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[硕士论文] 刘春
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:微小型行星齿轮传动系统作为机器人和其它微型精密机械的传动系统存在传动精度低、承载性能差、载荷分配不均等问题。鉴于此,本课题提出微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统模型,将传统单排平面均布的行星轮转变成双排空间均布的行星轮,成倍增加的行星轮进行误差补偿,提高传动精度,更多的轮齿进入啮合,载荷被更加均匀分配,改善均载性能;由于微小型行星传动的太阳轮尺寸小、齿数少,在长时间啮合后,轮齿可能会因疲劳而断裂,因此采用多模数设计方案,增强太阳轮的承载能力。
  本课题研究微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统传动原理,对微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统的几何参数进行计算,绘制出该传动系统的三维模型。
  建立微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统静力学模型,研究分析各齿轮及行星架的偏心误差对微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统静态均载系数的影响。
  基于弹性力学分析法,建立偏心误差对齿轮传动系统轮齿在啮合线方向的弹性形变的关系,推导出传动系统载荷分配系数公式,研究了偏心误差对该传动系统载荷分配系数的影响。
  建立微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统与微小型行星轮单排同模数的齿轮传动系统的虚拟样机模型,对比仿真试验结果,分析研究在实际啮合过程中的齿间载荷的分配情况。
[硕士论文] 代鹏
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:轴向柱塞泵/马达作为液压系统中的动力元件,其重要性不言而喻。随着现代工业的发展,对轴向柱塞泵/马达的性能提出了更高的要求。而一类具有高压、大流量、平衡性能好等优点的新型多排式轴向柱塞泵/马达将成为未来液压领域发展的趋势。因此,以普通轴向柱塞泵/马达的原理和设计理论为基础,提出了一种新型三排式轴向柱塞泵/马达,其特有的三排柱塞结构可更好地适用于高压、大功率等要求更高的工况环境。由于新型结构更加复杂,其对配流副的润滑性能也提出了更高的要求。本文以第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副油膜为研究对象,研究其润滑特性,主要工作如下:
  分析了新型三排式轴向柱塞泵/马达的结构和原理,以普通轴向柱塞泵/马达配流盘的设计理论为研究基础,分析和设计出新型配流盘结构,并对其进行干涉校核。
  分析了第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副的泄漏途径,并建立楔形油膜体数学模型。对两种油膜体的泄漏量分别进行计算,并分析缸体倾角、密封带宽度等参数对泄漏量的影响。
  对第一类三排式轴向柱塞泵/马达平面配流副进行受力分析,并分别计算干摩擦和液体摩擦引起的摩擦转矩,得出了总摩擦转矩的计算公式。以已经建立的三维模型为例,计算和分析油膜厚度、缸体转速、工作压力等参数对总摩擦转矩的影响。
  基于Reynold润滑方程,运用牛顿-拉弗森迭代和边界条件积分两种求解方法对缝隙内各润滑区域的流场压力进行分析和求解。建立CFD基本方程和离散差分模型,通过CFD对第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副的压力场和速度场进行模拟仿真,分析其对泄漏特性及摩擦特性的影响。
[硕士论文] 邓月飞
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:轴向柱塞泵/马达是液压系统中广泛使用的元件之一,随着我国工业的不断发展,工业设备对轴向柱塞泵/马达性能要求越来越高,但传统的轴向柱塞泵在某些工业领域所表现出的性能也十分有限。本文提出了一种平衡式三排轴向柱塞泵/马达,在提高柱塞泵/马达性能的同时还能降低轴向柱塞泵/马达振动、噪声、摩擦磨损等问题,并能较好的改善缸体的平衡性。轴向柱塞泵中有三对重要的摩擦副,其中的柱塞副、配流副都包含缸体,故缸体是轴向柱塞泵/马达的主要部件,因此对新型的平衡式三排轴向柱塞泵/马达缸体特性的研究显得十分有必要,为此本论文进行了以下研究工作:
