楔式动力卡盘静态夹持精度建模与综合

为了提高液压动力卡盘的设计及制造精度,基于小位移旋量的方法,考虑4个精度指标及9项一致性的因素后,采用多体理论建立了楔式动力卡盘的静态夹持精度模型.基于该模型,采用蒙特卡罗方法对批量生产条件下的卡盘的静态夹持精度、单个卡盘的重复静态夹持精度,以及高爪配车后的定心精度进行了分析,定量地阐述了各因素对卡盘静态夹持精度的影响程度,进而针对线性化处理后的精度模型,以成本最小化为目标函数,提出了使用遗传算法进行精度综合的方法.研究表明,对于型号为KT55200的卡盘,当楔心套和盘体的配合间隙控制在10μm以内时,高爪配车才能有效提高卡盘的重复定心精度,通过一致性控制向量寻优进行精度综合,可降低19％的生产成本.     

高速旋转卡盘及工件刚度对动态夹紧力的影响

为解决高速车削对工件夹紧系统要求越来越高的问题,采用理论分析、有限元计算和实验研究相结合的方法定量分析了高速旋转卡盘和工件刚度对动态夹紧力的影响规律。研究表明:并非100%的卡爪离心力转化为卡盘的动态夹紧力损失,工件刚度越低,动态夹紧力损失越小。卡盘通过其径向刚度和弯曲刚度综合影响动态夹紧力变化,高的卡盘单元径向刚度对降低动态夹紧力损失有利;在工件刚度较大时,采用较低的卡盘弯曲刚度有助于降低动态夹紧力损失。该文的计算模型具有较高的精度,对提高高速车削过程的安全性并充分发挥卡盘的高速潜能以及高速卡盘的优化设计与应用具有重要意义。     

高速旋转卡盘及工件刚度对动态夹紧力的影响

为解决高速车削对工件夹紧系统要求越来越高的问题,采用理论分析、有限元计算和实验研究相结合的方法定量分析了高速旋转卡盘和工件刚度对动态夹紧力的影响规律。研究表明:并非100%的卡爪离心力转化为卡盘的动态夹紧力损失,工件刚度越低,动态夹紧力损失越小。卡盘通过其径向刚度和弯曲刚度综合影响动态夹紧力变化,高的卡盘单元径向刚度对降低动态夹紧力损失有利;在较大工件刚度时,采用较低的卡盘弯曲刚度有助于降低动态夹紧力损失。该文的计算模型具有较高的精度,对提高高速车削过程安全性并充分发挥卡盘的高速潜能以及高速卡盘的优化设计与应用具有重要意义。     

动力卡盘高爪最优配车锥角及配车方法

在阐明卡爪夹持弧的锥角对卡爪/工件接触状态的影响规律及其对卡盘径向夹持刚度影响规律的基础上,研究卡盘的使用参数和结构参数等对夹紧状态下卡爪倾转角度的影响规律,并建立卡爪夹持弧配车锥角的数学模型。针对卡盘的硬爪和软爪2种不同的卡爪形式,研究夹持弧锥角的加工和使用方法。研究结果表明:1个合适的配车锥角可使夹紧力在工件上均匀分布,能够减轻径向夹持刚度的周期性变化;对于锥角已定(0.05°)的硬爪夹持弧,在使用时拉杆的输入推拉力必须限制在一定范围内(16~30 k N),才能保证卡爪在整个名义夹持长度上与工件完全接触;采用定量配车或使用新型配车夹具的方法,可使软爪配车出合适锥角,使夹紧力在工件上均匀分布。     

高速旋转动力卡盘动态夹紧力的有限元计算方法

针对液压动力卡盘的设计和使用过程中,动态夹紧力理论计算模型过于复杂而导致适用性差的问题,提出了楔式动力卡盘动态夹紧力的有限元计算方法.该方法通过对拉杆施加螺栓预紧力,并分步加载,来模拟液压锁的作用,考虑了卡盘和工件刚度等因素的影响,动态夹紧力的测量实验验证了该方法的有效性.基于该有限元计算方法,研究卡盘的使用参数、主要相对运动接触面间的摩擦系数、卡爪材料等对动态夹紧力的影响规律,为动力卡盘的优化设计提供技术支持.     

