磨削加工球齿轮数学模型建立与齿面接触特性分析

采用盘形砂轮范成法磨削加工球齿轮，由盘形砂轮数学模型得到球齿轮的数学模型，进而得到一对球齿轮的啮合模型，并对其进行了齿面接触分析，通过解非线性方程组，求解出两齿面瞬时接触点的位置．对球齿轮齿面的接触点轨迹进行了分析研究：球齿轮上每个齿的齿形都不相同，因此两球齿轮在空间啮合的接触轨迹是很复杂和多样的．结果对进一步研究球齿轮机构的传动理论和实际应用具有一定的指导意义．     

精确磨削单包络TI蜗杆的方法

TI蜗杆传动由渐开面斜齿轮和其包络的环面蜗杆组成. TI蜗杆传动推广应用的关键制造技术是要解决蜗杆齿面的精确磨削问题. 依据齿轮啮合理论, 对渐开面单包络环面蜗杆传动的齿面方程进行了分析, 得到了精确磨削渐开面单包络TI蜗杆的砂轮轴截面廓形, 阐明了砂轮磨削TI蜗杆的位置和运动关系, 获得了精确磨削渐开面单包络TI蜗杆的方法.     

考虑混合修形的非对称直齿轮副啮合特性与振动特性分析

基于能量法与切片理论,提出了一种非对称直齿轮副啮合特性及振动特性分析模型.该模型将延长啮合、非线性赫兹接触、齿基刚度修正以及轮齿修形考虑在内,能较为准确地分析非对称直齿轮副的啮合特性.通过将解析方法得到的时变啮合刚度和接触应力与有限元方法得到的结果进行比较可以得知:两种方法得到的啮合刚度和接触应力吻合很好,并且解析方法的计算效率远远高于有限元方法;随着工作侧压力角的增大,齿面接触应力和齿轮副重合度减小,啮合刚度增大.在啮合特性分析模型的基础上,建立了非对称直齿轮副动力学模型.通过振动特性分析可知:随着工作侧压力角的增大,振动幅值增大,系统的固有频率略微降低.本文解析模型可以为非对称直齿轮副的设计提供理论依据.     

角修正型双圆环面二次包络环面蜗杆传动的啮合原理

导出了一般化的角修形条件,解释了角修形的物理意义;提出啮合分析的法截面法,该方法可以用来计算奇异啮合点附近共轭齿面偶的法向距离;运用该方法,通过分析法截线,指明角修形传动蜗杆螺旋面、蜗轮齿面名义原接触区、新接触区三者沿传动副瞬时接触线奇点轨迹相互交叉,说明三者虽然相互密切,但程度不同;阐明角修形切去蜗轮齿面二次接触区,并且使得蜗杆工作长度变短的机理.在角修正型二包传动啮合理论的指导下,对角修形双圆环面二包传动的啮合特性进行了深入系统的研究,发现这是一种性能优良的新型环面蜗杆传动装置.     

基于LS-DYNA的直齿轮动力学与关键技术研究

本文研究了LS-DYNA有限元分析软件对直齿轮进行动力学接触仿真分析中的关键技术;计算了齿轮副在啮合过程中齿面接触应力、应变的变化及分布情况;找出了齿轮接触最薄弱的部位并提出了修改建议。这对提高轮齿的接触强度和齿轮传递运动的平稳性具有重要意义。     

基于全信息的齿轮精度评价体系

齿轮是应用广泛的关键基础件,采用三维拓扑修形是控制齿轮性能的一个普遍趋势,现有的齿轮测量技术在获取齿面三维拓扑信息方面已逐渐成熟并得到应用.但目前各类齿轮精度评价体系普遍使用基于小样本及极值法获取的各项齿轮精度指标作为评价依据,这种方式对完整评价修形齿轮的质量及工艺分析存在诸多缺陷.基于全信息的齿轮精度评价体系则以齿轮全信息为样本,使用以统计分析方法获取的更有代表性的齿轮精度新指标作为评价依据.基于全信息的齿轮精度评价体系包括用于表达齿轮全信息的3D数学模型,基于3D模型定义的新指标,以及基于选取的新指标构建的新评价指标系统.基于全信息的齿轮精度评价体系可以克服现有齿轮精度评价体系的缺陷.新体系可充分利用测量数据,对测量误差不敏感,能真实完整地反映齿轮性能,有利于对被测齿轮作出更加科学的分析和评价,有利于进行工艺系统稳定性和加工能力的分析和改善.首先介绍齿面误差的3D表达方法;然后基于齿面误差的3D表达提出了特征数据集的定义方法和基于统计的评价指标计算方法,并选取指标建立了新的齿轮精度评价指标系统.最后用仿真试验和实测试验说明新评价体系的原理和识别误差规律的效果.     

