整体涡轮盘电火花加工电极设计及运动研究

论述了带叶冠扭曲叶片整体涡轮盘的几何造型的方法 ,提出了利用微分几何中曲率干涉的概念及 GBS外推法设计无干涉整体涡轮盘电火花精加工电极计的算法 .根据流道曲面创成中形成共轭曲面的基本条件 ,研究了电极在创成流道曲面中的运动轨迹和位姿确定 .通过实例验证了所提出的流道曲面创成思想的正确性及精加工电极设计的可行性     

整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程

大扭曲叶型带冠整体涡轮叶盘结构复杂,五坐标数控电火花加工中成型电极与加工工件极易发生干涉,成型电极进给轨迹复杂.针对上述问题,采用逆向搜索算法搜索成型电极进给轨迹.利用通道内相邻叶盆曲面、叶背曲面设计成型电极,由逆向搜索算法平移和旋转成型电极,再进行干涉检测;若无法得到合理加工轨迹,可减小成型电极厚度,重复该过程,直至成型电极安全退出,同时得到成型电极最优厚度.控制成型电极平移及旋转步长,生成密度合理的NC加工轨迹.系统验证表明,生成的NC加工轨迹优化、密度合理,成型电极厚度优化.     

带冠整体涡轮盘电火花加工专用CAD/CAM系统开发

针对带冠整体涡轮盘电火花加工存在的难题,在UG平台上开发了带冠整体涡轮盘电火花加工专用CAD/CAM系统——BliskCad/Cam,实现了计算机辅助涡轮盘自动化参数化三维重构、电极智能化参数化设计与制造、加工轨迹搜索、加工过程仿真、加工精度检测等功能.通过加工实验对系统的正确性和实用性进行了验证,加工出满足设计要求的带冠整体涡轮盘样件.     

基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真验证

提出了基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真、验证新方法.该方法首先构造整体涡轮叶盘仿真工件、成型电极压缩Voxel模型,再根据数控加工轨迹构造成型电极扫描体,最后在三维虚拟空间完成加工过程仿真.利用Marching Cubes方法提取仿真工件表面三角网格,增强了仿真工件显示质量和速度.通过仿真工件压缩Voxel模型与标准CAD模型的三维对比实现了仿真结果分析验证.该方法在某航天火箭发动机整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程仿真与验证中得到了应用,效果良好.     

端曲面齿联轴器的创成原理及设计

根据联轴器工作原理,结合空间坐标变换理论、共轭曲面求解理论及正交非圆面齿轮副传动原理,提出端曲面齿联轴器这一新的结构形式,建立端曲面齿联轴器求解的共轭坐标系,推导端曲面齿联轴器的端曲面参数方程,生成端曲面;结合端曲面齿齿盘的几何参数设计理论,采用"共轭截线投影法"新型齿面生成方法,通过solidworks软件对端曲面齿齿面进行几何求解,获得端曲面齿联轴器的连接齿面及十字轴式端曲面齿万向联轴器的三维实体模型;将端曲面齿联轴器应用于冶金等工程设备中,验证端曲面齿联轴器几何设计方法的正确性和在工程应用中的可行性。     

某型航空发动机涡轮盘的可靠性灵敏度设计

航空发动机涡轮盘结构比较复杂,无法直接获得极限状态方程的显示表达式.针对这一问题,提出了涡轮盘可靠性灵敏度设计的Monte Carlo-随机有限元法与神经网络技术相结合的方法.考虑了涡轮盘结构的几何尺寸、材料性能特性和环境载荷的随机性,利用神经网络的非线性映射功能,模拟得到随机响应与随机参数的关系表达式,采用一次二阶矩法进行可靠性设计;通过对涡轮盘的可靠性灵敏度设计,得到了各参数均值和方差对涡轮盘可靠性的影响情况.利用结构可靠性分析软件NESSUS验证了所提方法的正确性,为涡轮盘可靠性灵敏度设计提供了理论参考.     

