金属O形环力学性能仿真分析与试验验证

金属O形环的力学性能对于密封系统的强度设计、密封性、可靠性等有着直接影响。为研究金属O形环的力学性能,以核反应堆压力容器用金属O形环为研究对象,考虑密封环的复合结构、材料弹塑性特征和工况条件,采用有限元方法建立O形环力学性能仿真模型,分析密封环的压缩回弹特性、应力应变特征、接触特性以及银层的作用,并进行相关试验验证。结果表明:该有限元模型计算结果与试验结果具有良好的一致性;压缩率过大或过小都将导致其密封性能下降;整个压缩回弹过程可分为弹性变形、塑性变形、法兰接触及回弹4个阶段,O形环的回弹补偿性能由其压缩率决定;镀银层对于O形环接触压力分布起到了均化作用,而对总体的压缩回弹特性影响不大。     

基于谐波齿轮空间侧隙均匀化的三圆弧齿廓柔轮的径向修形设计

为改善径向变位加工的柔轮空间齿廓与平面齿廓刚轮的啮合状态,建立柔轮齿廓径向修形设计方法.利用柔轮装配变形的精确算法确定椭圆凸轮波发生器作用下的轮齿位置,再利用圆弧齿廓间的周向侧隙算法获得侧隙.按照直母线假定确定出轴向多个截面内的轮齿定位,进而获得侧隙,以揭示柔轮锥度变形后的空间侧隙分布.未修形的侧隙显示:按照共轭啮合理论设计的刚轮齿廓只在设计截面实现了小而均匀的侧隙分布,前端和后端出现严重干涉.利用前端和后端向内的刀具变位可消除干涉.经迭代设计的径向修形可实现所有截面侧隙趋于零的最佳状态,获得从前到后的线啮合状态.啮合轨迹线仿真表明:合理的径向修形可实现更好地齿面啮合状态.     

基于ANSYS的金属O形环弹塑性接触分析

金属O形环作为核级阀门的静密封元件,优良的回弹特性、足够的结构强度是实现其可靠密封的根本.对于结构的强度计算,因不能预知装配后的O形环形变,应用分析设计法将不可避免的产生误差,并且非圆截面环壳的弯矩积分也非常困难.介于上述不足,基于ANSYS的接触分析功能,选用可避免参数拟合的多线性等向强化模型(MISO)描述其材料的非线性特征,模拟设计工况对O形环的结构强度作了弹塑性接触分析.结果表明,O形环结构满足强度要求,设计工况下,最大应力出现在O形环内壁的0°位置.     

轴用VL形组合密封件装配工艺仿真研究及验证

橡塑组合密封是由橡胶圈和塑料密封环组成,安装过程中塑料环的变形对密封性能有重要影响。以轴用VL形组合密封为例,基于三维有限元仿真模型和可视化密封装配台架针对不同流程的装配工艺开展研究。利用有限元仿真还原密封圈装配过程,搭建可视化密封件装配台架,开展密封件装配试验,验证有限元仿真装配过程的准确性;提取密封界面接触压力、接触宽度等关键参数,评判密封性能;建立密封性能与装配工艺之间的关系,优化密封件安装、矫正工艺流程,解决装配过程随机化、经验化问题。试验结果表明：常温安装时密封面接触宽度要小于加温安装;对于轴用VL形组合密封,在相同介质压力条件下接触宽度越小则密封面接触压力越大,从而密封性能越好。因此可以得出常温装配时密封性能更优。     

安装螺栓对风电变桨轴承套圈结构变形的影响

风电变桨轴承的安装方式不同于传统轴承,在受载时,套圈存在结构变形。采用非线性弹簧替代球与沟道的接触,梁单元替代轮毂与变桨轴承以及叶片与变桨轴承之间的安装螺栓,建立有限元模型,计算轴承的载荷分布,并与传统计算方法对比,验证了有限元模型的正确性;同时讨论了螺栓预紧力及螺栓个数对变桨轴承套圈结构变形的影响。结果表明:套圈存在径向平面内的弯曲变形以及轴承截面的扭转变形,随预紧力降低,螺栓个数的减小,轴承套圈径向平面内的弯曲和截面扭转越来越显著。     

盆形金属橡胶三向准静态试验研究

为满足金属橡胶三向减振需求,引入空间构型设计并制备了一种盆形金属橡胶。对其进行轴、径向准静态压缩试验,采用控制变量法研究了相对密度、成形角度、金属丝丝径等制备工艺参数及压缩量对盆形金属橡胶静态力学性能的影响,采用正交试验法揭示了三种制备工艺参数对盆形金属橡胶轴、径向静态力学性能的影响程度。结果表明,影响试件轴向静态力学性能先后顺序为成形角度、相对密度、丝径;影响试件径向静态力学性能先后顺序为相对密度、丝径、成形角度。     