基于不同啮合刚度计算模型的直齿圆柱齿轮传动系统动力学特性研究

针对直齿圆柱齿轮传动系统,建立了3种齿轮传动系统动力学仿真计算模型,即:基于"切片式"齿轮啮合刚度解析计算方法的齿轮传动系统动力学模型、基于SIMPACK 225号力元建立的齿轮传动系统动力学模型和基于有限元方法建立的齿轮传动系统动力学模型,对比分析了3种模型在高速和低速工况下计算获得的啮合力和动态传递误差.研究结果显示:高、低速工况下,3种模型的计算结果吻合良好.基于"切片式"齿轮啮合刚度解析计算方法的齿轮传动系统动力学模型计算获得的动态传递误差与基于有限元法的动力学模型计算结果更加接近.因此,综合考虑计算精度和计算效率,基于"切片式"齿轮时变啮合刚度解析计算方法可更好地应用于齿轮传动系统动态特性分析.     

摆线针轮行星传动共轭啮合理论

根据微分几何和齿轮啮合原理，由针齿及给定的运动，建立了少齿差行星传动的啮合方程及齿廓的通用方程；推导了摆线针轮行星传动的正确啮合条件、啮合线、重合度和啮合端点的计算公式；详细研究了针轮与行星轮为正、负一齿差、二齿差、三齿差等典型少齿差行星传动的共轭啮合理论．提出了形成内摆线和外摆线的通用方法——包络法．同时，给出了摆线针轮行星传动的正确啮合条件，并讨论了啮合线和重合度．研究结果对于摆线针轮行星传动的设计，加工具有重要意义，并对其他少齿差行星传动的啮合理论研究具有参考价值．     

非球头刀宽行五轴数控加工自由曲面的三阶切触法(Ⅰ):刀具包络曲面的局部重建原理

研究了两线接触曲面间的几何学特性,由刀具包络曲面分别沿刀触点轨迹线和特征线与设计曲面和刀具曲面线接触这一基本条件,提出了回转刀具扫掠包络面的局部重建原理.建立了由单个刀位重建刀具包络面局部三阶近似曲面的数学模型,刻画了刀具曲面、刀具包络面与设计曲面在刀触点领域内的三阶微分关系,为提出自由曲面三阶切触加工新方法奠定了几何学基础.     

内外激励作用下齿轮系统拍击振动特性研究

在考虑齿侧间隙、时变刚度和啮合误差的情况下，利用集中质量法建立了直齿齿轮副拍击振动数学模型。采用四阶变步长Runge．Kutta对模型进行数值求解，研究了内外激励对系统拍击状态、周期响应的影响，以及拍击状态、周期响应与拍击强度的关系。结果表明：内部激励会导致齿轮拍击状态改变和发生倍周期响应，外部激励较小时对齿轮拍击状态影响较小，但会导致系统发生拟周期和倍周期响应。拍击状态对拍击强度影响很大，倍周期响应会降低拍击强度，拟周期响应对拍击强度影响较小。     

基于H-J-C本构模型的掘进机截齿破岩过程的数值模拟

针对掘进机实际外负载难以获取及其载荷特性难以正确把握的现状,提出了利用接触动力学、岩石力学和有限元法等理论和方法构建在显示动力学分析程序LS-DYNA环境下基于H-J-C本构模型的截齿与岩石的接触动力学模型数值模拟平台;利用该平台对掘进机镐形截齿的横摆破岩过程进行了数值模拟,得到了截齿受到的三向阻力曲线;通过载荷特性分析,验证了所得载荷曲线的准确性,并获得了某工况下截齿载荷的主要频率结构;分析了截齿的碎岩机理,发现岩石的破碎是与截齿直接接触的岩石的拉压应力和其周边的剪切应力集中综合作用的结果.     

高速面铣刀气动噪声计算与分析

面铣削过程中的噪声大致上可以分为空转噪声和切削噪声, 空转噪声主要由铣刀气动噪声组成. 基于Ffowcs Williams-Hawkings 方程建立高速面铣刀气动噪声数学模型, 进行高速面铣刀空转噪声测试, 噪声预测值与实验结果吻合良好. 模拟刀具参数(齿数、齿距)及测试观察点位置变化的情况下面铣刀气动噪声的变化情况, 研究表明面铣刀气动噪声具有方向性,结合频谱分析, 发现不等距面铣刀旋转频率的峰值移到高频部分, 大大降低面铣刀旋转频率处噪声, 可为低噪声铣刀的设计提供理论依据.     

