钛合金TC4低塑性滚压表面完整性的实验研究

以钛合金TC4为研究对象,选择表面完整性评价标准数据组(包括表面形貌、表面粗糙度、表面层显微硬度和表面残余应力)作为评价指标,采用单因素试验设计法,利用光学轮廓仪、显微硬度计和盲孔法残余应力测量仪获得低塑性滚压加工表面形貌、微观硬度分布和残余应力状态,对比分析了工艺参数(滚压速度、进给速度、液压油预压力和滚压道次)对低塑性滚压加工表面完整性的影响程度.结果表明:液压油预压力对滚压加工表面形貌、表面粗糙度及加工表面显微硬度和残余应力的影响程度最大,滚压速度的升高会增大加工表面粗糙度值,增加滚压道次会使加工表层硬化程度和残余压应力幅值变大;在设计实验范围内,钛合金TC4低塑性滚压加工采用高的液压油预压力和多道次加工可获得更优的加工表面完整性.     

齿廓形状对谐波齿轮共轭啮合区润滑性的影响

采用公切线双圆弧齿廓作为谐波传动柔轮齿廓,通过包络理论推导出刚轮与柔轮的共轭齿廓方程和共轭区域,同时运用最小二乘法拟合刚轮齿廓的离散点,得到刚轮的拟合圆弧曲率半径.在此基础上,综合考虑卷吸速度、啮合点法向载荷、真实表面粗糙度和轮齿接触几何等因素,建立了双圆弧齿廓和渐开线齿廓谐波齿轮在共轭啮合区的混合润滑数学模型,分析了不同转速下谐波齿轮共轭啮合区处齿根啮合点和齿顶圆啮合点的润滑状态.研究结果表明:齿廓形状对润滑性能影响显著,采用双圆弧齿廓能显著增加平均油膜厚度和降低最大油膜压力,使润滑性能得到改善;随着波发生器转速逐渐降低,共轭齿根啮合点和共轭齿顶圆啮合点的平均油膜厚度和膜厚比随之减小,接触载荷比随之增大,润滑效果变差.     

柔轮凸齿廓半径对双圆弧谐波齿轮传动摩擦学性能的影响

基于改进的运动学法,利用啮合不变矩阵建立公切线双圆弧柔轮齿廓弧长参数方程和理论啮合方程,可求得理论共轭啮合区以及刚轮齿廓参数。综合考虑真实表面粗糙度、载荷、轮齿几何接触、卷吸速度等,建立双圆弧齿廓谐波减速器柔轮与刚轮在共轭啮合区域的混合润滑数学模型。分析啮合区域不同齿廓参数对于谐波传动装置润滑性能的影响。研究结果表明:在设计柔轮齿廓的时候,合理增加凸圆弧齿廓的半径有利于改善接触区域润滑状态。在工况不变的情况下特别是在中高速的工况下,加大柔轮凸圆弧齿廓半径可以增加接触区油膜厚度,增大膜厚比,且改善的效果随着转速的增加而增大,但当凸齿廓半径增大到很接近凹齿廓半径时,继续增加几乎不改善润滑条件。     

缓进给强力磨削深沟槽表面二维残余应力的试验研究

应用电阻应变计法研究了缓进给强力磨削产生的深沟槽侧面的表面残余应力,结果表明,磨削加工后的表面残余应力随加工条件变化而变化的,最大的残余压应力出现在最表面上,该最大表面应力随砂轮转速或工件进给速度增加而减小,随磨削深度或磨削宽度减小而增大,工艺参数增大时残余应力层的厚度增加,在缓进给磨削加工中采用低砂轮转速,低工件进给速度、小磨削深度或小磨削宽度是有利的。最后,必须用一个特殊的喷嘴采用增大压力的冷却液清洗砂轮端面。     

双圆弧谐波传动齿廓参数对柔轮应力影响

针对设计规范中未考虑齿廓参数对柔轮疲劳寿命影响的问题,采用包络法设计无公切线双圆弧共轭齿廓,进行多体接触有限元分析,并建立齿廓参数与柔轮应力的响应面模型,分析各齿廓参数对柔轮应力的影响规律.结果表明:由于刚轮与柔轮之间的啮合齿对会约束装入波发生器时产生的柔轮变形,所以柔轮应力对齿廓参数变化的敏感度较高;谐波传动为多齿啮合传动,单个接触齿对受载较小,载荷对柔轮应力影响较小;齿厚比和双圆弧倾角对柔轮应力的影响最大,齿顶高系数和齿根圆角半径的影响次之,齿根高系数的影响最小;柔轮应力随齿根半径和齿根高系数的增大先减小后增大,其余齿形参数与柔轮应力呈负相关.     

