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专利号: 2018100380066
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、获取完整牛磨牙表面的点云数据;

S2、对步骤S1中获取的大量点云数据进行预处理,对预处理后的点云数据进行封装处理,创建磨牙多边形模型和网格,然后建立牛磨牙列的三维实体模型;

S3、对牛牙列咀嚼过程进行模拟分析,确定出在咀嚼过程中牛磨牙的齿坎特征;

S4、对牛磨牙的齿坎特征尺寸参数进行提取,并与仿生应用对象进行类比优化,根据齿坎的几何形态优化磨头的齿槽结构;

S5、根据设计原则和实际加工情况,合理的选取步骤S4中得到的牛磨牙的齿坎特征尺寸参数水平,并设计相应的正交试验方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,所述步骤S1中,完整牛磨牙表面的点云数据是通过扫描生长时间在四年以上的成熟牛的完整恒齿牛牙列得到。

3.根据权利要求1所述的一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,所述步骤S2中对点云数据的处理与曲面重构,建立的牛磨牙列模型的建模误差小于0.05毫米。

4.根据权利要求1所述的一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,所述步骤S2中建立牛磨牙列的三维实体模型还包括以下分步骤:S21、运用逆向工程软件geomagic studio按照特定的方式对大量点云数据进行对齐、合并、噪音去除、数据精简等预处理,排除在扫描时捕获的多余或错误的数据;

S22、对预处理后的点云数据进行封装处理,创建多边形化的磨牙初始模型,再经过三角形删除、光滑曲面、填充孔和边修补技术等多边形化处理,获得质量良好的磨牙多边形模型,为生成NURBS曲面奠定基础;

S23、通过探测轮廓线、探测曲率、编辑轮廓线等轮廓线的处理,构造曲面片、松弛曲面片、移动曲面片等曲面片处理,以及栅格处理和NURBS曲面处理,最终以NURBS曲面为基础构建拟合曲面,将磨牙的多边形模型转化为理想的曲面模型,建立牛磨牙列的三维实体模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,所述步骤S3中,确定出在咀嚼过程中牛磨牙的齿坎特征时,对牛磨牙牙冠的显著特征进行去除,然后对比修改牛磨牙牙冠特征前后仿真结果中作用应力及应力分布范围的差异,从而确定牛磨牙的主要功能特征。

6.根据权利要求1所述的一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,所述步骤S4中,在对胶体磨机磨头的仿生优化中,采用齿坎槽的几何形态优化磨头的齿槽结构,用牙齿齿坎尖端面的齿星弧面来优化磨头的工作端面,用齿坎尖的几何结构来优化磨头的工作侧面和工作刃,用齿坎张角和齿坎侧面倾角来优化齿槽形状,用齿坎尖角来优化磨头工作面齿的螺旋角,用齿坎次尖的几何结构来优化磨头齿槽底面。

7.根据权利要求1所述的一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,所述步骤S5中,胶体磨机磨头的仿生特征尺寸参数包括左螺旋角、右螺旋角、压力角、齿坎齿尖和弧形端面,其中尺寸参数的优化范围为:左螺旋角和右螺旋角分别取值为

10°、20°、30°、40°、50°,压力角取值为+13°、+3°、0°、-3°、-13°,齿坎次尖存在为1尖底,齿坎次尖不存在为0平底、弧形端面存在为1,弧形端面不存在为0;在此基础上,运用混合正交表设计正交试验方案。

8.根据权利要求1所述的一种基于牛磨牙几何特征的胶体磨机磨头仿生设计方法,其特征在于,所述步骤S5以工作温度、作用阻力以及作用应力为检测优化效果的评价标准,利用有限元分析计算验证正交试验方案,得出最优仿生优化参数组合,设计最优的胶体磨仿生优化磨头。