  1.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是在普通轴向柱塞泵的基础上,吸取具有单斜面双排柱塞结构的两排轴向柱塞泵设计经验。采用双斜面的斜盘,内中外排柱塞交错排列的缸体,异侧同排高低压油口对称分布。对普通单排轴向柱塞泵的设计公式进行修正,并对修正后的公式进行二次推导,继而对关键零部件的结构尺寸如缸体中心孔直径d、柱塞的分布圆半径R、吸排油窗孔的面积f0、缸体壁厚δ等进行参数优化,并最终设计出平衡式三排轴向柱塞泵的整体结构,最后对缸体的强度与刚度进行了校核。
  2.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是一种新型的多排柱塞泵/马达,其缸体上多排柱塞孔交错设置,配流盘的高低压油口对称分布决定了其流量脉动情况与普通单排轴向柱塞泵及普通双排轴向柱塞泵有所区别。对三排泵的流量脉动公式进行推导。以内中外排柱塞数为7、7、14与柱塞数为8、8、16为例,运用MATLAB编程绘制出内排、中排、外排以及总的瞬态流量。分析不同柱塞数目及不同柱塞布置条件下整泵的流量脉动的情况。
  3.对缸体的动力学特性进行分析,推导出平衡式三排轴向柱塞泵缸体的倾覆力矩的公式,对内中外排柱塞数分别为奇数、奇数、偶数与内中外排柱塞数全部为偶数两种情况的倾覆力矩进行推导,并采用MATLAB编程,探究内中排柱塞数为相同奇数,外排柱塞数为偶数,与内中排柱塞数为相同偶数,且外排柱塞数也为偶数两种情况下缸体的平衡性。
  4.以平衡式三排轴向柱塞泵缸体为研究对象,通过设计不同的输入输出参数,运用有限元软件中优化模块下的Response Surfaces优化缸体应力参数。与原设计结构相比,优化设计后使得应力减少11.7%。
  5.建立了平衡式三排轴向柱塞泵配流副平行油膜与楔形油膜泄漏量的数学模型,通过MATLAB编程计算平行油膜泄漏量与楔形油膜的泄漏量腰型槽中心角、油膜中心厚度、密封带压差、密封带半径,分析了上述参数对配流副泄漏量静态特性的影响,并以此为基础进一步探究了配流副泄漏量特性与波动周期、缸体转速、波动幅值之间的关系。
[硕士论文] 高小成
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着大型钢结构体系中高强度螺栓连接的广泛应用,对高强度螺栓的设计、施工提出了更高的要求。在实际工程中,因种种原因螺栓扩孔时有发生,影响结构的安全。国内外针对扩孔的研究集中于高强度螺栓承压型连接和标准扩孔对节点耗能变形的影响,对摩擦型螺栓连接扩孔后的承载能力研究较少。本文在总结国内外已有规范和研究成果的基础上,对摩擦型高强度螺栓在抗剪连接中的承载能力性能以及不同扩孔方式对其承载能力影响进行了数值模拟计算分析。
  本文通过建立Ansys模型对在抗剪连接中的摩擦型高强度螺栓进行模拟。探究了在不同板厚、抗滑移系数、钢材强度等参数下螺栓的连接性能。计算结果显示,除规范中定义的摩擦系数及预紧力大小对承载能力的影响外,连接板的厚度对承载能力同样有较大影响。对于M30螺栓,在标准栓孔下中间板的板厚取值宜大于20mm,拼接板的板厚宜大于12mm。而钢材强度对板件承载能力的影响较小。
  通过对标准栓孔进行孔型为同心圆的扩大孔处理,探究了采用不同扩孔面积及对不同板件进行扩孔时螺栓连接构件的抗剪承载能力及预紧力松弛状况,给出了扩孔试件的折减设计方法。计算结果表明,扩孔面积越大承载能力越小,预紧力松弛越多。不同板件扩孔时,采用拼接板与中间板全部扩孔对承载力的折减最大,仅拼接板扩孔时折减次之,两者均可取0.85,仅中间板扩孔对承载能力的影响最小,可取0.9的折减。
  本文同时还研究了当采用非标准孔扩孔时,新旧栓孔之间的圆心距以及扩孔与原孔的位置关系对承载能力的影响。研究表明,开孔距离越大承载能力越小,扩孔圆心距应小于0.2倍的螺栓直径,此时折减系数在0.9以上,圆心距大于此值时,板件承载力折减较大,影响结构体系安全,因而不建议采用。同时本文定义了应力分布均匀系数这一评判指标,对新旧栓孔的位置关系对承载能力的影响进行评判。计算结果表明,开孔位置平行于荷载方向时承载能力折减较大,开孔位置垂直于荷载方向时折减较小,其余位于两者之间。
  本文的研究成果能够在一定程度上解决高强度螺栓扩孔对承载能力影响大小的问题,为设计人员提供设计依据。
[硕士论文] 王军
机械工程;机械电子工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:角接触轴承的运行状况是机械部件能否正常运转、实现预定功能和达到预期寿命的关键环节。本文以应用于空间环境的角接触轴承为对象进行空间状态下轴承运行失效机理和状态的研究。由于空间在轨环境中无法获取轴承运行状态信息,亟需在地面模拟空间环境下开展轴承寿命评估试验,从大量候选滚动轴承中筛选出最优性能轴承安装到空间飞行器中。