接触热阻预测的研究综述

本文对接触热阻的理论预测研究进行了较全面综述,针对其物理数学模型和模拟方法,及相关的表面几何形貌评价、微观力学变形分析和换热数学建模等方面.通过系统地分析和评述,提出了为实现接触热阻准确预测需解决的关键问题,并指出了进一步的研究方向,也利于人们对接触换热及其交叉学科问题的科学理解和工程应用.     

镁合金AZ31焊接温度场的红外测量和数值模拟

采用非致冷焦面红外热像仪研究、测量了镁合金AZ31钨极氩弧焊的焊接温度场, 并通过红外测温数据对焊接温度场数学模型的计算参量进行了校正. 在此前提下, 利用数值模拟方法弥补了弧光干扰区域的温度场缺失, 得到了整体焊接温度场. 温度场分析结果为焊后微观组织状态研究提供了分析基础.     

螺旋钻采煤机钻头载荷的模拟研究

为了研究螺旋钻采煤机钻头的力学特征和动力学行为,通过截齿受力分析,给出了单个截齿上各阻力的计算方法.在此基础上建立了钻头三向载荷的数学模型,利用编制的计算机程序,模拟得到了在不同煤岩、不同结构参数下钻头的载荷曲线.结果表明,钻头载荷存在明显的波动,且载荷大小随煤岩硬度的增加而增加,随钻头直径的加大而增大；在钻头直径一定情况下,钻头的锥角越大,钻头的载荷越大.研究结果对于合理选择螺旋钻采煤机、正确地确定钻头的结构参数、改善螺旋钻采煤机的性能、提高钻采效率有重要的意义和参考价值.     

高速铁路轨面粗糙度测量方法与分析

分别采用间接法和直接法对高速铁路无砟轨道钢轨表面粗糙度进行了测量和分析.轨面粗糙度的间接测量法采用现场实测的钢轨加速度、钢轨振动纵向衰减率,并结合轮轨动力学计算得到的粗糙度-钢轨垂向加速度传递函数,推导得出轨面粗糙度1/3倍频程谱.轨面粗糙度直接测量法采用钢轨表面粗糙度仪对高速铁路钢轨表面进行直接检测,并对实测数据进行趋势项去除、异常值去除与时间-频率变换后得到轨面粗糙度1/3倍频程谱.将两种方法所测粗糙度频谱与欧洲粗糙度限值谱进行对比,结果表明:两种粗糙度测量方法均可得到较为可靠的结果,所测高速铁路轨面粗糙度在0.05 m以上波长范围小于国外限值,而0.05 m以下波长范围大于国外限值,应予以控制.     

并联机床的非线性特性及其在插补精度分析中的应用

应用微分几何的观点研究了并联机床关节空间输入向量与工作空间输出向量之间的运动学非线性特性. 提出了应用并联机构正解解轨迹的曲率, 对解轨迹的弯曲和等间距输入映射到解轨迹上的不等间距输出的非线性程度进行度量的方法. 通过对并联机构非线性引起的插补误差的分析, 给出了这种非线性曲率度量方法在涉及并联机构非线性的分析中的应用实例. 以并联机床VAMT1Y为例进行了分析计算, 并与正解数值算法得出的结论进行了比较研究.     

球体内PCM接触熔解分析

建立了一个更能准确地描述相变材料在球内接触熔解时两相界面形状的数理模型，并求解得到了液膜厚度分布及相变熔解速率随时间的变化关系。与实验对比表明，提出的模型能较好地描述整个接触熔解过程。     

单目视频运动目标轨迹三维重建的平滑约束法

提出了利用单目视频重建运动目标三维轨迹的平滑约束方法.通过引入平滑约束,得到重建运动目标三维轨迹的无约束最优化模型,进而推导出其闭式最优解.提出的平滑约束是对运动目标三维轨迹的本质约束,更具一般性,可以反映目标运动的连续、渐变与平滑特性,与基于离散余弦变换基和多项式基等预先定义基约束相比具有更强的适应性,同时能够直接应用于部分观测数据缺失的情形.给出了单目视频轨迹重建问题的几何解释,并对轨迹重建问题中的唯一性进行分析.仿真和真实单目视频序列上的实验证明了提出方法的有效性和先进性.     

基于闭环控制的自主交会多目标最优轨迹设计

对闭环控制条件下的自主交会多目标最优轨迹设计方法进行了研究.基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的相对导航模型;根据线性协方差分析方法,对追踪器在仅测角条件下的相对导航及相对运动轨迹控制偏差进行了分析,并以此为基础,建立了评价自主交会轨迹鲁棒性的指标.采用NSGA-II多目标遗传算法,对考虑燃料消耗和轨迹鲁棒性的多目标最优自主交会轨迹设计问题进行了求解.最后,通过MonteCarlo打靶仿真验证了协方差分析结果的正确性,并对Pareto可行解集中的相对位置鲁棒性最优解进行了仿真验证.