航天机构传动效率高低温测试平台的研制

研制了一款在常压、高低温环境下对航天机构的传动效率进行测试的平台,并开发了与之配套的测试软件.该平台输入端扭矩范围为0～51.2 N·m,额定转速为37.5 r/min,输出端扭矩范围为0～1.92 N·m,额定转速为750 r/min,用于测量-100～100℃环境下航天机构的传动效率.其测控软件系统具备测试任务智能规划功能、仪器快速搭建向导功能、参数自动辅助调整功能、数据分析计算功能、软件可扩展功能、专家数据库功能.通过实验成功验证了该平台在高低温环境下所测试的传动效率精度小于等于0.5％.     

纵弯复合多自由度超声电机的研究

提出了一种新型单振子多自由度超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度驱动轨迹,驱动转子多自由度运动,其输出端驱动质点运动轨迹的大小和方向可以通过两正交换能器的复合激励进行矢量控制,可以产生3种改变运动方向的正交椭圆轨迹.对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并,建立了驱动足的运动轨迹方程,并分析了典型驱动方式下驱动足的运动轨迹.研制了一种基于单振子纵弯换能器驱动的多自由度球形超声电机,该电机具有结构紧凑、绝对输出力矩大、驱动简单等优点,从根本上解决了多振子驱动形式带来的各驱动振子之间的相互干扰和阻碍问题.实验测试样机绕X、Y轴旋转时,输出转距为0.97 N·m,最高转速为11 r/min,绕Z轴旋转时,输出转距为0.27 N·m,最高转速为66 r/min.     

回热式有机朗肯循环系统热力性能

膨胀机和工质泵作为有机朗肯循环系统的重要动力部件,在不同的热源温度下,合适的膨胀机及工质泵转速能够有效提高ORC系统的热效率。本文基于回热式ORC系统的热力学分析,选用R245fa为工质研究了膨胀机转速、工质泵转速以及热源温度对系统性能的影响。结果表明：膨胀机转速的增加使得工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功和系统净输出功有所上升,而蒸发压力和热效率下降;工质泵转速的增加会使得工质质量流量、蒸发压力、蒸发器换热量及系统净输出功升高,系统热效率先增加后降低;热源温度的升高会导致蒸发压力下降,工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功、净输出功及热效率均随之增加。     

基于最优扭矩控制策略的混合动力燃气热泵经济性分析

针对燃气热泵运行时发动机工况偏离标定区从而导致系统运行效率降低的问题,提出利用磷酸铁锂电池作为辅助动力源的混合动力燃气热泵系统。采用理论与实验相结合的方法建立了系统的数学模型,并以发动机最优扭矩为优化目标,分析3种工作模式下的扭矩分配和热效率变化,在此基础上,将电池荷电状态等效转换,以总燃气消耗量评价混合动力系统的经济性。研究结果表明:在不同运行模式下,发动机扭矩维持在28.3～31.3 N·m,热效率保持在25.0%以上;随着发动机转速从750 r/min增加到2 400 r/min,系统的燃气消耗量为2.93 kg,相比于普通的燃气热泵系统,燃气消耗量减少约31.9%。     

低温双循环螺杆机组发电量与转动扭矩的关系

为了探究低温发电系统的最佳转速,以及初始耗功量对整个系统输出功的影响问题,提出了基于测量扭矩的方法来达到解决上述问题的目的.通过对系统在不同温度工况下的实验研究,揭示了初始扭矩与转速之间的内在关系,进一步得到初始耗功量占系统总输出功的比重.结果表明:不同工况下,确实存在最佳转速,该转速下螺杆机对外输出功最大;初始耗功量在低温区对系统输出功影响很大,随着热源温度的增加初始耗功量占最大输出功的比值趋于33%.     

伸缩鸭舵式修正迫弹螺杆传动机构工况研究

为研究伸缩鸭舵式修正迫弹执行机构工况,建立了执行机构在伸展过程中的时间模型和动力学模型,探讨了机构的连杆长度和起始位置角对伸展响应时间和电机输出扭矩的影响.计算结果表明:电机转速为3 000r/min时,螺杆传动机构的伸展响应时间小于25 ms且满足工程要求;鸭舵受到最大空气动力为30 N时,执行机构能够控制鸭舵自由伸缩,所需电机扭矩小于0.5 N·m;连杆长度和起始角度越大,电机输出扭矩越小且变化趋于平稳.      