  目前模拟空间环境下的固体润滑滚动轴承寿命状态监测手段有摩擦力矩测试和温度测试。由于摩擦力矩和温度测试所包含轴承特征信息单一,不能完整的反映轴承的运行特点,从而不能有效反映轴承性能的退化趋势,因此振动测试作为模拟空间环境下固体润滑滚动轴承的手段逐渐得以关注,在固体润滑滚动轴承的寿命表征和预测方面具有很好的潜力。
  论文针对空间滚动轴承精度失效,寿命状态难以评估的难题,以振动信号为落脚点,开展了地面模拟空间滚动轴承动力学模型的建立和失效机理的分析,总结了轴承精度失效振动信号的主要特点、分析了轴承振动信号随磨损状态的演变过程、并进行了建模,进而对比实测地面模拟真空环境下轴承的振动数据进行了分析验证,具体研究内容如下:
  1.角接触轴承载荷、转速的波动以及磨损的加剧造成了轴承的失效,论文通过角接触轴承的分析理论基础计算了轴承曲率半径的变化、接触力、接触力矩的变化等静态情况下分析了轴承磨损状态下振动信号的变化情况,可以对轴承基本的运行性能进行揭示。
  2.研究了稳态EHL状态下角接触球轴承的油膜厚度,详细讨论了钢球—滚道接触副的刚度特性和阻尼特性,并确定角接触球轴承系统的总刚度和总阻尼,得到了角接触球轴承的振动方程。
  3.在静力学分析理论基础上,论文建立了角接触轴承的动力学模型,针对钢球的接触角呈现瞬时变化的特点,分析钢球与滚道接触所产生的牵引力和相互作用力,并分析其将对轴承的运行特性造成的影响。
  4.为了实现对地面模拟真空环境下轴承的动力学特性分析,将固体润滑颗粒的性能进行了讨论,建立广义雷诺方程分析了固体润滑轴承椭圆接触区域的牵引力变化模型,实现了固体润滑空间滚动轴承接触形式的精确描述。
  5.通过角接触球轴承振动测试系统采集轴承振动信号,分析振动信号的时域特征和频域特征,并结合所建立的模型分析角接触球轴承的振动频谱,为下一步更细致的分析轴承频谱建立基础。
  文章最后对本文的工作进行了总结,并展望下一步的研究方向。
[硕士论文] 郭靖
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:减速器回差是影响其传动精度的重要因素之一,回差的大小将直接影响到减速器整体传动性能。增大齿轮同时啮合的齿数可以对齿轮副之间的侧隙起到补偿作用,减小回差进而提高减速器的传动精度。本文提出一种行星轮并联均布齿轮传动系统,根据技术要求对其结构进行设计;通过理论计算分析了各齿轮的受力情况,校核齿轮和行星架等关键零件的强度;借助ANSYS软件对齿轮和行星架等关键零部件,进行强度和模态分析;通过理论计算,对传动系统回差进行分析;借助ADAMS软件对行星传动系统进行动力学仿真与分析。
  根据行星轮并联均布齿轮传动系统的技术要求,进行了配齿计算、传动形式分析、传动比计算、装配条件计算,确定了各个齿轮、轴、行星架、机座等主要零部件的设计参数;通过理论计算对太阳轮和行星轮分别进行接触强度和齿根弯曲强度的校核分析;设计了可以满足双排行星齿轮安装的三壁整体式行星架,通过理论计算对行星架的形变量和歪斜角进行校核分析。
  借助有限元分析的方法,对行星轮并联均布齿轮传动系统太阳轮和行星轮的接触强度及齿根弯曲强度进行的仿真分析;对三壁整体式行星架进行受力分析,将仿真结果的形变量与理论计算值进行对比分析;分别对传动系统齿轮系部分、三壁整体式行星架、输入端传动轴系以及输入轴等关键零部件进行模态分析。
  综合考虑了齿轮偏心误差和工作载荷对于行星传动系统回差的影响,通过概率统计的方法得到行星传动系统的回差公式,计算并分析传动系统回差。对行星轮并联均布齿轮传动系统不同齿轮的偏心误差与回差之间的关系,进行进一步的分析。
  通过ADAMS软件对该传动系统进行动力学仿真,并对仿真结果进行分析。通过仿真结果的对比分析,验证了行星传动系统回差理论分析部分的结论。所设计的行星轮并联均布齿轮传动系统回差较传统NGW行星传动系统,具有回差小、传动精度高、传动平稳性好等特点。
[硕士论文] 杨望
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:课题来源于国家自然科学基金项目“超大功率多行星轮柔性销轴风电齿轮箱均载机理及构型研究”(51405048)。行星传动系统具有结构紧凑、质量小、承载能力强、能量密度高、传动效率高、传动比大、抗冲击振动能力强等诸多优势。作为传动重要部件的行星齿轮系统向着兆瓦级的大功率方向逐渐发展,行星齿轮所承受的载荷也随之不断增大。载荷在行星齿轮系统中是否均匀分配将直接影响行星齿轮系统的工作稳定性和工作寿命。因此研究不同影响因素作用下行星齿轮系统均载性能变化情况具有重要理论意义和工程实用价值。