用端铣刀数控加工自由曲面的刀具干涉检测

针对用端铣刀在自由曲面上进行3轴数控加工，提出了一种系统的刀具干涉检测方法．加工自由曲面时，刀具干涉可能出现在包括刀具驱动面在内的刀具周围任何区域．提出用检测线代替检测面来寻找加工自由曲面时可能出现刀具干涉的方法，可极大地加快检测过程，改善加工精度和可靠性，而且有利于产品的几何设计和指导影响加工效率的刀具选择．研究表明，所提的方法和算法合理有效．     

车用增压器径流式涡轮转静干涉效应研究

为研究增压器径流式涡轮内部转静干涉效应对涡轮内部流动损失、涡轮工作效率和工作性能的影响,借助逆向建模的方法建立径流式涡轮三维模型,运用非线性谐波法并结合增压器变工况的实际运行特性对涡轮增压器径流式涡轮内部转静干涉效应进行研究。结果表明,径流式涡轮内部转静干涉效应的主导因素是尾迹干扰,喷嘴环流道的后半弦长位置及整个涡轮叶轮流道是主要形成区域,形成机理是涡轮叶排的势流干扰受到主流流动的阻滞而造成迁移的距离有限,而尾迹能够随着主流的流动向下游输运。转静干涉作用的影响因素是转静叶间距离,合理增大径隙比结构参数可以改善涡轮内部的气动特性。叶顶间隙涡与上游尾迹相互作用以及尾迹与通道涡等涡系的强烈掺混是涡轮叶轮流道内呈现非定常流动的主要因素。合理减小涡轮叶顶间隙比能够降低涡轮内部流动损失。     

五轴联动数控展成电解磨削整体叶轮的控制方法

分析了整体叶轮叶面片型精加工的现状，为解决整体叶轮叶面型面的精加工难题，进行了五轴联动数控展成电解磨削的基础研究，其中，控制导电磨轮相对整体叶轮叶片型面的展成运动是问题的关键，根据数控展成电争磨削整体叶轮叶片型面这一加工方法的特点，在分析了数控展成解磨床的结构与运动的基础上，介绍了经济型多轴数控系统及其联动控制方法，建立了电解磨削非平行直纹展成曲面的数学模型，开发了五轴联动数控展成电解磨削自动数控编程系统，对航空发动机整体叶片轮的叶片型进行了电解磨削。     

机器人抛光自由曲面的轨迹优化研究

本文分析了利用机器人抛光自由曲面时加工轨迹和运动,指出相对环切法轨迹规划,行切法轨迹规划所要求的运动关节组合最少,能够方便地回避干涉和避免机构奇异点,理论分析表明在自由曲面抛光精加工的轨迹优化中,行切法的整体效果要优于环切法。     

自由曲面自适应投影法精加工刀轨生成

提出并实现了适合于组合自由曲面整体加工的一种刀轨生成算法,该处蒙混过关针加工曲面离散成三角化模型,在三角化模型中直接生成无干涉刀位轨迹,刀轨生成与刀轨干涉处理统一在一个算法中,根据曲面的形状规划刀轨,使刀轨的行距能够随曲面的倾斜程度而调整,有效地解决了组曲面加工编程中曲面之间存在断开,裂缝,局部搭接现象,提高了加工效率和精度。     

基于广义能量法的曲面光顺

提出了同时考虑曲面几何及物理等多项光顺准则的基于广义能量法的曲面整体光顺思路，建立了包含曲面截线族粗光顺、曲面粗光顺两个步骤的曲面光顺方法，论述了曲面精光顺中广义能量表达式和约束条件的建立，实践证明，这种方法对于提高曲面的整体光顺性能具有良好的效果。     

复杂螺旋曲面铣削加工的几何特性分析

针对现有加工方法受加工曲面复杂性影响的局限性 ,通过引进刀具的侧倾角参数 ,讨论了一般位置下的成型盘铣刀加工螺旋曲面的铣削加工法 ,分析了刀具与工件作共轭运动时的接触点轨迹的几何特性 ,并给出了一般位置下的成型盘铣刀加工的计算公式和成型刀加工中产生干涉的一个判别方法。从而扩大了成型盘铣刀加工螺旋曲面的种类 ,避免刀具与工件的干涉现象 ,克服了现有成型刀加工方法的局限性 ;同时为五坐标数控加工螺旋曲面提供了合理的接触点轨迹 ,提高螺旋曲面加工的精度。并通过实例说明了这一方法的合理性和有效性。     

空间曲面的动态逼近——包络矩阵法及其应用

本文运用包络矩阵法把空间啮合理论的应用范围,从解析曲面扩展到非解析曲面,从等距螺旋面扩展到不等距螺旋面.对于一些空间曲面,提供了精加工过程中的运动参数和几何结构参数的计算分析方法,并给出了编制计算机数控精加工前置程序所必要的数学模型.     

