高速高精度数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算

基于现代机床热特性设计要求,利用有限元法对某型高速高精度数控车床主轴系统进行了热特性理论建模与分析.结果表明,当主轴转速为8000r/min时,系统经3h达到热平衡,其最高温升位于前轴承内圈处.进一步计算主轴系统的热变形,并通过对主轴箱体散热筋板的合理布局和优化设计,有效降低了主轴头部的径向跳动和端跳误差,使其小于2μm,均能满足设计要求.特别是主轴头部的径向跳动误差经优化设计后进一步减小为1.55μm,优化效果非常明显.     

高速球轴承防滑最小轴向力研究

高速球轴承的滚动体受到较大的离心力和陀螺力矩作用,容易产生打滑和剧烈磨损.综合考虑径向载荷、轴向载荷、离心力和陀螺力矩的作用,建立了高速滚动轴承力学模型,并通过弹流润滑牵引力模型和防滑准则,得到了不同位置处滚珠的最大摩擦因数和防止滚珠打滑的最小轴向力.结果显示滚珠与滚道间的最大摩擦因数在一定范围内变化,且最小轴向力随着转速和径向载荷的增加而增加.     

静电陀螺仪长球形空心铍转子的优化设计

从圆球形空心铍转子分别受径向拉力和离心力的径向变形分析入手,利用径向拉力构造了两极直径大、赤道直径小的长球形空心铍转子,并应用误差独立作用与合成原理构建了受径向拉力和离心力的径向综合变形解析计算公式.根据综合变形解析计算公式,建立了长球形空心铍转子以径向综合变形最小化为目标和以赤道壁厚、极点壁厚、环境压力、工作转速为设计变量的优化数学模型.最后,给出了长球形空心铍转子优化设计示例.     

锥孔双列短圆柱滚子轴承的动态特性分析

建立了锥孔双列短圆柱滚子轴承动态特性分析理论,用Matlab工具开发了具有自主知识产权的分析软件.以3182120型锥孔双列短圆柱滚子轴承为对象,在0～15 000 r/min的范围内分析了径向刚度与转速、径向预紧及外加径向载荷等因素之间的非线性关系.研究表明:由于离心力的存在,锥孔双列短圆柱滚子轴承的径向刚度随着转速的提高呈非线性软化现象;随着径向预紧量的增加,轴承的径向刚度有所增大;在确定的预紧量下,轴承达到某一转速时,滚子将脱离内圈而导致轴承无法正常工作;径向载荷的变化对轴承径向刚度的影响可以忽略.锥孔双列短圆柱滚子轴承动特性参数分析理论、方法与软件为高速机床主轴部件的动态设计提供了有力的工具.     

计及转子护套与永磁体机械强度的高速永磁同步电机多物理场研究

针对高速永磁同步电机的永磁体与护套在高速工况下受到较大的离心力,可能会发生永磁体断裂,护套形变过大等导致电机故障的问题.以200kW、15 000r/min高速永磁同步电动机为例,针对表贴式,轴径向分块式永磁体与奥氏体不锈钢护套配合设计的结构,建立了高速永磁同步电机的机械应力场的数学模型,研究了额定转速15 000r/min时高速永磁同步电动机的护套和永磁体应力的分布规律,并确定了护套和永磁体应力的安全阀值.在此基础上,建立了瞬态电磁场对电机的损耗进行了理论计算,将理论值代入到三维稳态温度场中,确定了不同护套厚度对电机内的定转子温度分布的影响,并进行了实验验证,结果表明:高速永磁同步电机设计中,奥氏体不锈钢护套厚度的选择需要综合考虑其电磁损耗、温升变化与应力安全的影响.     

静电陀螺仪长球形空心铍转子的优化设计

从圆球形空心铍转子分别受径向拉力和离心力的径向变形分析入手,利用径向拉力构造了两极直径大、赤道直径小的长球形空心铍转子,并应用误差独立作用与合成原理构建了受径向拉力和离心力的径向综合变形解析计算公式。根据综合变形解析计算公式,建立了长球形空心铍转子以径向综合变形最小化为目标和以赤道壁厚、极点壁厚、环境压力、工作转速为设计变量的优化数学模型。最后,给出了长球形空心铍转子优化设计示例。     

基于气固耦合的排料装置内物料运动特性数值模拟

为探究9FH-40型揉丝机在不同工作转速下排料装置内气流与物料作用规律,采用气固耦合法(CFD-DEM)在额定转速内对不同转速的气流与物料作用过程进行了数值模拟研究.结果表明,风扇转动区域湍流强度最高,物料进入该区域后被加速,速度可达10m/s.随着风扇转速的提高,风扇转动区域气流速度及物料所受耦合力不断增加,同时波动性加强.风扇径向边缘气流速度可达40m/s.物料入口区域耦合力受风扇转速影响较小,基本维持在2.5×10~(-4)N.物料出口区域耦合力大小的波动性则受风扇转速影响较大,不同转速下该区域耦合力大小分布在同一范围.针对分析结果,对排料装置结构改进提出了意见.     