  论文基于齿轮啮合原理、轮齿接触分析、摩擦学、传热学、系统非线性动力学等理论,使用理论分析、有限元等方式,对行星齿轮系统运行过程中,诸如系统中位置误差大小、系统支撑刚度、输入载荷大小、系统构件变形情况等影响因素对系统均载性能造成影响进行理论分析并进行试验验证。
  论文主要研究内容如下:
  1考虑行星齿轮系统中存在的摩擦和热影响,确定系统中啮合相位、摩擦力矩、啮合刚度对系统的影响方式,并建立考虑以上影响因素的系统动力学分析模型。进一步,对动力学模型求解方法进行研究。
  2基于模型对行星齿轮传动系统进行参数识别,提取系统中由摩擦产生的齿面热流量和热,得到齿面热分布规律;研究齿轮热变形对齿轮啮合刚度的影响,提取齿轮受热变形后齿面啮合刚度。
  3对柔性部件作用下的行星齿轮系统进行均载性能分析。分析存在柔性支撑的行星齿轮传动系统中误差、浮动部件支撑刚度、外载荷、热变形等影响因素对系统均载性能的影响,得到系统均载性能随不同系统参数和运行参数影响的变化趋势;研究系统均载对不同浮动支撑形式的灵敏度,基于均载性能对系统进行参数匹配;对比相同系统参数和运行参数下系统存在不同个数行星轮时行星齿轮传动系统均载性能,得到系统均载情况随行星轮个数变化趋势。
  4对行星齿轮系统均载性能进行试验测试。在所搭建的兆瓦级齿轮箱试验台上研究柔性支撑行星齿轮系统存在误差影响情况下,运行参数的改变对系统均载性能的影响,验证理论分析的正确性。
[硕士论文] 周劲
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:舱门密封件是汽车、飞机、工程机械等装备产品的关键部件。随着科技水平的提高,用户对舱门密封件的密封性能、密封可靠性要求越来越高。舱门密封性能的好坏直接影响着机械设备的使用寿命,舱门密封性的设计一定需要高度的重视。因此舱门密封的密封件截面工艺参数的优化方法和参数的确定是密封件设计的关键。
  本文以某工程机械舱门密封件为研究对象,对密封件截面形状分析、优化从以下几个方面进行:
  1.其密封件材料硅橡胶为超弹性材料一种,其应力-应变曲线通过单轴压缩实验测得,并通过有限元法中两种常用超弹性材料本构模型验证,最终确定ogden模型计算结果与实验最为接近。
  2.对比分析了三种密封件截面形状,通过有限元法模拟三种截面形状的工作性能,比较三种截面形状工作表面的应力应变情况,确定了单爪型密封截面的优越性。
  3.分析密封件截面形状对关门作用力的影响,研究每一个工艺参数对单爪型密封件的影响程度,最终确定影响最大的四个工艺参数,对四个参数进行参数优化,根据优化结果确定了最佳的密封件截面工艺参数。
  4.分析了单爪型密封件截而工艺参数对密封件性能的影响,并基于线性回归单爪型密封件截面工艺参数尺寸的预测,对类似产品研发具有一定的指导意义。
[硕士论文] 刁鹏
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:课题来源于国家自然科学基金项目“超大功率多行星轮柔性销轴风电齿轮箱均载机理及构型研究”(51405048)。行星齿轮传动系统具有结构紧凑、传动比大、能实现运动的合成和分解和功率分流等诸多优点,被广泛应用于舰船传动、风电装备、核能装备、海洋平台等诸多国家重大装备工程领域。为适应装备的大型化发展,行星齿轮传动系统也向着大功率、重载化方向发展。同时行星齿轮结构复杂,非线性因素丰富,大功率下系统还会发生不可忽略的热变形,加剧行星齿轮传动系统的振动和啮合冲击。
  本文以大功率行星齿轮传动系统为研究对象,针对啮合冲击和振动问题,综合考虑热弹耦合和啮合错位因素,对行星齿轮传动系统进行修形设计,通过热弹耦合接触分析、齿廓偏差下的啮合刚度和传递误差分析、行星齿轮系统动态特性分析、响应面模型分析,得到热弹耦合下修形参数对行星齿轮系统动态特性的影响规律,并通过优化设计得到最佳的修形参数组合。
  论文主要研究内容如下:
  1)综合行星齿轮系统传动原理、结构参数、轮齿修形原理和齿面温度场分析理论,建立行星齿轮系统热弹耦合分析模型。选取合理的修形设计参数,对行星齿轮系统进行热弹耦合接触分析,分析系统齿面载荷分布,判断啮合冲击情况,分析齿面温度场分布;研究热弹耦合下的齿廓和齿向修形参数对系统内外啮合副齿面载荷分布和齿面温度场的影响。
  2)推导温度场引起的热变形、齿廓修形、齿向修形和齿轮轴不平行造成的齿廓偏差分布;建立含齿廓偏差的直齿轮啮合刚度和传递误差分析模型;分析热弹因素对啮合刚度和传递误差的影响,研究热弹耦合下齿廓和齿向修形参数对内外啮合副啮合刚度和传递误差的影响。
  3)建立行星齿轮系统动力学分析模型,以啮合刚度和传递误差作为系统激励,分析热弹因素对系统动态特性的影响,研究热弹耦合下的齿廓和齿向修形参数对行星齿轮系统动态特性的影响。
