纵-扭复合超声振动加工系统设计及频率简并研究

纵-扭复合超声振动加工技术在硬脆性材料的加工中受到越来越多的重视,针对该种需求,设计了一种纵-扭复合超声振动加工系统,基于有限元方法对该类系统普遍存在的频率简并问题进行了研究。利用数值解析方法设计出超声换能器和超声变幅杆,之后在变幅杆上做出螺旋槽,一部分纵向振动转换为扭转振动;以目标频率附近的纵、扭谐振频率尽量接近为原则,利用有限元软件分析系统的结构参数对纵、扭谐振频率的影响规律,实现频率简并;在此基础上对系统进行模态分析和瞬态动力学分析,结果表明系统可以实现纵-扭复合超声振动,验证了此种频率简并方法的有效性和实用性。     

单激励纵扭复合超声铣削系统研究

针对切削、焊接过程中超声复合振动能获得较高加工质量、效率及有助于延长刀具使用寿命,研究分析纵扭复合超声铣削系统运动特性及切削轨迹特征;基于斜梁振动原理,提出加工工艺简单、制造成本低的斜梁式超声变幅杆,并利用有限元软件ANSYS进行结构动力学分析, 证实通过单向激励可产生纵扭复合振动;应用研制的纵扭复合超声振动铣削系统对碳纤维复合材料进行切削试验,获得较好加工效果,从而验证理论分析与数值模拟结果的正确性。     

TC4钛合金超声深滚表面强化技术的研究

采用一种新型表面机械强化技术-超声深滚技术(UDR)对钛合金试样进行了表面强化处理。研究了超声深滚处理对试件的残余应力、加工硬化和表面形貌及表面粗糙度的影响。结果表明:超声深滚处理引入了高幅值、大深度的残余压应力、加工硬化量适度并且显著降低了表面粗糙度。根据以上结果分析了该技术的优势和应用前景。     

纵-弯复合振动超声挤压加工试验研究

为研究挤压加工时静压力、进给量和挤压速度等工艺参数对试件表面质量的影响,在挤压加工中引入纵-弯复合振动后对Q235钢轴件端面进行处理,并与普通挤压加工进行对比,基于正交试验结果构建了挤压加工后表面粗糙度和表面里氏硬度二次回归预测模型.试验发现:在相同加工工艺参数下,在普通挤压加工中引入纵-弯复合超声振动后获得的表面粗糙度Ra值更小,而表面里氏硬度值显著提高;采用两种挤压加工方法后工件表面粗糙度Ra值均随着静压力和进给量的增加而增大,而挤压速度的影响很小,进给量对表面粗糙度的影响最为显著;工件经超声挤压加工时静压力越大,则获得的表面硬度越大,且表面硬度随进给量的增大先增大后减小,而普通挤压加工后表面硬度随静压力和进给量的增大先增后减,且在两种加工方式下工件表面硬度基本不受挤压速度的影响.纵-弯复合振动超声挤压加工工艺适合Q235钢表面强化处理,构建的表面粗糙度和硬度的预测模型可用于指导Q235钢表面强化处理工艺生产.     

基于梳状扇形孔周期性结构的纵-扭复合模态超声振动系统

纵-扭超声振动系统可以提高加工效率与精度、增加表面强度,因而日益受到青睐,但是现有的纵-扭振动系统存在扭转分量较小,转化效率低等问题,基于此,论文对基于周期性结构的复合模态超声振动系统进行了研究,通过有限元仿真对复合模态周期性结构换能器的振动模态、谐振频率等特性进行分析验证。研究结果表明,两维梳状扇形孔周期和斜槽结构,可以增大纵、扭振振幅,位移旋度和剪切应力以及法向应力等,从而提高纵-扭转化能力。     

纵—扭复合振动模式超声变幅杆研究

本文对窄端带有均匀截面直棒的指数型纵-扭复合振动模式超声变幅杆进行了理论及实验研究,推出了该复合模式变幅杆纵向振动及扭转振动的共振频率方程。为了克服同一变幅杆纵向与扭转振动很难实现同频共振的问题,提出了一种通过改变指数型变幅杆的截面变化规律而实现改变纵向及扭转振动传播速度的方法。通过合理选择指数变幅杆的截面半径减缩系数(即参数β),实现了纵-扭复合变幅杆纵向振动与扭转振动的同频共振。实测结果表明,共振频率的理论值与测试值基本一致,变幅杆纵向及扭转振动共振频率的测试值也比较符合。该变幅杆具有比较高的位移放大系数。可望应用于超声加工、超声疲劳实验及超声焊接等功率超声技术中。     

面齿轮磨削齿面力热耦合及残余应力研究

根据面齿轮磨削残余应力的产生机理和Prandtl-Reuss方法,建立磨削表层热弹塑性力学本构关系;基于面齿轮磨削方法和Gleason接触原理,得出碟形砂轮磨削点接触椭圆方程参数、磨削力和磨削热流量的数学模型。构建面齿轮磨削单齿3D有限元模型,采用小步距移动法模拟磨削载荷的移动,仿真磨削温度场,得到磨削瞬态最高温度位于...     