某金属带式无级变速器振动仿真分析与多工况下试验验证

为分析某金属带式无级变速器(CVT)振动产生机理,采用集中参数法建立双级行星齿轮非线性扭转动力学模型,应用四阶龙格库塔方法进行动态响应求解,利用ADAMS软件进行动力学仿真,对动态响应进行验证,进行CVT振动台架试验测试。研究结果表明：四阶龙格库塔方法与ADAMS动态仿真得到的动态响应结果基本一致;台架试验结果表明前进挡转速为2500r/min时,低速挡输入轴轴向位置的振动加速度最大为0.623m/s²,转速为1 000 r/min时,低速挡输入轴轴向位置的加速度最大为0.309 m/s²;倒挡工况下,转速为2 500 r/min时,倒挡输入轴轴向位置的振动加速度最大为0.703 m/s²,转速1 000 r/min时,倒挡输入轴轴向位置的加速度最大为0.504 m/s²;倒挡工况下的振动加速度幅值比前进挡高12.85%;倒挡阶次谱中54.4阶和108.8阶振动信号最为明显,挡位切换过程中双级行星齿轮啮合次数增多,啮合间隙是CVT在倒挡动力传递中振动增大的主要原因。     

新型线控电磁离合器的磁场建模与动态响应分析

为了提高电磁离合器的最高转速,增加最大传递扭矩,提出了一种新型线控离心球臂接合装置式电磁离合器,利用线控离心球臂接合装置高速旋转产生的离心力来实现离合器的平稳接合,通过电磁线圈的通断电实现离合器分离过程和接合过程的控制。基于电磁有限元法,利用Matlab中的PDE工具箱对离合器衔铁行程处磁场进行了模拟分析;结合电磁离合器工作原理,建立电磁离合器动态响应时间数学模型,并进行精确的计算分析。实验结果表明,新型线控电磁离合器的最大传递扭矩为200 N·m,平均功率为18 W,最高转速可达3 500 r/min,动态响应时间为0.32 s,与现有电磁离合器相比,其各方面性能均有显著提高,且作为动力换挡离合器使用时,其动态响应特性满足自动变速器换挡时间的要求。     

有机朗肯循环混合工质的热力学分析

有机朗肯循环是利用低品位余热的关键技术之一,在一定程度上可有效缓解能源危机。相比于传统的纯工质,混合工质因其在换热器中具有温度滑移特性,可以更好地与热源进行耦合。因此选用混合工质可以使机组的效率得到更进一步的提升。通过采用二次迭代的方法,热源温度为120℃时,理论分析了以R245fa为参考的6种混合工质对,其混合比例对系统输出功与效率的影响。结果表明:工质吸热量一定的情况下,系统采取混合工质可以获得比纯工质更高的输出功、热效率。当吸热量为197.29 k W时,以纯R245fa为工质的系统最大输出功与热效率分别为11.98 k W与6.07%。存在最佳混合工质对R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3),相比于纯工质R245fa,输出功与热效率分别提高了22.87%和22.89%。同时发现,无量纲积分温差ΔT~*与系统净输出功、热效率之间存在反比关系。当工质为R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3)时,在最大净输出功工况下,6种混合工质对下的最小值ΔT~*为0.233。     

零件设计过程多学科协同优化

基于传统零件设计与优化遵循顺序过程无法达到面向载荷—结构—工艺的全局最优,对轴类零件的过程设计多学科优化进行研究;以质量为系统级目标函数,以集中载荷截面的弯矩和扭矩、安全系数变化、切削加工去除材料总量为学科目标函数,建立过程协同优化模型,以遗传-粒子群算法进行求解,并以某电动助力转向器(EPS)输出轴为研究对象进行优化计算.研究结果表明:输出轴质量减小5.5％,在300N·m扭矩或80N·m助力转矩2种状态下优化后最大变形分别减小4.2％和9.6％,最大应力分别减小4.4％和10.1％.