  4)把响应面法引入行星齿轮系统动态特性优化分析中,根据热弹耦合下的动态特性分析结果,选取合适目标函数、设计变量和响应面参数,建立基于响应面法的行星齿轮动态特性优化模型,确定优化目标并获得最优的修形参数组合。
[硕士论文] 王西伟
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:磁悬浮轴承通过磁场对转子产生吸力作用,从而达到对转子的无接触控制,由于它具有零接触、零摩擦、工作寿命久、无需润滑、精度高等优点,引起世界各国科研工作者的广泛关注。然而,磁悬浮轴承系统中工作环境十分繁琐,并且负载也时刻改变,这导致磁悬浮轴承系统的建模工作相当困难,因此磁悬浮轴承系统控制算法的侧重点就是具有高强度抗干扰能力,鲁棒性强,精度高。本文将磁悬浮轴承转子系统作为研究对象,研究并推导了系统主要电磁参数,建立了符合系统要求的高精度数学模型,并将系统控制算法作为研究重点,内容包含如下:给出了磁轴承转子系统工作原理结构图并详细介绍主要工作模块,对磁路法的主导思想进行分析,列举系统要求,详细阐述磁轴承转子系统中的相关经验,并推导出系统所需的主要电磁参数,同时对功放电流响应速度及偏置电流对系统的影响也给出相应分析,这些对于系统建模以及电磁参数推导都十分关键。计算磁悬浮轴承承载力,建立并分析其数学模型,作为推导磁轴承转子系统控制对象数学模型的基础,为控制算法的设计和仿真提供理论依据。针对磁轴承转子系统具有开环不稳定、非线性等因素,以及传统PID控制器由于固定参数无法达到很好的控制效果问题,提出一种RBF前馈逆补偿——RBF神经网络PID控制反馈控制方法,通过RBF神经网络来调节PID控制中的三个参数,满足磁悬浮系统静态和动态性能要求。实验结果表明,该方法比常规PID控制超调量更小反应速度更快。
  另外针对磁悬浮轴承转子电磁力与控制输入电流存在严重非线性且易受干扰等问题,提出了自适应模糊滑模控制方案。采用非线性趋近律设计了滑模控制器,通过模糊逻辑系统以任意精度逼近不确定部分,从而构造模糊自适应滑模控制器,并通过Lyapunov理论证明该系统的稳定性。该方法不依赖被控对象的精确数学模型,可以使磁悬浮快速地稳定在平衡点,并通过仿真验证了该方法具有快速响应、高精度及很强的抗扰动能力。
[硕士论文] 孙龙
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:多作用内曲线径向柱塞式液压马达作为液压系统最为重要的液压执行元件,由于转速低、大输出扭矩、小体积、轻重量、高效率等优势,被广泛应用于土方、建筑、车辆、军工等工程领域。这种内曲线液压马达目前仍处于进口阶段,尚未建立完善的生产体系,因此需对该内曲线液压马达的多项性能,尤其是在使用寿命方面进行研究,为车间生产实践提供理论参考。
  内曲线液压马达在工作过程中常见的失效部件是导轨,且导轨决定内曲线液压马达的输出性能。内曲线液压马达因滚柱的加速度惯性力的变化会对导轨产生冲击,甚至出现滚柱脱离导轨的现象,容易导致导轨形变与疲劳破坏。所以导轨应有足够的强度、刚度和长的使用寿命,从而能减少多作用内曲线径向柱塞式液压马达的故障,增大多作用内曲线径向柱塞式液压马达的使用寿命。
  本课题依托校企合作项目,以多作用内曲线径向柱塞式马达为分析对象。首先,依据内曲线液压马达的工作原理,对滚柱与导轨之间的作用力进行分析,求解出滚柱脱离导轨的条件。建立多作用内曲线径向柱塞式液压马达的几何模型、动力学模型,对模型进行仿真验证,求解出内曲线液压马达在不同转速的条件下滚柱脱离导轨的距离参数。其次,根据内曲线液压马达导轨在冲击过程中的受载情况,建立滚柱冲击导轨模型,求解出导轨的集中应力。由于滚柱对导轨的冲击是交变载荷,应用Goodman算法预测导轨的疲劳寿命。通过优化导轨结构参数可以有效的降低滚柱对导轨的冲击力;应用幅角修正型曲线能有效避免滚柱脱离导轨现象的发生,都有效的提高内曲线液压马达的使用寿命。最后,根据原导轨最低点处产生裂纹故障,建立导轨裂纹渐变数学模型并进行裂纹仿真分析。通过仿真结果与现场裂纹比较,论证结果的可信度,为多作用内曲线径向柱塞式液压马达导轨故障诊断提供可靠的判断方法。
[硕士论文] 张雄威
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:采用双对称收缩段供气的高压圆盘气体轴承设计了导引气流的双对称收缩段,使得间隙入口的气流保持相当好的平稳性,实现了轴承内部的稳定流动,理论上可以克服采用节流器结构的静压气体轴承供气压力低、承载力小等缺点。本文借鉴平行圆盘径向流动的边界层发展规律,通过对轴承边界层发展规律的分析,确定了适合高压圆盘气体轴承的速度分布律,并以此初步确定了轴承的主要结构参数,研究了轴承的静态特性。
  本文的主要研究内容如下:
