基于有限元的关节轴承研究

关节轴承的接触特性对其运行性能具有重要影响,为了研究关节轴承的接触特性,利用有限元软件ANSYS建立了关节轴承有限元模型.分析了轴向载荷、径向载荷和轴径复合载荷下关节轴承的应力分布,并研究了导油槽对接触应力的影响.结果表明:轴向载荷、径向载荷和轴径复合载荷下的应力分布和应力集中部位不同,但各种载荷下关节轴承外圈球面边缘处都产生应力集中;轴承外圈的最大应力比轴承内圈最大应力大;合理的导油槽能够起到减小应力集中的作用.     

三油叶精密轴承油膜间隙形状的摩擦性能分析

采用数值算法,研究了不同油膜间隙形状相应的三油叶精密轴承的摩擦性能,研究结果表明,瓦弧边缘的最大间隙b_m与中央的最小间隙C_m之差值△r_m在一定范围内增大时,有利于建立动压油膜,△r_m较小时,相应的摩擦系数较大。     

重载下调心滚子轴承接触应力分析及凸形设计

基于弹性接触理论,应用数值方法编制FORTRAN程序计算了调心滚子轴承的接触应力。轻载下其接触应力计算值和Hertz理论的计算结果相差仅为0.11%,从而验证了程序的正确性。并据此计算了其他更高载荷水平下的轴承接触应力。当轴承施加0.15Cr载荷时滚子有效长度利用率过低;载荷增加到0.3Cr时滚子的有效长度能被有效利用;当载荷进一步增加时开始出现边缘应力集中。通过改变滚子、滚道的密合度和优化滚子端部修形半径,以充分利用滚子全长,可在极重载下球面滚子-滚道接触区域中间应力增加很小的情况下大大减小边缘的应力集中。     

膨胀管实体膨胀锥受力分析与膨胀试验验证

膨胀管技术主要应用在油气田开发领域,膨胀锥是膨胀管技术主要工具之一,在工作时受到极大的界面应力,因此膨胀锥表面过快磨损是制约膨胀管技术发展的主要问题之一。为探究膨胀过程中膨胀锥体表面受力和应力分布,结合弹塑性理论推导膨胀锥接触应力和摩擦力计算模型,采用有限元方法模拟膨胀管膨胀过程,研究膨胀锥表面应力、接触摩擦应力和膨胀推力变化情况,并通过膨胀试验验证了有限元模拟结果的合理性。结果表明：影响膨胀锥接触应力和摩擦力的主要因素是膨胀管屈服强度和膨胀锥锥角;膨胀锥的最大等效应力集中在大径圆角处,最大摩擦应力集中在膨胀锥小径和大径处;膨胀锥膨胀区只有部分与膨胀管内壁接触,膨胀锥小径处受拉应力,大径处受压应力,最大接触压应力集中在大径处。     

硬度影响压痕弹塑性行为的有限元分析

以具有不同硬度40Cr为研究对象,根据集中载荷下的接触模型和赫兹理论,计算了压痕接触半径和压痕附近弹性区域的表面局部接触应力,并采用有限元法,分析硬度物理量对压痕弹塑性行为、局部接触应力、卸载后保留在内部的残余应力的影响,探讨压痕参数、压痕接触应力、残余应力与硬度之间的关系以及载荷增加时它们的发展.结果表明,相同载荷下塑性隆起量、压痕接触半径、压痕量和塑性区范围随着硬度值的提高而减小,弹性回弹量、最大接触应力和残余应力随硬度提高而增加;压痕周围处接触应力和残余应力、其分布范围和塑性区域随载荷的增加而增加.     

基于弹流理论的风电主轴承润滑状态分析

基于Hertz接触理论,对联合载荷作用下滚子-滚道进行接触分析,同时基于弹流润滑理论,建立风电主轴承润滑状态理论分析模型;以某型兆瓦级风电主轴承为例,采用该模型研究其极限工况下滚子-滚道接触载荷和接触应力分布、最大受载滚子沿素线方向的接触应力和接触载荷分布以及滚子-滚道接触处平均速度,并分析其在极限载荷工况下的润滑状态。结果表明:由于滚子端部应力集中,油膜沿素线呈现两端薄、中部厚特征;滚子-滚道沿素线油膜厚度与接触表面粗糙度处于同一数量级,接触表面质量对润滑状态有重要影响;改善轴承的润滑状态可从轴承结构、润滑参数及加工质量等方面入手。     

空心圆柱滚子轴承接触力学数值仿真

基于接触力学理论,建立了不同空心度常规直素线圆柱滚子与内圈滚道的三维接触力学模型,进行了有限元数值仿真研究。分析结果表明,空心度对等效应力及接触应力的影响规律是不同的,合理的空心度可减小接触应力的边缘效应,但等效应力滚子两端的边界应力集中总是存在的;在相同空心度下,等效应力和接触应力随载荷的变化规律是不同的;不同载荷作用下,最佳空心度的理论值不同;空心滚子内壁的等效应力值随空心度的增大而增大,存在应力转移现象,并会超过外壁的等效应力值。     