基于模糊PID的CVT夹紧力控制

针对金属带式无级变速器(CVT)夹紧力不合理造成传动效率低的问题,提出基于模糊PID的CVT夹紧力控制方法.为保证主、从动带轮夹紧力满足转矩传递要求同时实现夹紧力控制、速比控制解耦,研究了夹紧力的唯一控制原理.提出目标夹紧力的模糊计算方法,使目标夹紧力控制在最佳范围内.设计模糊PID控制方法,首先应用模糊控制使夹紧力快速稳定在目标夹紧力小范围内,然后通过PID寻优达到目标夹紧力.试验结果表明通过对目标夹紧力的模糊计算可以在保证不打滑的情况下,有效降低目标夹紧力;通过从动轮夹紧力的模糊PID控制方法,可以使从动轮夹紧力快速、准确达到目标夹紧力,并消除比例溢流阀饱和特性对控制性能的影响.     

机械手夹持接触力及力封闭分析

为合理确定机械手稳定夹持时的夹紧力,采用弹性线接触理论计算在工件上施加预紧力后机械手V型体与工件之间的接触压力,并分析手指处于不同工况位置时接触压力的变化,在此基础上计算不同工况位置时指端两v型体的夹紧力.以力螺旋理论为基础,建立手指与工件的接触模型,应用力封闭原理分析稳定夹持时接触压力与工件外力之间的关系,提出手指夹持工件时的稳定性判定方法,并针对实例计算接触力及夹紧力.研究结果表明:该方法可以用于准确计算V型体的夹紧力,并进行力封闭性判别,能够为机械手结构设计及其控制系统设计提供可靠的参数值.     

双质体振动系统的动力学参数设计方法

通过对双质体振动系统的理论分析,得到了振动系统对基础的力传递系数和工作质体的特征幅值与系统动力学参数之间的关系.提出了参振物料系数、临界频率比、临界频率比差和特征幅值增幅度的定义.通过数值分析,确定了满足力传递系数小于10%的参数设计空间.结果表明,隔振频率比越大,力传递系数越小,工作质体的特征幅值越大;当工作质体质量比大于0.57时,特征幅值不会随参振物料增加而增大;工作质体质量比越小,实现低传递系数、高特征幅值及增幅度的参数设计空间越大.最后提出了保证隔振效果、特征幅值及增幅度的动力学参数确定方法.     

基于Deform-3D仿真对钳口夹紧力的研究

经过对重载锻造操作机夹持力计算方法的分析,国内以往的夹持力计算通常是基于摩擦抓取理论来完成的。而在实际夹持工况中,操作机钳口在夹紧过程中使高温锻件产生塑性变形,即在锻件上形成钳口凸齿挤压的齿槽,相对于仅靠摩擦计算,通过凸齿与齿槽之间的作用来计算夹持力更加合理,且对实际工况更具有参考价值。主要通过Deform-3D软件来模拟分析钳口在挤压过程中的夹紧力,并分析出除钳口结构特征之外其他影响夹紧力的因素。利用模拟仿真,数据分析,可以较为方便地找出不同吨位操作机钳口夹出合适齿槽深度时所需夹紧力,为操作机机构设计提供理论依据。     

双质体振动筛自同步理论研究

应用改进小参数平均法,得到双质体自同步振动筛两偏心转子的无量纲耦合方程,并得出振动筛系统实现同步的条件和达到同步稳定性运行的条件。通过数值分析,讨论了系统动力学参数对振动筛系统耦合动力学特性的影响。研究结果表明:随着偏心转子质量的增大,同步能力系数先减小后再增大;随着偏心转子质心到系统质心距离的增大,同步能力系数和力传递系数都随之增大;振动频率比、隔振频率比越大,同步能力系数和力传递系数都越小。通过计算机数值仿真和双刚体两机驱动振动同步试验台实验研究,验证了振动筛系统耦合动力学分析结果的正确性。     