外螺纹的冷滚压成形工艺研究

为了进一步完善外螺纹的冷滚压成形工艺,基于外螺纹的三滚丝轮滚压原理,利用UG软件建立外螺纹工件的三滚丝轮滚压的简化分析模型,在有限元分析软件中对外螺纹的冷滚压成形过程进行模拟。仿真结果表明:在外螺纹工件的冷滚压过程中,工件和滚丝轮之间的作用力分布在工件表面接触区域,在接触点的等效应力最大。分析验证了外螺纹滚压过程中,滚丝轮所需的驱动扭矩大小与滚丝轮半径和切向载荷的乘积近似相等的理论计算结论。     

谐波齿轮传动双圆弧齿形双向共轭设计方法

针对目前广泛采用的双圆弧齿形单向共轭设计方法存在的刚轮凸圆弧段共轭齿廓不确定问题,提出了一种基于柔轮和刚轮齿形联合共轭计算的双圆弧齿形双向共轭设计方法。该方法通过预设柔轮凸圆弧参数来进行共轭计算和拟合得到刚轮的双圆弧齿廓;增加了刚轮凸圆弧齿廓反向共轭计算得到柔轮凹圆弧齿廓的计算过程;将柔轮的拟合凹圆弧和预设凸圆弧相结合得到柔轮整体齿形;保证了刚轮凸圆弧段与柔轮两段圆弧均能共轭啮合。双圆弧齿形的啮合侧隙分析与有限元接触分析结果表明:与单向共轭法的设计结果相比,双向共轭法所设计的双圆弧齿形在整个齿廓段都能参与啮合,存在多点啮合现象,具有更大的齿廓接触面积和更小的齿面接触应力,提升了谐波齿轮传动的啮合性能。     

三圆弧谐波齿轮传动齿廓设计及参数优化

以三圆弧谐波齿轮为研究对象,结合改进运动学法和数值离散思想方法,求解出谐波齿轮柔轮齿廓方程和谐波齿轮传动的啮合不变矩阵,进而求解柔轮共轭齿廓;在共轭齿廓基础上,采用圆弧拟合和几何计算相结合的方法,设计求解出刚轮齿廓,并分析柔轮齿廓参数对柔轮共轭齿廓的影响。为进一步提高谐波齿轮的传动精度、传动平稳性、啮合刚度和承载能力,以增大谐波齿轮传动双共轭区间为目标,建立优化函数,对柔轮齿廓参数进行单变量和多变量优化分析。研究结果表明:采用合理的齿廓参数,可增加刚轮齿廓所包含的柔轮的理论共轭啮合点,最大化谐波齿轮传动双共轭区间,提高谐波齿轮啮合传动特性。     

增材-微锻造加工工艺应力场数值模拟研究

激光熔丝增材制造过程中,材料快热快冷的特点使熔覆层产生不利于表面强度的残余应力,而增材-微锻加工工艺可提高增材制件的加工质量,改善增材制件微观组织及力学性能缺陷.以TC4为研究对象,通过超声微锻造工具头与熔池保持一定的相对距离做进给运动,对材料表面进行高频次冲击与滚压,使熔覆层表面得到改善和强化.对增材-微锻加工工艺进行顺序热结构耦合数值模拟研究,分析加工过程中熔覆层应力场变化情况.研究表明:对尚未冷却的增材熔覆层表面进行超声微锻造,熔覆层由于热源加载产生的残余拉应力转化为较为有益的残余压应力,降低了熔覆层表层缺陷发生的概率.不同的超声振幅、进给速度以及锻造温度参数对残余压应力及法向变形量有较大影响.     

飞机受损件打磨表面形状对激光喷丸残余应力的影响

为研究飞机受损件经打磨后表面形状对残余应力分布的影响,文中对飞机受损件腐蚀损伤区域打磨后的表面形状进行分类,并对表面形状进行函数表征,采用ABAQUS软件完成了不同表面形状及曲面曲率下激光喷丸的有限元模拟.模拟结果表明,激光喷丸后,材料表面最大残余压应力由大到小的表面形状依次为双凹面、凹圆弧面、凸凹面、平面、凸圆弧面、双凸面,表面形状对残余压应力层深度影响较小.随着曲面曲率的增加,双凹面、凹圆弧面、凸凹面表面最大残余压应力逐渐增大,而双凸面、凸圆弧面表面最大残余压应力逐渐减小,曲面曲率对残余压应力层深度影响较小.     