  1.在简化的不可压缩条件下,通过柱坐标下的边界层动量积分式,考虑轴承的进口段效应,得到了轴承间隙内部边界层厚度的发展规律,之后的数值仿真结果验证了该方法的可行性;在此基础上确定了适于高压圆盘气体轴承的速度分布律。
  2.利用CFD流场分析软件对高压圆盘气体轴承的内部流场进行数值模拟,通过对内部流场的分析初步确定了轴承主要结构参数的设计方法。
  3.对于尺寸确定的高压圆盘气体轴承,利用CFD流场分析软件对轴承的内部流动进行分析,分析了高压圆盘气体轴承的压力分布、承载力以及质量流量特性。
  结果表明,边界层对间隙内部气流流动的影响十分明显,采用文中方法能比较好的确定轴承的主要尺寸参数;高压圆盘气体轴承相较于节流式气体轴承,打破了供气压力的限制,承载力得到了明显提高。
[硕士论文] 刘剑
流体机械及工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:高压圆盘气体轴承气膜内的气流被加速至超音速,气流温度梯度大,气流与轴承壁面间存在明显的对流换热,热载荷对轴承圆盘变形的影响已不能忽略。因此,研究边界层对流换热特性,是进一步研究轴承热变形和设计轴承结构的基础。
  对轴承气膜内的流场进行数值求解,分析气膜间隙、供气压力及轴承半径对气膜边界层的影响,结果表明:减小气膜间隙、降低供气压力、增大轴承半径,均可促进气膜边界层的发展;边界层完全发展后,主流被边界层淹没,气流速度下降,使气膜内的压力维持在较高水平,从而提高了气体轴承的承载能力,并以此确定了轴承实验模型的工作参数。
  计算了轴承壁面与气流间的对流换热系数,通过与Bartz公式计算结果的对比,验证了数值计算结果的可靠性。分析了供气总压、总温对对流换热系数的影响,结果表明:增大供气总压时对流换热系数增大,增大供气总温时对流换热系数减小。分析了对流换热系数的分布特征,结果表明:随着轴承半径的增加,气流雷诺数下降,对流换热系数总体趋于下降趋势;气流速度由超音速下降至亚音速是造成对流换热系数局部快速下降的原因;气膜内边界层交汇是造成对流换热系数局部增大的原因。
  计算了轴承在压力载荷和热载荷共同作用下的变形量,结果表明:压力载荷造成碳钢轴承的形变量仅为热变形量的20.2%;分析了材质、轴承圆盘厚度及不同轴承结构对轴承圆盘变形的影响,结果表明:随着轴承圆盘厚度的增加,碳钢圆盘的热变形量增大,而透明石英玻璃圆盘的变形量减小,由此确定了不同材质时轴承实验模型的设计结构。
[硕士论文] 谢威
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:CSP摆剪液压离合器是CSP产线上摆剪的动力传递核心部分之一,主要通过摩擦片和对偶钢片的滑摩来传递扭矩。摆剪每一次剪切,离合器主、从动片都会发生相对滑摩,滑摩接触面产生大量摩擦热。大量热流输入会导致摩擦副温度场的变化,进而引发热应力场的改变,最终将导致摩擦副力学状态的改变。大量滑摩热流的累积会引发温度场和热应力场改变从而导致盘片的破坏。
  本文依据离合器的实际工作情况,首先对摩擦副滑摩接触面的滑摩功率进行分析;然后在分形几何理论和油温线性变化假设的基础上,利用有限元技术对摩擦副进行模拟仿真,得到摩擦副温度场和应力场的分布特性以及两者间的关系;通过CSP摆剪液压离合器摩擦副的热-结构耦合研究,针对摩擦副在不同工作状态下的热弹性特性进行探讨,最后在摩擦副热分析基础上,利用AMEsim对摆剪液压离合器温度进行预估分析并制定相应的温控管理策略。
  通过本文的研究初步了解CSP摆剪液压离合器的性能,对于优化离合器的工作性能、提高使用寿命及工作可靠性等具有重要的指导意义。
[硕士论文] 韩青
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:叶片式液压摆动油缸(以下简称摆动油缸)的叶片密封是影响其稳定运行的关键零部件。在摆动油缸工作的过程中,密封生热——叶片密封由于摩擦和材料滞后产生的热量,导致叶片密封温度快速升高,密封面接触压力发生变化,对其密封性能和使用寿命造成严重的影响。本文以摆动油缸的叶片密封为研究对象,运用数值和有限元分析法,分别对密封生热产生的温度场和热-固耦合应力的分布展开了详细的研究。主要研究内容包括以下几个方面:
  (1)研究了叶片密封的材料特性及其多种失效形式和影响因素。
  (2)建立叶片密封的密封生热数学模型,运用MATLAB软件编程求解,得到了密封生热的分布情况。并研究了预压缩量、油压和往复速度对密封生热分布的影口向。
  (3)基于热传导理论,建立了密封生热产生温度场的数学模型,运用MATLAB软件编程求解,得到了叶片密封温度场的分布。并全面的分析了预压缩量、油压、往复速度、油温和摩擦系数等因素对温度场的影响。