含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统静态均载特性

基于集中参数法,建立含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮传动系统静态均载计算模型,并针对其进行静态均载特性行为的理论研究。考虑时变啮合刚度、各构件偏心误差激励、中心构件浮动等影响因素,并利用傅立叶级数法求解系统载荷平衡方程,定性地分析各构件偏心误差、中心构件浮动方式及浮动量、柔性内齿圈扭转刚度等参数对系统静态均载特性行为的影响。研究结果表明:系统均载系数随着偏心误差的增大而增大,构件偏心误差共同作用对均载系数的影响比构件偏心误差单独作用时的影响大;柔性内齿圈扭转刚度的改变对太阳轮、内齿圈的浮动量及系统的均载系数均有影响;含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统较一般人字齿行星齿轮系统有更好的均载效果。     

液压三爪卡盘机构设计

本文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、铣床上三爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧,这不但增加了工人的劳动强度,而且所需夹紧力非常大,还常常有夹不紧的情况,阻碍了生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增力机构,可实现与原有卡盘体的较好结合,并使外加压力能转换成圆周运动,且其结构简单,工作可靠,能达到较高的增力比,具有良好的经济性和可行性。     

连续管安全夹持摩擦系数允许区间研究

针对连续管作业机在现场作业过程中频繁发生连续管溜管、咬伤等问题,提出摩擦系数区间对连续管安全夹持的影响研究。利用实验研究和数值计算相结合的方法,在不同轴向力和夹紧力工况下,研究摩擦系数对连续管等效应力、等效塑性变形及连续管位移量的影响。以连续管屈服强度和2‰塑性变形为评判依据,得出连续管安全夹持摩擦系数允许区间为0.4~0.6。该研究为连续管安全作业具有一定的指导意义,并为夹持系统设计提供科学依据。     

三爪自定心卡盘夹紧力及极限转速的测定

阐述了应用遥测法测定三爪卡盘夹紧力及极限转速的原理和方法,并就测力传感器刚度对夹紧力损失的影响进行了分析。介绍了如何利用现有机床进行高转速试验。     

柔性铰链微夹持机构的研究

在研究柔性铰链的基础上，介绍了平面柔性铰链微夹持机构的设计与制作，并对此进行了张合实验．利用解析法和实验，分别得出了平面柔性铰链夹持机构的放大倍数和总张合量．通过调整杠杆机构各个臂长之间的关系，就可以改变微夹持机构的放大倍数和输出的大小，夹持部分的张和量是输入位移的96倍。研究结果表明，平面柔性铰链微夹持机构的输入和输出位移具有良好的线性度，放大倍数可以根据需要进行调整．采用压电陶瓷作为动力组件，通过对压电陶瓷施加电压的调节来精确控制其张合量的大小，可用于对微型零件的操作，因此具有精度高、易控制、性能稳定的优点，可集成于微型装配系统中，并具有广阔的应用前景．     

聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工运动轨迹的计算机仿真

分析了聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工机床的运动关系,建立了工具和拉丝模之间的运动轨迹方程;采用计算机仿真技术对工具和拉丝模之间的运动轨迹进行研究,在仿真基础上对加工参数进行优化.结果表明,加工运动轨迹方程是以卡盘电机转速(N),偏心轮电机转速(F)和杠杆旋转中心位置(a)为参数的函数.当N与F之间存在关系N=zF/n(z,n为正整数)时,加工轨迹会出现严重的不均匀现象.当n值一定时,z越小,加工轨迹不均匀现象越明显.计算机仿真技术可以对聚晶金刚石拉丝模卧式超声加工的运动轨迹进行优化,并为机械结构的进一步优化提供有效指导.     