冷轧301L不锈钢板残余应力的数值模拟

冷轧301L不锈钢板中纵向残余应力的分布是影响板形质量的重要因素之一,而数值模拟是研究其分布特征的主要手段,文章以Lagrange弹塑性变形理论为基础,通过ABAQUS软件建立301L不锈钢板冷轧过程的有限元模型并赋于材料属性,根据实际轧制工艺参数定义接触、施加载荷与边界条件,在压下率为19%,前后张力分别为115、70 MPa,在不同的摩擦系数和冷轧速度下对钢板单道次轧制过程进行数值模拟.模拟结果表明:当速度一定,摩擦系数为0.08时,冷轧后301L不锈钢板沿板宽方向纵向残余应力分布均匀,板形及其表面质量优良;当摩擦系数一定,速度为1 m/s时,冷轧后301L不锈钢板沿板宽方向纵向残余应力分布均匀,板形及其表面质量优良.     

机器人关节短筒谐波减速器接触计算与分析

为了研究机器人关节常用短筒谐波减速器在不同负载下的接触应力和变形分布,采用AN-SYS有限元分析软件,建立了柔轮和波发生器面面接触的空载有限元模型,并根据实验得到的啮合力公式,对柔轮与刚轮的啮合边界条件进行了计算。在此基础上,利用前置条件共轭梯度法求解了柔轮在不同载荷下的应力与变形,分析了柔轮应力和变形与所受载荷之间的关系及其变化规律,发现负载的增大可使柔轮齿圈截面的变形和应力增量呈等比增大,且不会引起变形和应力增量分布位置的变化。通过柔轮空载的变形实验、柔轮破坏实例以及柔轮轴向应力分布实验的比较发现,所计算的结果与实验结果较为吻合,为谐波减速器短筒柔轮承载能力的计算、结构及制造工艺的优化提供了一种准确、有效的方法。     

谐波传动柔轮空间齿廓设计与制造工艺

为了消除柔轮装配后"杯口张角"对谐波传动的不利影响,在分析了传统的共轭齿廓设计方式的缺陷之后,对传统空间齿廓设计方式进行了优化改进,提出了柔轮齿圈壁厚内倾式调整的设计方式;针对柔轮齿圈壁厚内倾式调整的设计方式,提出了柔轮齿廓连续切割制造工艺方案并设计了专用工装夹具,并进行了实验试制.结果表明:相较常规柔轮齿廓设计模型,新型空间齿廓柔轮装配后不与刚轮发生干涉,装配应力降低50.2%,啮合面积占比增加7.6个百分点;最大齿形工艺偏差远小于设备加工精度.试制实验结果与理论分析相符,验证了该方法的可行性.     

工艺参数优化下连杆摆动副衬套结构强度研究

文中运用有限元法仿真了强力旋压下衬套中产生的残余应力,并基于温度等效模拟法获得了考虑残余应力下的连杆摆动副结构强度特性,进而开展了针对连杆摆动副衬套刚强度特性受减薄率、进给比和热处理温度等衬套工艺参数的规律分析和优化计算.结果表明,减薄率、主轴转速、进给比对残余应力值影响不大,残余应力值沿轴向呈对称分布,且两端较大;在连杆摆动副中,残余应力会使连杆摆动副工作中的应力与变形增大,残余应力较大处增幅明显,而对接触压力影响较小;由响应面优化该型衬套的应力和变形下的最优工艺参数为减薄率28.37%、进给比0.154和热处理温度261.73℃.      

Inconel 718微铣削加工表面残余应力有限元仿真

刃口圆弧半径和每齿进给量显著影响微铣削镍基高温合金残余应力,因此进行了基于ABAQUS的Inconel 718微铣削三维仿真研究.基于J-C本构方程模拟材料应力应变关系,得到相同单元在S11和S22两个方向的残余应力值,进而研究每齿进给量对表面残余应力的影响规律.进行Inconel 718微铣削实验,通过X射线衍射法测量不同每齿进给量切削过程中工件进给和垂直进给两个方向上的残余应力.进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为21.1%,平均误差为8.9%;垂直进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为31.0%,平均误差为12.3%,验证了Inconel 718微铣削加工三维有限元仿真模型的准确性.     