  (4)建立了叶片密封热-固耦合有限元模型,仿真分析了叶片密封温度场分布情况,并结合数学模型结果进行分析对比,验证温度场数学模型的合理性。同时,对叶片密封的热-固耦合应力进行分析,得到了在温度影响下其应力和接触压力的分布情况。并通过分析了预压缩量、油压和油温等因素下叶片密封最大热-固耦合应力和最大热接触压力的分布,进而对其密封性能进行了分析。
[硕士论文] 程瑞
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:球阀是生产生活中不可缺少的一类零件,其用途广、需求大,在国民经济中占有非常重要地位。球阀的装配是球阀生产的后置工序,在其生产制造中占有重要的地位。目前,国内阀门企业在生产球阀时,由于球阀零件繁多、形状比较复杂,仍然采用密集型人工进行装配,这种方法受到工人主观因素影响较大,制约了阀门装配的质量和效率,不能满足现代生产制造自动化的发展要求,而国外的球阀自动化装配生产线已经非常先进,为此开发球阀自动装配设备来取代国外设备进口,实现技术创新,具有非常积极的现实意义。
  本文针对中国球阀装配线存在劳动工人多、劳动强度大、装配效率低、装配车间占地面积大等弊端,通过分析国内外球阀装配生产线各自的特点,提出一种结合国外先进的自动化装配线理论和国内球阀的基本装配工艺流程,根据该工艺流程来设计一台专门用于DN15mm球阀的8工位对称分布的旋转装配生产设备。
  本课题来源于企业实际需求,完成装配设备机械结构的设计,以满足所需的定位、夹紧和装配动作的要求,并通过有限元分析软件进行静力学分析,验证结构设计的合理性。并且完成装配设备控制系统的设计,进行相应的装配试验。
  本课题研发的球阀装配设备采用了现代控制技术、计算机通信技术以及CAD/CAE等设计技术,由控制系统核心PLC、人机界面、机械传动及执行机构等单元构成,具有自动装配、自动检测、自动监控等功能,整个设备具有结构紧凑、操作方便、人机交互好、劳动强度低、装配效率高、稳定性好等特点,可以完全代替手工装配球阀的传统方式,适合于在阀门行业推广。
[硕士论文] 王升斌
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:轴用挡圈又称为轴用卡簧,是一种重要的机械紧固件,其在高转速下的工作性能直接影响机械系统运行的可靠性。研究分析轴用挡圈的极限转速对于指导轴用挡圈的设计、优化和选型以及分析其工作可靠性、避免安全事故具有重大意义。本文选取德国Seeger Orbis标准轴用挡圈作为分析对象,以德标DIN471轴用挡圈标准为参考,对轴用挡圈高转速下与轴的接触状况进行了理论分析与实验研究。
  首先介绍了轴用挡圈与卡簧槽配合安装的几何结构参数。基于理论力学与材料力学基础理论,分析了非等径轴用挡圈在静态接触和动态旋转过程中的结构变化、接触状态及应力分布,发现轴用挡圈径向最厚处所受离心力最大。推导出轴用挡圈径向宽度计算公式和开口大小计算公式,并通过MATLAB软件计算了挡圈与卡簧槽内径圆轮廓以及相应的参数,利用Pro/E建模软件建立轴用挡圈三维模型,在ABAQUS有限元仿真环境中对轴用挡圈与轴的初始接触状况进行仿真,并进行了轴用挡圈与轴的静态接触点测量实验。理论、仿真与实验结果表明,轴用挡圈与卡簧槽的接触状态可简化为三点接触,由此提出了轴用挡圈与轴之间的最先脱离点假设以及相应的径向失效判据。
  基于所建立的径向失效判据,对轴用挡圈在高转速下的径向位移进行有限元仿真,依据德国弹性挡圈标准DIN471对仿真结果进行分析。结果表明,基于本文所提出的最先脱离点假设,通过仿真分析得到的轴用挡圈极限转速与DIN471标准上的数值误差均低于8%,从而验证了本文所提出的轴用挡圈径向失效判据的有效性。随后,通过将轴用挡圈与卡簧槽的内接触变换为铜片与法兰的外接触,并采用霍尔元件测速与光敏元件引发单片机外部中断的方式,建立了轴用挡圈极限转速测试方法。基于高速电主轴、变频器与铸铁工作台,搭建了轴用挡圈极限转速实验平台,并采用三种不同的实验方案对不同规格的轴用挡圈进行极限转速实验。实验结果表明,1/4圆周接触面积的轴用挡圈极限转速最接近DIN471标准参考值。最后,根据Seeger Catalog给出的轴用挡圈极限转速公式以及本文的分析对轴用挡圈极限转速的优化设计和改良提出建议。论文的研究成果对于中国轴用挡圈新国家标准GB/T894-2017的制定具有一定的参考价值。
[硕士论文] 汪涛