基于遗传算法的CVT夹紧力模糊-PID控制优化

针对国产金属带式无级变速器(CVT)夹紧力控制中存在金属带及带轮磨损严重、效率低下等问题,建立了夹紧力模糊-PID控制器模型.考虑到模糊控制存在主观性强、粗糙、不完善等问题,进一步引入遗传算法对模糊-PID控制器的隶属函数和模糊规则同时进行离线优化,最后将优化后的模糊-PID控制器进行实车道路试验,并与优化前的试验结果进行对比.结果表明:优化后的模糊-PID控制器可以使实际夹紧力对目标夹紧力具有更好的跟踪效果及稳态精度,较好地实现了CVT夹紧力的控制目标;另外,基于控制精度的改善,将夹紧力储备系数由1.3降至1.24,有效提高了CVT的经济性.     

无级变速器电液系统软件技术开发

针对CVT控制软件开发中,进一步降低夹紧力及传统速比控制方案的缺点进行了研究。文中对金属带夹紧力安全系数控制法的弊端采用试验的方法测量了滑移率对传动效率的影响,在试验过程中观察得到速比对夹紧力谐波输入跟踪的相位变化,分析速比对夹紧力跟踪不同区段的相位差产生的原因后,将两不同区段的交点作为夹紧力控制目标设计了夹紧力控制方案,并在ETAS软件建模实现上述控制方案,验证曲线表明该控制方案可以有效降低金属带夹紧力提高系统的传递效率。综合考虑系统对迅速改变速比的需求,提出了改进的速比控制方案。经试验验证,该方案可以消除通用PID算法的缺陷,使变速机构在快速稳定的跟踪目标速比前提下,确保了系统的流量安全和夹紧力安全。     

高偏心率下旋转密封泄漏特性和静态动力特性研究

为了评估转子发生偏心时非同心旋转密封对透平机械运行效率和安全稳定性的影响,提出了基于动网格技术和三维RANS方程的高偏心率旋转密封三维计算网格的生成方法,以及高偏心率旋转密封静态气流激振力和静态刚度系数的数值计算方法,研究了高偏心率下旋转密封的泄漏特性和静态动力特性。采用文中所提方法计算分析了3种压比(0.17,0.35,0.50)、2种进口预旋比(0,0.5)和7种偏心率(0.0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.8,0.9)下的袋型阻尼密封泄漏量、静态气流激振力、静态刚度系数和流场特性。研究结果表明:旋转密封的泄漏量随偏心率的增大而增大;转子偏心和进口预旋产生了显著的正交叉刚度,易诱发转子发生偏心涡动而失稳;非阻塞工况下,旋转密封具有正的静态直接刚度;阻塞工况下,旋转密封的静态直接刚度存在穿越偏心率为0.5,静态直接刚度随偏心率的增大而增大,其值在穿越偏心率处由负值变为正值,以避免产生密封碰磨失效。     

可倾瓦导轴承液膜力非线性指数模型及应用研究

针对高可靠性立式轴系可倾瓦导轴承的液膜力非线性问题,提出采用8系数8指数模型来综合表征非线性液膜力,同时采用8个函数表达静态平衡点附近局部运动的导轴承刚度和阻尼,指数的大小表征液膜力的非线性强弱。基于指数模型分析了不同静态平衡点和扰动量等运行参数以及支点系数、预负荷系数和间隙比等结构参数变化下的导轴承非线性刚度力指数和非线性刚度系数,提出了基于导轴承结构参数的液膜力非线性弱化原理,并针对核主泵四瓦水润滑导轴承给出了一种实现该原理的支点加弹簧的新型支点结构导轴承。结果表明:液膜力的非线性强弱与工作静态平衡点和扰动量相关,静态平衡点偏心距和扰动量越大,则非线性刚度力指数pm越大,非线性越强,而阻尼力可认为是线性的;预负荷系数对pm影响较大,而支点系数和间隙比对pm影响较小;通过支点组件刚度和预负荷系数的耦合调节,可以实现在保持导轴承线性刚度不变的同时降低导轴承液膜力的非线性指数。8系数8指数模型相比数值求解法和解析法能更加直观地反映液膜力的非线性程度。