用有限单元法分析双圆弧齿轮的轮齿应力

本文论述了用有限单元法对双圆弧齿轮的轮齿应力分析,并对三种不同齿型进行初步比较,得出轮齿应力分布规律,有助于齿形设计和双圆弧齿轮弯曲强度的计算。     

双圆弧谐波齿廓设计方法

针对双圆弧齿廓参数表征量多、圆弧尺度与设计参数关联度低的不足，提出一种根据柔轮齿与刚轮齿的相对运动特征设计双圆弧谐波齿廓的方法．首先，根据工况参数与柔轮中线变形曲线函数特征，分别在固定刚轮与固定柔轮两种形式下分析柔轮齿廓公切点的运动轨迹，提取其最大切向位移量作为齿顶圆弧的参数特征，并建立齿顶齿廓连续共轭条件及设计公切点倾角；在此基础上，根据给定的齿厚比与分度圆，分析切向位移量系数与公切线倾角对共轭啮合区间的影响，并结合连续共轭条件遴选合理的齿廓重要参数．其次，结合算例分析了传动比分别为80和100时柔轮齿与刚轮齿的啮合状态及性能，结果显示共轭齿廓能够实现连续啮合且不存在干涉．最后，结合有限元仿真校验齿廓啮合特性，结果表明：共轭存在角度为68.31°、单侧共轭齿对数为37对、啮合侧隙最大值小于10μm，有限元仿真与数值算例分析结果基本吻合，验证了本文设计方法的有效性．     

焊接工艺参数对锚拉管焊接残余应力的影响

为了实现不同焊接工艺参数下残余应力的预测,进一步优化相应的焊接工艺,采用数值模拟与试验对比方法研究锚拉管焊接残余应力.利用有限元软件ANSYS模拟T形焊接试件残余应力并与实测应力值作对比,验证了数值方法的准确性.在此基础上,对不同的焊接电压、电流和速度等焊接工艺参数下的锚拉管残余应力进行数值模拟和对比分析.结果表明,锚拉管焊接残余应力与焊接电压、电流呈正相关关系,焊接电流对焊根处纵向残余应力峰值影响较大;与焊接速度呈负相关关系,速度越大,沿焊缝方向上的纵向残余应力明显减小,分布更加均匀,当达到5mm/s时,会出现锚拉管未完全焊,应力峰值位置发生偏移的情况;焊接速度可作为主要的控制参数.基于分析结果,提出锚拉管断面纵向残余应力分布简化模型,以便给锚拉管焊接残余应力研究提供参考.     

花键轴冷滚压成形的分齿条件

自由分度式花键冷滚压成形工艺,不具备分度装置,成形过程的分齿阶段对整个滚压过程的成败至关重要.为保证冷滚压加工的正确分齿,必须对影响冷滚压成形分齿阶段的花键参数和滚压模具几何参数给出限定条件.按照滚压成形前后工件(花键)体积不变的原则给出毛坯直径的计算公式;根据分齿阶段花键毛坯与滚压轮作等线速纯滚动的运动特征,推导保证正确分齿要求的滚压轮齿顶圆直径公式;根据滚压时的受力分析,给出旋转条件及滚压轮的齿数条件;分析主轴转速及径向速度对分齿时齿距累积误差的影响.对所得结论进行实验验证,按照理论计算的结构参数及工艺参数,可以滚压出4级精度的渐开线外花键轴.     

预应力淬硬磨削复合加工表面粗糙度试验

以预应力淬硬磨削条件下试件表面粗糙度变化规律为研究对象,通过对45钢试件进行预应力淬硬磨削试验并进行表面粗糙度测量,分析了预应力淬硬磨削工艺参数(预应力、磨削深度、进给速度等)对试件表面粗糙度的影响机制.结果表明,粗糙度在试件表面分布并不均匀,其数值基本上都是从切入区到切出区逐渐增大的;适当增加预拉应力数值可以降低工件表面粗糙度,有效抑制试件表面微观裂纹的扩展,降低磨削温度,改善试件表面质量;预应力淬硬磨削中磨削深度和进给速度对表面粗糙度的影响与普通磨削一致,即随着磨削深度和进给速度增加表面粗糙度数值逐渐增大.