重型燃机压气机-透平转子组件动平衡解决方案

重型燃机压气机-透平转子组件总长5m、最大旋转直径2．9m、重量约为22320kg。转子组件由压气机盘和涡轮盘及前后轴颈等件组成，转子组件整体刚性差且结构特殊，前轴颈支点缩进压气机盘内，后支点轴套距后轴颈篦齿很近，与平衡机摆架位置干涉，此结构转子组件动平衡在国内尚属首例，本文着重介绍转子组件动平衡解决方案。     

组合曲面加工无干涉刀具路径的产生

提出了一种由ＮＵＲＢＳ曲面及解析曲面元素构成的组合曲面数控加工无干涉刀具路径的生成方法，该方法将组合曲面加工中的干涉分为两种：一种是构成组合曲面的各曲面元素间的干涉、另一种是曲面元素自身的干涉，对于第一种干涉，通过曲面裁剪构造组合曲面的等距面而得到消除；第二种干涉则通过消除轨迹线自身的相交部分而得到消除。     

任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法

为提高S2流面计算方法对涡轮复杂几何的适应性和计算能力,详细推导了任意正交曲线坐标系下应用于流道中心S2流面计算的Euler方程,提出了任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法,发展了适用于三阶精度总变差减小的差分格式的数学模型,结合了隐格式时间推进、Riemann问题求解等技术。在应用于带弧形凸起的流道及某直叶栅气动参数计算,并对某三级低压涡轮进行性能预测的结果表明:所提方法对激波具有较高的捕捉精度,能够较准确地获得叶栅气动参数分布,且与实验结果吻合良好;对于多级涡轮总性能参数和气动参数分布均有较高的计算精度,是一种可为涡轮设计提供快速、可靠的计算方法。     

自由曲面数控粗加工的一种新方法

提出了一个自由曲面三轴数控粗加工的方法。其中粗加工毛坯体的几何模型由零件曲面线性过渡构造。具体内容包括：加工层的确定，等参数刀具轨迹生成以及圆柱端铣刀的干涉检测等。     

基于三维非等温多相模型的质子交换膜燃料电池局部传质机理

为使质子交换膜燃料电池（PEMFC）内部的电极反应物和电极产物有一个更加稳定与均衡的分布，在燃料电池传统阴极蛇形流道的基础上，对其U形转弯入口及出口处进行渐缩渐扩处理，使流道U形转弯处侧壁形成一定角度的坡面，并建立了缩放坡面流道的单电池三维数值模型。对比研究了不同几何参数对流道内液态水动力学行为、排水效率、反应气体质量分数、电池最大功率密度的影响，结果表明坡面结构在一定程度上引导了液滴的流动路径，使流道底面的气体扩散层（GDL）附近气流扰动增强，氧质量分数和电流密度分布更加均匀，最大功率密度得到了明显提高，整体上提高了PEMFC内部的传质能力。     

三阶切触法加工自由曲面无干涉刀位规划

基于三阶切触法刀具包络曲面的局部重建原理,提出了刀具可行空间约束下平底刀加工自由曲面的无干涉刀位规划方法. 通过工件表面到刀具轴线的距离来分析刀具与工件的局部和整体干涉,并解析求解二阶切触刀具姿态,进而建立二阶切触无干涉刀具可行空间. 在此基础上,通过计算设计曲面与包络曲面沿进给垂直方向的诱导法曲率导数,在可行空间内优化搜索最接近三阶切触的刀位. 拉伸曲面和螺旋曲面的刀位规划和切削带宽的计算结果表明,该方法可以有效地避免刀具干涉,并显著提高加工效率.