水電能源行業(yè)在國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃中占有重要地位,高水頭水力發(fā)電必須采用沖擊式水輪機組,其中的關鍵部件水斗轉輪的設計及整體數控加工技術目前在我國上尚不完善,其存在的問題如下:如何在保證水斗水力性能的前提下實現水斗的整體數控加工;如何進行水斗插銑加工穩(wěn)定性預測進而優(yōu)化銑削參數;如何解決水斗插銑過程超長刀柄(長徑比最高可達1:20)的加工顫振問題進而提高水斗加工效率和質量,本文針對這些問題開展了如下研究。為實現面向制造的水斗結構優(yōu)化,針對斗型線與射流相互作用展開了基于CFD(計算流體動力學)的數值模擬分析,優(yōu)化了水斗的水力性能。同時,也展開了水斗型面及水斗根部曲率均勻度、斗根深度和斗根厚度的結構優(yōu)化設計,使得水斗設計即滿足水力性能和強度特性,同時又能具有較好的數控加工工藝性。通過全部水斗根部結構優(yōu)化,水斗綜合應力、交變應力都有了大幅度降低。針對水斗插銑加工時刀具長徑比大易產生切削振動問題,進行了切削力預報及切削動力學方面的研究�；谇邢髟斫⒘瞬邈娗邢髁︻A測模型,通過與有限元分析結果比對和實際切削驗證,該模型具有較高的預測精度;基于振動理論建立了插銑加工顫振三維穩(wěn)定域方程,得到了影響水斗插銑加工過程各因素對加工穩(wěn)定性的影響規(guī)律,上述工作為水斗的插銑加工工藝的優(yōu)化提供了手段。根據水斗結構和插銑加工工藝性特點,建立了刀柄振動解析模型,采用有限元方法研究了刀柄幾何結構參數、帶孔及錐柄結構、刀柄材料等因素對刀柄變形和振動影響規(guī)律,研制了新型結構的抑振刀柄,經實際切削加工應用證明該刀柄具有較好的抑振效果,此項工作對大長徑比切削加工及其刀具設計有重要的指導意義。通過對水斗插銑過程中切削厚度的解析計算,從加工效率優(yōu)先的角度實現了轉輪數控加工的區(qū)域規(guī)劃。針對沖擊式水輪機轉輪在整體加工過程中的關鍵工藝問題提出了優(yōu)化的解決方案。實際加工效果表明,采用此工藝加工出的水斗質量和效率都處于領先水平,此研究結果可為整體轉輪數控加工產業(yè)化提供了重要的技術支撐。通過綜合考慮水斗轉輪的設計與制造的關鍵問題,集成研究成果形成了具有自主知識產權的新工藝,為我國水輪機組整體轉輪的高效高品質數控加工提供了理論指導及實用技術支持。
【學位單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TK735
【部分圖文】：

其中e 為切入角度，s 為切出角度，R為刀具半徑，ea 為徑向切削深度，S 為水平方向步距。maxcosarctan( ) arcsin2zeR s sR a R （5-1）式中：max——瞬時切屑厚度最大值對應的刀齒切入角；z ——刀齒處于切出位置時與 X 軸的夾角。在此，為了計算切屑的徑向厚度，需要將刀齒工作情況分為兩種.第一種情況： max:i e ，i 取值介于零和max 之間。 max: sini e c i t s （5-2）ct 為切屑的徑向厚度第二種情況 max:i s ， 取值介于最大值和零之間。 max:cosei s ci ra t R R （5-3）上式中r 為切入瞬時刃口與 Y 軸之間的夾角。5.1.1.2 刀具旋轉一周的切削體積a 以及步進 的函數。通過分析插

圖 5-6 切削厚度的計算Fig.5-6 Calculation of cutting thickness= arccoseaαR（sinch = R - R α（相鄰兩刀之間殘留面積Ac

其中e 為切入角度，s 為切出角度，R為刀具半徑，ea 為徑向切削深度，S 為水平方向步距。maxcosarctan( ) arcsin2zeR s sR a R （5-1）式中：max——瞬時切屑厚度最大值對應的刀齒切入角；z ——刀齒處于切出位置時與 X 軸的夾角。在此，為了計算切屑的徑向厚度，需要將刀齒工作情況分為兩種.第一種情況： max:i e ，i 取值介于零和max 之間。 max: sini e c i t s （5-2）ct 為切屑的徑向厚度第二種情況 max:i s ， 取值介于最大值和零之間。 max:cosei s ci ra t R R （5-3）上式中r 為切入瞬時刃口與 Y 軸之間的夾角。5.1.1.2 刀具旋轉一周的切削體積a 以及步進 的函數。通過分析插
【參考文獻】

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本文編號：2877893