砂带磨削接触压强模型分析与实验

王亚杰; 黄云

doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0011

砂带磨削接触压强模型分析与实验

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.5.0011

王亚杰¹,
黄云²

1. 郑州航空工业管理学院航空工程学院, 郑州 450046;
2. 重庆大学机械与运载工程学院, 重庆 400044

基金项目:

河南省科技计划(172102210514)。

详细信息

作者简介:
王亚杰,男,1983年生,博士研究生。主要研究方向：精准砂带磨削。E-mail: wangyajieduck@163.com

中图分类号: TG74;TG58
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出版历程
- 修回日期: 2021-08-16
- 刊出日期: 2021-10-28

Model analysis and experiment of contact pressure in belt grinding

WANG Yajie¹,
HUANG Yun²

1. School of Aeronautical Engineering, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou 450046, China;
2. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China

摘要

摘要: 为验证赫兹接触模型在砂带磨削中应用的准确性，利用ABAQUS软件建立砂带磨削接触有限元模型，分析厚度比、橡胶硬度、接触压力和工件的曲率半径等因素对接触压强和接触参数的影响，以橡胶接触轮与平面和曲面工件的接触实验验证模型的合理性。分析和实验结果表明：忽略影响较小的因素，砂带磨削接触状态基本符合赫兹接触理论。当圆柱接触轮与曲面工件接触时，接触应力分布呈半椭球型，有限元分析与实验结果验证其准确性；当厚度比为20%，橡胶的肖氏硬度为70 HS时，橡胶接触轮的力学性能与赫兹接触理论误差最小。
- 砂带磨削 /
- 接触压强 /
- 模型 /
- 有限元
Abstract: To verify the accuracy of Hertz contact model in belt grinding, a contact finite element model of abrasive belt grinding is established by using ABAQUS software.The influence of several factors on the contact pressure and the contact parameters are analyzed, namely the thickness ratio, the rubber hardness, the contact pressure and the curvature radius of workpiece.The rationality of the model is proved by contact experiment between the rubber contact wheel and the planar or curved workpiece.The results of analysis and test show that the contact state of abrasive belt grinding is basically in accordance with Hertz contact theory, ignoring the less influential factors.When the cylindrical contact wheel is in contact with the curved workpiece, the contact stress distribution is semi ellipsoidal, which is verified by the finite element analysis and the test results.When the thickness ratio is 20% and the Shore hardness of rubber is 70 HS, the mechanical properties of the rubber contact wheel have the least error with the Hertz contact theory.
- abrasive belt grinding /
- contact pressure /
- model /
- finite element method

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图 1 接触轮与工件接触受力示意图

Figure 1. Contact force diagram between contact wheel and workpiece

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图 2 半椭圆球面压强分布

Figure 2. Pressure distribution of semi elliptic sphere

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图 3 砂带磨削有限元接触模型

Figure 3. Finite element contact model of belt grinding

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图 4 橡胶接触轮有限元模型应力云图

Figure 4. Stress cloud diagram of rubber contact wheel

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图 5 厚度比对接触压强分布规律的影响

Figure 5. Influence of thickness ratio on contact pressure distribution

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图 6 不同橡胶硬度对接触参数的影响

Figure 6. Effect of different rubber hardness on contact parameters

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图 7 接触压力对接触参数的影响

Figure 7. Effect of contact pressures on contactparameters

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图 8 不同工件曲率半径对接触参数的影响

Figure 8. Effect of workpiece radius on contact parameters

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图 9 磨削平面试件示意图

Figure 9. Schematic diagram of grinding plane specimen

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图 10 接触测试的平面试件

Figure 10. Plane specimen for contact test

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图 11 接触宽度与接触压力的关系

Figure 11. Relationship between contact width and contact pressure

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图 12 磨削圆柱试件示意图

Figure 12. Schematic diagram of grinding cylindrical specimen

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图 13 接触后的圆柱试件表面

Figure 13. Surface of cylindrical specimen after contact test

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图 14 椭圆接触斑尺寸随接触压力的变化

Figure 14. Variation of elliptical contact spot sizes with contact pressures

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表 1 橡胶材料仿真参数

Table 1. Simulation parameters of rubber material