一种大型反射面天线面板装配变形仿真方法

为了保证大型反射面天线的表面精度、有效控制面板的装配误差,提出一种面板装配变形仿真和控制方法。该方法从装配工艺入手,基于"单元生死法"建立天线装配的仿真模型,考虑装配顺序、装配预紧力和重力对面板装配的影响,进行面向装配过程的面板装配变形动态仿真,计算装配过程每块面板的实时装配变形及其引起的装配误差,并对装配顺序和装配预紧力进行优化。通过仿真某工程9m圆抛物面天线的面板装配过程,研究了装配顺序和装配预紧力对面板变形的影响,对比实际工程装配结果,证明了所提方法的正确性。     

4J32薄壁连接环椭圆变形校正工艺研究

针对4J32薄壁连接环加工后出现的椭圆变形,设计了一套专用于校正薄壁圆筒件椭圆变形的组合夹具,利用ABAQUS有限元软件对校正过程进行仿真,得出压缩-变形曲线,并在试验中应用压缩-变形曲线对变形连接环进行校正.结果表明,本组合夹具能够满足薄壁圆筒件的校正工艺要求,大大减少了4J32薄壁连接环校正过程的工作量.     

基于有限元法优化法兰盘止口的设计

金属叠片挠性联轴器联接时,在油压的作用下,使得被包容件(轴)和包容件(法兰盘轮毂)在径向都会产生一定量的变形,以获得足够的胀紧力,确保传递足够的扭矩。然而,法兰盘轮毂的变形将直接导致法兰盘上的止口发生形位变化,影响凸止口和中间段凹止口的装配精度;变形量过大时,甚至导致无法装配。利用ABAQUS有限元软件仿真计算,修正凸凹止口的配合公差,优化对止口设计,避免了配对零件的报废,对生产具有重要的指导意义。     

手动液压可调研磨轴

<正> 图1 为普通可调研磨轴结构,由研磨套、心轴体、垫圈和调整螺母组成,研磨套与心轴体锥而配合,调整繁锁;调整过程中,研磨套沿轴向移动,破坏了最初的锥而配合,使研磨套在轴向和径向产生不均匀变形。轴向不均匀变形使研磨套外圆出现图2所示锥度,内孔研磨后失圆量大,使内孔呈喇叭口形、腰鼓形或双曲线形等异常现象,不能满足零件的几何精度和表面粗糙度要求,随调整量增大,研磨套锥度越来越大,限制了调整范围。研磨套径向不均匀变形产生图3所示情况,这种情况在设计研磨轴时往     

弹性金属密封环力学特性与泄漏特性数值研究

弹性金属密封环的力学特性及泄漏特性对其工作性能有着重要影响。以径向压缩的弹性金属密封环为研究对象,推导弹性金属密封环泄漏量理论公式,建立弹性金属密封环力学特性求解模型,分析压缩量、进出口压差及温度等工况参数对弹性金属密封环的力学特性及泄漏特性影响规律。研究结果表明:在压缩工况及压缩加压工况下,弹性金属密封环的最大变形区域及最大应力区域均位于外径边缘,且变形量和应力值均沿外径边缘向过渡圆方向逐渐减小;在压缩加压加温的工况下,最大变形区域位于其外径中部位置,最大应力区域位于外径边缘处;径向压紧力、径向刚度与压缩量、进出口压差和温度均呈正相关关系,其中温度对径向刚度的影响更大;弹性金属密封与法兰的轴向接触宽度与压缩量、进出口压差和温度呈正相关关系,泄漏量与压缩量和温度呈负相关关系,与进出口压差呈正相关关系,而进出口压差对泄漏特性的影响更大。     

内压直管对称循环弯曲棘轮效应实验研究

利用多轴疲劳实验机及自行设计的准三点弯曲实验装置，对20钢直管在不同内压与不同循环弯曲载荷下进行棘轮应变测试。棘轮应变由应变计检测，直管径向变形由自行设计的径向位移引伸计检测。实验发现，内压直管在一定循环弯曲载荷作用下，将首先沿环向产生棘轮应变，随着载荷的增加，轴向也将产生棘轮应变，但较环向小。随着棘轮应变的产生，直管圆截面变为椭圆截面。无论是不同试件，还是同一试件的多载荷步实验，均发现相同内压下，循环弯曲载荷增大，棘轮应变速率增大；相同循环弯曲载荷下，内压增大，棘轮应变速率增大。多载荷步加载时，以往棘轮应变会降低应有的棘轮应变速率，尤其在较大的载荷下先发生棘轮应变后，这种影响十分明显。利用直管准三点弯曲实验装置，确定内压直管循环弯曲的棘轮边界。     

高速电主轴旋转精度控制与轴承沟道参数匹配

建立角接触球轴承套圈沟道轮廓圆度误差模型,考虑轴承圆度误差、谐波次数等沟道参数将轴承组与主轴装配,建立高速电主轴动力学仿真模型,分析了轴承沟道参数及预紧对主轴旋转精度的影响以及轴承公差等级与沟道参数的匹配,结果表明：随预紧量增加,主轴轴端径向位移减小;随圆度误差增大,主轴轴端径向位移增大;谐波次数也会对主轴轴端径向位移产生影响。分析了轴承沟道参数与公差等级的关系,以主轴旋转精度不超过4μm为例说明了不同预紧量下轴承沟道参数的匹配选择。并采用BVT-5轴承振动测试仪测量7010AC轴承外圈振动位移,验证了仿真模型的正确性。     