SCX400车轮钢表面超声滚压强化试验及其压力参数优化

为了提高SCX400车轮钢表面的强度,采用超声滚压技术对其表面进行了强化处理,并通过试验测试手段对其压力参数进行优化.结果 表明:增大超声滚压力有助于获得更大厚度的变形层,靠近表面附近区域的组织存在强烈塑性变形,过渡区的变形程度减小,而内部组织则保持基本不变的状态.当施加100 N超声滚压时,在表层组织中生成了尺寸约为...     

Ti-6Al-4V合金表面超声振动滚压强化研究

采用超声振动滚压加工技术对Ti-6Al-4V合金表面进行处理,探究该项技术对Ti-6Al-4V合金表面质量的影响。通过对该工艺加工前后的Ti-6Al-4V合金进行表面粗糙度参数、XRD图谱、截面微观形貌、表层残余应力及显微硬度的对比分析,结果表明:经该工艺处理后的合金表面各项粗糙度参数皆有明显降低;加工后的合金表面XRD图谱的衍射峰减弱且宽化,衍射角向高角度方向偏移;加工后的合金表层β相组织相较加工前明显细化,且随着深度增加β相组织逐渐增大;在距离表面约50μm位置的残余应力值最大可达到-967 MPa;加工后的合金表面显微硬度可达到421HV,且在0~140μm的深度范围内,显微硬度随着深度的增加逐渐减小至与基体硬度一致。经超声振动滚压加工后的Ti-6Al-4V合金表面质量显著提高,有利于提高其零部件的使用性能。     

复合喷丸对铝-铜-镁合金表面形貌和硬度的影响

对铝-铜-镁合金试样进行复合喷丸处理,通过观察喷丸处理后试样的表面形貌和测量试样的表面粗糙度、残余应力、衍射峰半峰宽及显微硬度等参数,分析了复合喷丸处理对铝-铜-镁合金表面形貌和力学性能的影响.结果表明:铝-铜-镁合金试样经复合喷丸处理后表面粗糙度变化不大,由0.70μm增加到2.97μm,试样表面整体细密、均匀,完整...     

支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响研究

支承刚度对自动变速器齿轮副的啮合质量有着重要影响,研究支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响具有重要意义。以某七挡双离合自动变速器的一挡斜齿轮副为研究对象,建立了2种不同支承刚度的齿轴系统刚柔耦合模型,分析了不同工况下支承刚度对斜齿轮副啮合特性的影响规律;通过FCL-250H齿轮精测试验台得到有/无磷酸锰转化涂层齿轮的齿形齿向参数,并将其代入有限元模型进行仿真分析;进行齿轮接触疲劳点蚀实验,对比齿面涂层处理前后齿轮的接触疲劳寿命,并从齿轮表面形貌、动力性能及跑合性能等角度进一步揭示了涂层的强化机理。研究结果表明：齿轴跨度增大,支承刚度减小,则齿轮单位长度所受最大载荷和啮合错位量对输入扭矩的变化更为敏感;有涂层齿轮跑合后更有利于啮合,其疲劳寿命得到提高。研究结果为汽车自动变速器齿轮传动系统的结构优化和齿轮疲劳寿命的提高提供了参考。     

基于热-力耦合模型的纤维丝束带铺放残余应力的模拟及实验研究

采用有限元分析计算和实验测试2种方法,在热-力耦合载荷作用下,对纤维丝束带铺放成型时的残余应力进行了研究。首先,建立纤维丝束带铺放的热-力耦合模型,利用有限元分析研究了不同温度和压力参数条件下纤维丝束带铺放残余应力的模拟结果。其次,对结果进行分析比较得到各个因素对纤维丝束带铺放残余应力的基本影响规律;最后进行不同温度和压力等铺放参数对纤维丝束带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究,以验证热-力耦合有限元模型计算结果的正确性。结果表明:2种方法得到的残余应力分布基本一致,只是残余应力的最大值之间存在着差别。      

超越离合-单对齿轮副系统的建模及非线性特性研究

建立了考虑间隙、时变啮合刚度、综合传动误差的超越离合-单对齿轮副系统的非线性动力学模型,并给出评价该系统分岔、振动、载荷以及碰撞特性的综合性能指标。通过对系统分岔与混沌特性的研究,揭示了该系统响应随着激励频率变化时所经历的倍周期分岔、准周期分岔、阵发分岔等几类通向混沌分岔路径共存的复杂分岔路径,体现了超越离合-单对齿轮副系统非线性动力学行为的复杂性态;通过对参数影响趋势的研究,总结了有关超越离合-单对齿轮副系统的一般性动态设计准则。