基于螺旋铣孔柔性切削力建模的孔径误差补偿

螺旋铣孔技术有较高的加工质量及加工效率,得到国内外广泛关注.但在小孔加工过程中,在螺旋铣刀小直径、大长径比和径向切削力的共同作用下,刀具易发生挠曲变形,导致较大的孔径误差.针对此问题,通过研究刀具受力挠曲变形规律,结合切削力与刀具挠曲变形量间的耦合关系,建立了螺旋铣孔切削力的柔性预测模型;并基于镜像对称原理和迭代算法对孔径进行误差补偿.试验结果表明,补偿之后孔径误差由约35,μm降低到5,μm左右,极大改善了小直径孔的加工质量.     

卧螺离心机转鼓主要参数对其模态的影响研究

在诸多参数中,对转鼓3个主要参数:转速、转鼓壁厚和液池深度进行分析研究.结果表明,各种载荷下转鼓的最大径向位移均与转速的二次方成比例,且随着转速的增加,会导致转鼓径向变形增大;正常工况(Fw-Pc)下的应力SINT最大值随着转鼓壁厚的减小而增大,但增大的幅度较小;转鼓的总径向位移最大值和物料离心压力引起的径向位移的最大值均随着液池深度的增加而增大,但增长速度缓慢;转鼓自身质量离心力产生的径向位移与转鼓的液池深度无关.这些数据将为已有的卧螺离心机的改造优化和工程实际应用提供设计依据.图6,表6,参12.     

新型离心-脉冲电场联合破乳设备数值模拟及实验研究

设计了一种新型离心-脉冲电场联合破乳装置实验系统,该系统将离心力、电场力以及重力有机的结合在一起,集合了现有破乳分离装置的优点。通过Ansys-fluent软件模拟离心场作用下速度场和油水相分布情况,以5#白油与超纯水配制的水体积分数为10%的W/O型油水乳化液为研究对象,进行高频/高压与离心场耦合作用和联合作用的实验研究。确定了最佳电场破乳参数为电场频率2000 Hz。并分析比较了离心转速在耦合和联合作用下的不同效果,结果表明耦合作用下破乳效果与转速大小成反比,相反联合作用下破乳效果与转速成正比。     

圆形离心浮选机的研制

圆形离心浮选机是集离心力场和重力场作用于一体的有效用于细煤泥浮选的新型煤泥浮选设备。它使切向给入的矿浆在浮选机内形成旋流，旋转的矿浆产生的离心力场强化了重力场中煤泥的浮选，加快了煤泥的浮选速度，提高了分选精度。该机具有分选效果好、浮选速度快、气泡直径小、结构简单、容易操作等优点。     

径向不对中对高速滚动联轴器特性影响的研究

滚动联轴器是在国家科技攻关项目研究中发明的一项发明专利产品。为了揭示滚动联轴器在高速传动中的不对中特性规律,基于滚动联轴器啮合数学模型,采用耦合矩阵法,建立了联轴器—转子径向不对中耦合振动方程,结合实际试验模型,对比计算分析了联轴器分别在完全对中与径向不对中量分别为0.8、1.6、2.4、3.2、4.0 mm情况下的动态响应。计算结果显示,滚动联轴器在高速传动中随着径向不对中量的增大,左、右半联轴器周期性振荡随之加剧;且左半联轴器振荡幅度有加大的趋势,这将导致联轴器左端转子系统因剧烈振荡而失稳,而右半联轴器振荡幅度增加较平稳,受左半联轴器影响不大,有利于平稳传动,说明滚动联轴器能较好地隔离不利振动在轴系间的传递,保护从动系统不受破坏。     

无含水层盾构始发区加固土体稳定性的有限元模拟——以苏州地铁某工程为例

盾构始发端头土体加固时,如何保证加固土体的稳定性是需要解决的关键问题.结合苏州地铁某车站西端头盾构始发工程(无含水层),运用通用有限元分析软件在封门拆除这种最不利的工况下对该工程始发掘进进行了模拟分析.由数值模拟知,当纵向加固长度为3 m时,沿盾构隧道掘进方向土体向工作井内移动,最大位移发生在暴露掌子面的中心处,达12.92 mm,封门上方地表土体变形最大,沉降约为3.0 mm,强加固区范围内土体受力均在设计强度范围之内,计算出安全系数分别为2.05、1.47和1.30;在无含水层的盾构始发端头,纵向加固长度为3 m时就可以在强度上满足要求,且安全系数有富余.     

