以導(dǎo)出應(yīng)力與節(jié)點位移關(guān)系式：式中：p}一一單元內(nèi)任一點的應(yīng)力列陣；【D】一一與單元有關(guān)的④單元剛度矩陣與單元平衡方程)式中：IKl8一一單元剛度矩陣；v。這樣，就用有限個單元體代替了原有結(jié)構(gòu)。對每個單元，選取適當?shù)牟逯岛瘮?shù)，使得該函數(shù)在子域內(nèi)部、子域分界面(內(nèi)部邊界)以及子域與外界分界面(外部邊界)都滿足一定的條件。各單元方程“組集”在一起而形成總體方程組，在計入邊界條件后，即可對方程組求解?，F(xiàn)在，有限單元法的應(yīng)用己由彈性力學(xué)平面問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴展到穩(wěn)定性問題、動力問題和波動問題，分析對象由彈性材料擴展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等。目前，有限元數(shù)值模擬方法在工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并成為各類工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和性能分析的有效手段和工具168。511為了鈁止砂帶在高速運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生跑偏而影響磨削可靠性，主動輪做成鼓形，并在外緣包覆有橡膠，如圖3—8所示。磨頭的砂帶驅(qū)動電機安裝于支架中心位置，主動輪、接觸輪和張緊輪分別安裝于三個外伸的臂上，由于所研制的葉片砂帶磨床選用了閉式砂帶磨削，所以在結(jié)構(gòu)允許的情況下，主動輪、接觸輪和張緊輪之間的距離應(yīng)盡可能拉大，以保證砂帶具有一定的長度，可延長砂帶使用周期，避免砂帶頻繁地更換，減少輔助工作時間，從而提高工作效率。由于磨頭安裝于回轉(zhuǎn)工作臺上，為了減輕回轉(zhuǎn)工作臺的負荷，須盡量減輕磨頭的重量。葉片毛坯尾部的方柄插入夾具小頭的方孑L內(nèi)，由互相垂直的兩定位面進行定位，通過螺栓將葉片夾緊，再以機床尾部頂尖頂緊，完成葉片的裝夾。輪及安裝于帶輪上的專用夾具進行驅(qū)動；機床尾座是經(jīng)重新設(shè)計的加強型氣動尾座，氣缸通過尾座頂尖頂緊工件；加大了機床導(dǎo)軌的寬度，并將“山”字形導(dǎo)軌從前導(dǎo)軌改為后導(dǎo)軌。若將機床任意兩相鄰部件間運動用運動轉(zhuǎn)換矩陣砑表示，其上標尸為標軸(C、Z、x、B)，下標p為移動距離或轉(zhuǎn)角，設(shè)n為刀位矢量，則于所選定的COZXB配置形式的葉片磨床運動學(xué)方程可表示為：3．2砂帶磨床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計心7‘3168。所以，可以用式(3一1)表示機床各運動合成的關(guān)系：K=K％…．o…．KⅣl峨 (3—1)該運動關(guān)系模型也可用圖3—3表示。然而，實際的葉片磨床受到如下的結(jié)構(gòu)限制和約束：(1)若從工件葉片到磨削刀具來對機床部件進行排列，回轉(zhuǎn)運動軸C應(yīng)為第一個運動部件；(2)兩個移動運動軸X、Z之一必須與機床床身0相聯(lián)；．(3)回轉(zhuǎn)運動軸不應(yīng)夾于兩移動控制軸X、Z以及床身O之間?？紤]到汽輪機葉片一般扭曲度較，因而可省略刀具在垂直平面內(nèi)繞X軸的回轉(zhuǎn)擺動，通過控制砂帶的寬和優(yōu)化磨削參數(shù)，仍可保證葉片型面的磨削精度要求。藍面加工一般需要X：Y、Z、A、B、C六根控制軸，本課題通過對葉形狀特點的分析，確定葉片的砂帶磨削所需要的磨削運動為：①刀具沿片徑向的進給運動；②沿葉片軸線方向的進紿運動；⑧葉片繞自身軸線旋轉(zhuǎn)運動；④刀具隨磨削點法線方向變化的轉(zhuǎn)動。本章將在對葉片砂帶磨削運動分析的基礎(chǔ)，進行汽輪機葉片數(shù)控砂帶磨床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對磨頭這～關(guān)鍵部進行力學(xué)性能有限元分析和振動模態(tài)分析?？偠灾皫У念愋图捌鋮?shù)應(yīng)根據(jù)被磨削對象并考慮經(jīng)濟性要求進行選擇。但汽輪機葉片一般為扭曲葉片，砂帶愈寬磨削干涉的可能性將大工件表面粗糙度，降低砂帶的壽命。3)砂帶磨料與粒度 同砂輪一樣，砂帶也可采用不同的磨料、粒度，砂帶的磨料類型有氧化鋁、剛玉、CBN、碳化硅、金剛石等，不銹鋼材料的磨削一般選用單晶剛玉或微晶剛玉磨料的砂帶；一般粗磨選用為80～40粒度的砂帶，而精磨則選用1 20～80粒度的砂帶。