基于数值模拟的弹性—蠕变双材料界面应力分析

利用ABAQUS大型有限元程序,对比分析线弹性和蠕变两种情况下Silicon/epoxy弹性-蠕变双材料界面应力分布问题.分析结果表明,界面边缘处存在严重的剪应力和剥离应力集中;边缘对齐结构的界面剪应力和剥离应力集中要小于边缘不对齐的情况;随着基体厚度增大,界面剪应力和剥离应力均减小;当基体与薄膜的厚度比增大到临界值时,剥离应力将反向,此时剥离应力的绝对值随着厚度比的增大而增大;蠕变会导致界面边缘附近剪应力和剥离应力松弛,且薄膜的蠕变指数和系数越大,蠕变松弛效应越明显,随时间增大,边缘附近界面上的应力逐渐趋近于零.     

考虑安装误差的渐开线圆柱齿轮接触分析

含安装误差的直齿轮啮合时会发生边缘接触,引起应力集中,影响使用寿命,且由于垂直平面不平行度误差将产生更大的齿向接触偏差.因此,以含垂直平面不平行度误差的直齿轮为研究对象,在系统介绍齿轮接触应力数值计算理论的基础上,计算了不同安装误差和载荷工况下的接触应力、接触宽度和相应的齿向载荷分布系数,并将无安装误差时的计算结果与按国家标准计算的结果进行了对比分析.结果表明,无安装误差时,计算结果与国标计算结果吻合度较高,并且能够反映轮齿接触时的"边缘效应";相同载荷下,随着安装误差的增大,齿宽方向接触不均现象加剧,并出现一侧脱离接触的情况;相同安装误差下,随着载荷的增大,接触不均现象得到改善;最大接触应力随着安装误差的增大和载荷的增大均呈现出非线性增加.     

DAS组合密封圈静特性研究

为了研究汽车起重机支腿油缸DAS组合密封圈密封特性,利用ABAQUS软件建立密封圈密封特性分析模型,研究密封圈初始压缩量与油液压力对Von-Mises应力、接触应力、接触长度的影响。结果表明:密封圈的Von-Mises应力、接触应力、接触长度随初始压缩量、油液压力的增大而增大;初始装配状态下,初始压缩量小于0.4 mm时,主密封唇处接触应力呈二次函数分布,初始压缩量大于0.4 mm时,主密封唇处接触应力呈双峰高斯函数分布;静密封状态下,初始压缩量为0.5 mm时,主密封唇处接触应力呈双峰高斯函数分布;主密封唇、副密封唇、底部密封的接触应力始终大于油压压力,满足密封条件。     

Stiffness of a 3-degree of freedom translational parallel kinematic machine

In this paper, a typical 3-degree of freedom (3-DOF) translational parallel kinematic machine (PKM) is studied and analyzed whose tool platform has only translations along X-, Y- and Z-axes. It consists of three limbs, each of which have arm and forearm with prismatic-revolute-revolute-revolute (PRRR) joints. Inverse kinematics analysis is carried out to find the slider coordinates and joint angles for a given position of tool platform. Stiffness modeling is done based on the compliance matrices of arm and forearm of each limb. Using the stiffness modeling the variations of minimum and maximum translational stiffness in the workspace are analyzed. For various architectural parameters of the 3-DOF PKM the tendency of variations on the minimum and maximum stiffness over the entire workspace is studied; and also the deflections of the tool platform along X, Y, and Z directions with respect to various forces are presented.     

Exechon并联模块的静刚度建模与分析*

为研究Exechon并联模块的刚度性能,采用子结构综合方法建立该模块的刚度解析模型。分别采用虚拟关节法和有限元法计入各关节和支链体的柔性,并通过推导动平台和支链装配体间的变形协调方程构建出系统的弹性静力学模型。由系统方程抽取出动平台刚度矩阵,据此预估Exechon并联模块在典型位姿和工作全域内的刚度性能,并将其与有限元仿真结果进行对比。结果表明,所建解析模型具有较高计算精度,可快速预估机构工作全域的刚度特性;Exechon并联模块在工作空间任一截面内的刚度关于x轴对称分布,且沿w方向的刚度受机构位形影响较小。     

大型射电望远镜天线副面调整机构完整刚度模型及微位移分析

基于并联机构的影响系数法和虚功原理构建天线副面调整机构的完整刚度模型。该模型综合考虑主被动关节弹性变形和外力/力矩的影响,且给出二阶影响系数矩阵具体的转置形式。构造单分支支链的轴向线刚度模型,考虑虎克铰和球铰对分支杆轴向刚度的影响。通过引入变动参数求解得到副面调整机构在定平台可动时的完整刚度矩阵,充分解决副面调整机构在空间任意位姿下刚度矩阵的计算问题。通过最简刚度模型、本体刚度模型和整体刚度模型三者对比,绘制副面调整机构在初始位姿下副面调整机构动平台中心随变动参数变化时的微位移曲线,并通过有限元软件验证了结果的正确性。研究内容为大型射电望远镜天线副面调整机构的结构设计与精度补偿奠定重要的理论基础。     