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:行星齿轮传动作为机械传动装置中最常用的传动方式之一,已长期应用于各行各业。行星齿轮传动以其结构紧凑、重量轻、效率高、承载大等一系列优点广泛应用于航空航天、汽车、风力发电、仪器仪表、起重机械等领域。本文基于马鞍山市科技局项目“新型机器人关节减速器”,对3K型行星齿轮传动系统进行了动态特性研究。本文针对有限元法计算齿轮啮合刚度建模复杂、效率低等问题,通过推导渐开线齿轮精确齿而方程,利用APDL与UIDL语言对ANSYS进行二次开发,便于高效计算齿轮啮合刚度。针对3K型行星齿轮传动系统多啮合角、多变位的复杂性,采用集中质量法建立了通用的3K型行星齿轮传动动力学模型并对模型进行了数值仿真,所建模型可适用于任意几何参数下系统的动态特性分析。同时,本文针对行星轮系中双联行星轮的特殊结构,提出了双联行星轮角度偏差的建模方法,研究了双联行星轮角度偏差对系统均载特性的影响,总结了含双联行星轮角度偏差下系统各参数对系统均载特性及其分岔与混沌的影响规律。
  本文研究了双联行星轮角度偏差的表示方法,以典型3K-Ⅰ型行星齿轮传动系统为算例分析了误差及转速对系统均载特性及周期稳定性的影响,得到了系统的幅频特性曲线及分岔图。所做工作有利于更加深入研究复杂行星轮系动力学行为。
[硕士论文] 刘伟炜
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:蜗轮蜗杆是现代机械中应用广泛的一种传动机构,它具有单级传动比大,传动平稳,噪声小以及能够自锁等特点,而精密蜗轮蜗杆作为精密分度或精密运动机构,可以应用于齿轮加工机床、精密分度的加工中心、精密转台及仪器仪表等场合,作为精密机械之王的光栅刻划机,分度系统中的蜗轮蜗杆是其重要组成部分之一,对光栅刻划机工作精度起着重要作用,因此光栅刻划机中的蜗轮蜗杆精度设计十分重要。
  针对蜗轮蜗杆公差建模问题,分析了基于公差域的公差分类方法,给出了基于小位移旋量理论(Small displacement torsor,SDT)的公差数学建模理论,用基于SDT的变动方程和约束方程对公差进行建模,建立包含中心距偏差、轴交角偏差及中间平面偏差在内的蜗轮蜗杆公差数学模型。
  基于该模型,将SDT旋量参数变动定义为模型的设计变量,然后对这些设计变量分配相应的变动量,运用蒙特卡洛法进行抽样以模拟实际加工情况,生成变动实例参数,用统计试验法来实现基于SDT的公差数学模型的公差分析。
  基于传统成本-公差模型以及SDT模型,构建了以各偏差参数为变量,以加工成本最小为优化目标的蜗轮蜗杆公差优化模型,针对该模型,采用了遗传算法对中心距偏差、轴交角偏差、中间平面偏差进行了优化,得到各偏差最优解,最终通过偏差域到公差域映射,获得公差最优解。
[硕士论文] 庞席德
机械制造及其自动化 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本文对比了谐振型压电马达和非谐振型压电马达的特性,基于纵-纵复合压电马达的原理设计了一种兼并以上两种压电马达优点的新型分离式弯-弯复合压电马达。主要研究内容如下:
  (1)分析了压电陶瓷的特性,介绍了压电效应和压电参数,并根据本文所设计马达的特点在几种常用的压电陶瓷中选择了最合适的压电陶瓷。
  (2)详细分析了纵-纵复合型压电马达的动作原理,提出分离式弯-弯复合压电马达的设计思想。详细介绍了以机械方波驱动新型压电马达的动作原理,方波驱动的压电马达具有更优良的特性;最后又从理论角度解释了合成方波的原理。
  (3)设计了两种分离式弯-弯复合压电马达,利用有限元法研究了匹配两端固定梁第一阶弯振和第三阶弯振频率比为1∶3的方法。然后分析了Ⅰ型压电马达的优缺点,发现其结构有设计缺陷;基于这种缺陷,又设计了Ⅱ型压电马达;并且利用有限元法针对其压电悬臂梁对加工精度要求过高的问题进行了研究。
  (4)首先利用实验验证了以上降低压电悬臂梁精度要求的方法;然后对不同驱动位置和被驱动位置的压电马达的工作特性进行了研究,选择了最佳驱动位置和被驱动位置;研究了单一正弦波驱动时的负载特性,当定子电压为140V,动子电压为100V时,其空载速度为3.35mm/s,最大牵引力为3.96N;分别研究了改变定子和动子电压对近似方波驱动的压电马达的空载特性的影响,实验结果显示当动子激励电压一定时(小于180V)马达空载速度随定子激励电压的增大而增大,当定子激励电压一定时且动子激励电压小于180V时,马达空载速度也随着动子电压的增大而增大,当动子激励电压大于180V时马达空载速度基本保持不变;研究了当定子和动子的基频激励电压分别为140V和100V时马达的负载特性,其空载速度为6.62mm/s,最大牵引力为3.6N;最后对比了正弦波驱动与合成方波驱动的压电马达的负载特性,当负载比较小时方波驱动的压电马达速度更高,而随着负载力的增大其速度下降的更迅速,其最大负载能力也更小。且验证了方波驱动的压电马达效率更高的结论。
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