深沟球轴承加速-恒速过程动态特性有限元分析

建立了深沟球轴承三维动力接触有限元模型,综合考虑轴承工作过程中各部件的变形以及实际受载形式,采用LSDYNA显式动力学求解器,计算了轴承在3种径向载荷作用下,加速-恒速工作过程的动力学响应.计算结果表明:轴承在加速阶段产生强烈的振动,并延续至恒速运行的初期,3种径向载荷作用下滚动体内等效应力均远高于轴承钢的屈服强度;随着恒速运行时间的增加,振动明显减弱,轴承进入稳定的工作状态,径向载荷越大,轴颈中心径向位移的振动范围越小,轴颈中心离开轴承轴线的平均距离越远;压应力与摩擦力的同时作用使得滚动体内平行于滚动方向的剪切应力呈非对称分布.     

改型环形灌注泵的径向力研究

为解决灌注泵的泄漏问题 ,对灌注泵的 3个特征及轴封泄漏量的解析式进行了分析 .认为轴封间隙过大是导致灌注泵泄漏的主要原因 ,而轴封间隙是由作用在叶轮上的径向力引起的 .普通离心泵径向力及轴封间隙过大因而不适合用作灌注泵 .设计出一种改型环形离心泵 ,其压水室由一段环形流道和一段螺旋形流道组成 .对环形压水室、螺旋形压水室及环形 -螺旋形压水室泵径向力的定性分析表明 :这种改型环形灌注泵的径向力小 ,且最小径向力点向小流量方向偏移 ,正好满足灌注泵小流量下小径向力的要求 .对这种改型环形泵的径向力进行了测试 ,并将结果与相同比转速下涡形泵和环形泵径向力的计算值进行了比较 ,也证实了上述结论     

核磁共振可动流体实验最佳离心力确定新方法研究

在核磁共振实验中,一般通过高速离心的方法来区分可动流体和束缚流体,为了准确的测试可动流体饱和度,需要确定一个最佳离心力。传统的最佳离心力标定方法需要多次离心,并且离心力只能间断增加,改进的方法通过matlab数据拟合可以减少离心次数,并将该离心力-含水饱和度拟合曲线中,满足斜率为-69/500的点的纵坐标作为最佳离心力;更进一步地通过岩心理想毛细管模型,推出离心力与孔渗数据之间的理论关系,结合该理论关系与已经建立的最佳离心力标定方法,得到最佳离心力与孔渗数据之间的拟合曲线。该曲线给出了核磁可动流体饱和度实验中最佳离心力与岩心孔隙度和渗透率之间的函数关系,使最佳离心力可以通过岩心孔渗数据确定。     

铝药型罩环形聚能射流的数值模拟

基于一种药型罩材料为铝的环形聚能装药结构,通过Autodyn软件模拟不同起爆方式（起爆环直径D₁）和不同长径比（L/D）的装药,计算得到环形射流的成型过程和速度分布曲线.分析数值模拟结果发现:环形射流成型过程主要受长径比影响,长径比较小时射流发生内偏,长径比较大时射流发生外偏;射流轴向速度主要受长径比影响,长径比越大轴向速度越大,头部轴向速度最大相差约700 m/s;射流径向速度主要受起爆方式影响,平均径向速度最大相差为220 m/s,起爆环直径和长径比在较小或较大时,射流径向速度梯度较大;结合射流成型和速度结果,D₁=0.5D、L/D=1.0时射流综合性能较好.侵彻混凝土板试验的通孔直径为装药直径的2.6倍,数值模拟结果与试验结果误差为7.7%,验证了计算模型及算法的合理性.      

风机用隔爆型三相异步电动机转轴设计和机械计算

本文研究了风机用隔爆型三相异步电动机的工作情况和结构特点,介绍了转轴的设计和机械计算方法,具体包括轴伸直径的计算、单边磁拉力、转轴的挠度、临界转速、轴的强度等计算方法。为风机用隔爆型三相异步电动机转轴设计提供参考依据。     

柔性机械臂动力学分布参数模型的建立

以单柔性机械臂为例, 转动动力学的规范理论为基础 , 给出建立分布参数动力学模型的一般方法； 并讨论了其离散化问题； 通过振动频率的研究探讨了纵向位移和离心力对机械臂的影响； 建立了一种合理的精确动力学模型.