一种柔索并联机器人的刚度解析

大射电望远镜(LT)馈源柔索支撑系统是一种大跨度强非线性柔索并联机器人(WDPR),其刚度在相当程度上决定了它的有载定位精度。针对目前没有用解析法分析此类机器人刚度矩阵的现状,运用微分变换原理推导出它的完整刚度的解析表达式。基于馈源柔索支撑系统的非线性力学模型,得出动平台中心所受外力矢量的矩阵表达式,通过对外力变分来获取系统刚度矩阵与终端外力矢量、终端位移矢量的关系式,此刚度矩阵主要与柔索张力以及结构参数有关。以LT50m模型为例分析了该机器人的刚度。数值结果表明刚度矩阵的分析方法是有效的。研究结论对LT500m原型馈源支撑系统的结构设计、振动分析及运动控制均具有很好的借鉴作用。     

复杂曲面模具加工系统综合刚度场建模与分析*

在加工汽车覆盖件模具复杂曲面时,机床-刀具刚度、刀具位姿变化、模具型面变化都会影响加工系统综合刚度,进而影响模具加工精度。以四轴数控加工中心为例,针对模具曲面特征设置相应采样点,依据多体小变形理论,通过点传递矩阵、雅可比矩阵等完成该采样点的加工系统综合刚度建模,并引入了力椭球。在刀具不同的空间姿态下,通过力椭球分析了机床横梁、刀柄、刀具、模具曲面特征等对加工系统综合刚度性能的影响,揭示了曲面模具加工系统综合刚度的分布规律。最后通过试验证明,该理论模型可以有效地优化复杂型面模具加工工艺,减小模具的加工误差。     

新型并联机床的刚度计算模型

本文建立了并联机床的有限元刚度模型,通过实例计算得出机床的动平台中心距定台中心Ｚ坐标较小及动平台姿态角较小时可获得高刚度;根据实例计算结果和机床倒锥状的结构特点,提出了并联机床主刚度的概念,建立了主刚度简化模型,并以此作为衡量机床刚度的准则。     

基于单元刚度矩阵法的二维微动平台刚度分析

刚度作为设计和评价全柔性机构的一个重要指标,在很大程度上影响着全柔性机构的动态性能和定位精度。利用材料力学中的单元刚度矩阵原理,根据柔性机构的结构特点进行单元划分。然后全面考虑机构中各单元的复杂变形,建立单元间的位移、力平衡方程,得到便于进行递推运算的刚度表达形式。以一种二维微动平台为例,给出了应用该方法的刚度分析过程,结果表明理论计算接近有限元分析数据。     

含折叠梁型移动副的微定位平台刚度研究

介绍了一种基于压电陶瓷驱动器驱动的二维微定位平台。在结构上,定位平台采用多功能微驱动接口模块实现位移的增倍输出,采用折叠梁型弹性移动副实现平台的低阻力特性。因此,整体平台不但具有结构紧凑的特点,也达到了最大限度增大运动范围的目的。基于悬臂梁结构的单元刚度矩阵,推导了这种折叠梁型弹性移动副的刚度。将文中提出的新型二维微定位平台结构划分为6部分并分别建立了相应的刚度矩阵,根据具体的链接关系将6个子刚度矩阵联立获得微定位平台整体刚度的数学模型。最后给出了运算实例,验证了上述刚度分析方法的正确性。     

基于正交试验的机床结合部动刚度优化配置

机床中结合部分布众多且不同接触条件下其动刚度值不同,优化分析时很难研究每个动刚度值对机床动态性能的影响。针对此类问题,提出一种基于正交试验的机床结合部动刚度优化配置方法。该方法通过模态柔度与弹性能分布理论判定机床的薄弱模态和薄弱结合部,建立以薄弱结合部的动刚度为设计变量,各阶薄弱模态的最小模态柔度为目标的多目标优化模型。为提高优化效率,采用正交试验方法规划试验方案,并在试验结果分析中引入相似优先比法对结合部动刚度进行协同优化配置。以某型立式加工中心为例,采用优化配置方法确定其结合部动刚度的最优配置方案。仿真结果显示该方案下薄弱模态的模态柔度明显降低,整机动态性能提高,验证了该方法的可行性。     

一种新型三自由度混联机构基于刚度性能的尺度综合方法

对一种新型三转动自由度混联机构进行了概念设计与尺度综合研究,该机构是由一种两转动自由度并联机构与回转工作台通过转台轴承串联而成的,具有刚度高、结构简单等优点。在建立两自由度并联机构速度映射模型的基础上,基于雅可比矩阵的奇异值理论,以机构的刚度为评价指标,研究了该机构并联部分的尺度综合问题。采用约束坐标轮换法来寻求评价函数的最优解,讨论了各尺度参数对机构刚度的影响规律,并得出了在最优解处,两移动副是平行的,且移动副间的距离与动平台上两球铰间的距离相等的结论,进而验证了该方法的有效性。