布基砂帶強度較高，可以用于高效大面積磨削。4)接觸壓力 接觸壓力直接影響磨削效率和砂帶壽命，可根據(jù)工件材料、所用砂帶、磨削余量和表面粗糙度要求來選擇合適的接觸壓力，一般取50～300N…”1。粗磨時磨削負荷較大，砂帶的線速度要低一些；而精磨時，可選擇較高的線速度。1)砂帶線速度 砂帶磨削的線速度越高，其磨削效率越高。這種磨削走刀方式效率相對較低，但可得到較好的表面粗糙度，常用于葉片的半精磨或精磨。3葉片砂帶磨削走刀方式分析n168。此，本文選擇了接觸輪式砂帶磨削方式來對葉片進行磨削。2)壓磨板(輪)式砂帶磨削 如圖2—3所示，磨削過程是通過支承板(輪)來對工件起著加壓作用。1168。閉式砂帶磨削效率較高，但是噪聲大、易發(fā)熱，可用于粗加工、半精加工和精加工，其磨削精度不如開式磨削。1)開式磨削(圖2一l a) 將砂帶兩端分別纏繞在兩個驅(qū)動輪上，兩驅(qū)動輪交替驅(qū)動砂帶作雙向往復(fù)緩慢的磨削運動。在葉片手工拋磨過程中每拋磨一次都要經(jīng)過一次樣板透光檢查，對工人的技術(shù)要求較高，勞動強度較大。目前，國內(nèi)外都非常重視砂帶磨削的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究，并出現(xiàn)了一些新的發(fā)展方向，如電解復(fù)合砂帶磨削、機器人砂帶磨削、超聲砂帶磨削以及電鍍金剛石金屬帶砂帶磨削等，使砂帶磨削技術(shù)繼續(xù)不斷地向新的方向發(fā)展，充分顯示了砂帶磨削在未來制造業(yè)中的強大生命力。在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中，砂帶磨削技術(shù)已被當作與砂輪磨削具有同等重要的一種不可缺少的加工工藝方法。于砂帶柔曲性好，適用于各種材料、各種不同形狀零件以及異形復(fù)雜的磨削加工。因而，砂帶磨削又被稱之為冷態(tài)磨削。為了進行葉片數(shù)控砂床設(shè)計需要，本章在對砂帶磨削特點分析的基礎(chǔ)上，首先對葉片砂帶工藝進行了的研究。因此，對汽輪機葉片制造技術(shù)的研究具有重要的戰(zhàn)略意義和廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。汽輪機葉片是汽輪機的關(guān)鍵零件，它起著將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為機械能的作用，汽輪機性能的優(yōu)劣和效率的高低，很大程度上取決于葉片型面的設(shè)計和制造水平。第二章汽輪機葉片砂帶磨削工藝性研究砂帶磨削是一種古老而又新興的高效磨削工藝，由于其獨特的磨削性能，近二一三十年來在國內(nèi)外己被得到廣泛應(yīng)用，特別是在難加工以及復(fù)雜型面的加工方面，其優(yōu)勢尤為明顯陽3。2)磨削燒傷小 由于砂帶采用靜電植砂，故磨粒之間存在空隙且磨空氣接觸時間較長，易于磨削熱的擴散，所以磨削溫度較低，這對工面磨削燒傷現(xiàn)象大大降少。)磨削適應(yīng)性強 砂帶磨削鈍化了就進行更換，其磨削過程中不象削需要修整，所以砂帶磨床結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、操作輔助時間少。由于砂帶磨削具有自身卓越的特點，導(dǎo)致砂帶磨削得到越來越廣泛的應(yīng)用，它不僅用于粗磨．、精磨、拋光等常規(guī)的磨削加工，還被用于去毛刺、無心磨、成形磨等等一些特殊的磨削加工工藝。目前，一些工業(yè)發(fā)達國家的砂帶磨床擁有量己逐步接近砂輪磨床數(shù)量，如美國、日本、德國、俄羅斯等國家早已采用先進的數(shù)控砂帶磨削技術(shù)進行磨削加工，大大地提高了磨削加工質(zhì)量和效率。葉片的傳統(tǒng)加工多用銑削加手工拋磨來完成，其中有近40％加工工作量是由熟練操作工在拋光機上用手工完成。2．2．1砂帶磨削方式的選擇陽叫如圖2—1所示，砂帶磨削通常有開式砂帶磨削和閉式砂帶磨削兩種不同磨削方法。2)閉式磨削(圖2一lb) 采用有接頭或無接頭的環(huán)形砂帶，通過張緊輪張緊，由主動輪高速旋轉(zhuǎn)帶動砂帶作單向的磨削運動，同時工件回轉(zhuǎn)，磨頭或工作臺作縱向及橫向進給運動，從而實現(xiàn)對工件的磨削。．2．2砂帶與工件接觸方式的確定凹。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較廣，適用于面、外圓、圓孔以及成形面的加工。由于被加工葉片型面是扭曲的空間自由曲面，磨削時須通過一定大小接觸