长颈法兰径向轧制过程中金属的轴向流动

通过对长颈法兰径向轧制过程中金属沿轴向的流动规律进行理论分析和实例计算，提出了径向轧制过程中存在着轴向流动以及流动量取决于环坯与成品截面形状的观点，指出了传统环坯设计方法存在的问题。     

异形结构弹性金属密封环力学特性数值研究

为对比不同结构弹性金属密封环的力学特性,建立弹性金属密封环力学特性数值模型,在验证数值模型准确性的基础上,对比分析O形、C形、U形和W形4种结构密封环的变形特性、轴向刚度和回弹性能,并分析进出口压差、温度和结构形式对轴向刚度的影响。研究结果表明:在压缩复位工况下,U形和W形环具有良好的回弹性能,C形环的回弹性能适中,而O形环的回弹性能较差;在高温高压工况下,弹性金属密封环轴向刚度随着温度的增加而减小,进出口压差对弹性金属密封环轴向刚度的影响不大,4种结构密封环的轴向刚度由大至小依次为O形、C形、W形和U形;在相同压缩量条件下,高温高压工况相比于压缩复位工况,弹性金属密封环的最大应力值更小,但应力值超过屈服强度的区域更大,结构更容易失效。通过对比4种结构密封环发现,O形环适用于高载荷低回弹的工况,U形和W形环适用于低载荷高回弹的工况,而C形环的性能适中。     

水轮机下环铸造工艺优化

水轮机下环整圆铸造时，容易产生变形、椭圆现象，分体铸造时，虽然不会出现椭圆，但变形问题仍然十分严重，甚至成为下环能否合格的关键指标。下环铸件分四瓣制造，笔者仔细研究了下环铸造和热处理过程变形规律，采用整体冒口和预加变形的方法，有效地保证了下环的型线精度和铸件质量。     

可控制夹紧力的夹紧机构

定位和夹紧功能重合使解决定位精度和工件变形的问题产生矛盾,特别对薄壁工件。 图1所示的胀开芯轴装在自动定心卡盘1中,三爪靠在芯轴径向孔内的滚珠7上(不夹紧)。沿圆周均匀分布的滚珠3具有等于芯轴内孔半径的圆弧扁平面,滚珠3和5的数量由工件的配合长度决定。转动螺钉4,滚珠5轴向移动,使滚珠3和7向外径向移动,芯轴薄壁部分产生弹性变形,从而夹紧工件6,并使芯轴紧固在卡盘中。     

伯努利效应引起滑阀阀芯径向力的研究

运用CFD软件Fluent对液压滑阀内部流场进行可视化分析,详细研究了阀芯受径向压力分布情况和影响因素。计算发现,径向压力分布与阀口开度、入口流量、环割槽深径比、进出口油道的轴交角都有密切的关系。阀口开度越大,径向压力波动越小;入口流量越大,环割槽深径比越小,径向压力波动越大;与进出口轴交角为0°和90°相比,进出口轴交角为180°时x=0截面的径向压力分布更平稳。同时,通过伯努利效应对入口中心截面处阀芯周向压力分布及阀芯轴向分段建立压力方程,通过理论分析验证了仿真模型和结果的可靠性。最后分析了径向力不平衡产生的卡紧力及径向稳态液动力的分布及其影响因素。     

增压中冷柴油机缸套预紧变形影响因素研究

基于弹性力学理论与接触对方法,建立了四缸增压中冷柴油机的机体-缸盖-缸套的装配耦合模型,在预紧工况下研究了机体刚度、螺栓预紧力大小、缸盖螺栓沉头孔深度、缸套轴肩定位凸台的角度以及螺栓啮合长度等因素对缸套变形的影响。研究表明:四个缸的缸套变形不均匀,其中1、4缸缸套变形相对于2、3缸缸套变形较大;机体改进后,刚度提高,缸套径向变形量和扭曲度减小;螺栓预紧力越大,缸套变形越大;缸盖螺栓沉头孔深度越接近缸套轴肩定位凸台深度,缸套变形越大;缸套轴肩定位凸台的角度为20'时,缸套的变形相对较小;缸盖螺栓啮合长度对缸套的径向变形影响较小。     

流体密封橡胶圈密封性能分析

对通用的O形橡胶密封圈结构进行简化,采用罚函数接触单元法,对其中的关键密封元件O形橡胶密封圈采用超弹性单元建立了包含接触的非线性模型,并运用通用大型有限元分析软件ANSYS对其进行了求解。对于不同变形情况下的压缩量,以及压缩后施加侧压后的应力进行了分析。同时还对照计算了O形圈接触界面摩擦因数不同情况下的变形及扭转。结果表明,所采用的方法能够预测O形圈压缩中的变形和应力等特征参数,增加对O形密封圈密封性能的了解,并对同类密封结构设计有一定的指导意义。