卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulerian多相流模型、RNG kε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率。在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律。研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳。

阿基米德斜撑离合器楔块型面修形设计及其性能分析

在建立不同初始内楔角阿基米德型面模型基础上,对离合器接触性能(Hertz应力、周向应力、总变形)进行了分析,并与三圆弧型面离合器进行了对比。为了提高阿基米德型面斜撑离合器承载性能,通过增大其初始内楔角对阿基米德楔块型面进行修形,并对修形后离合器的接触性能进行了分析。分析结果表明:增大修形系数μ能减小接触应力,提高离合器强制连续的临界扭矩。此外,从自锁条件分析得到了最大修形系数μ_(max)。

不同摩擦条件对强制连续约束型离合器工作性能的影响

采用有限元和动力学分析方法,探讨强制连续约束(Positive-continuous-engagement,PCE)型离合器在不同摩擦条件下的力学特性;在Marc平台上建立由楔块和内外环组成的离合器的三维有限元模型,分析楔块与内外环的接触强度特性,得到等效Mises应力和法向应力在不同的摩擦因数下的分布曲线图及接触时的最大应力位置。采用ADAMS对该离合器进行动力学仿真,得到该离合器在不同摩擦因数下的楔合时间、楔入冲击力及稳态楔合力参数的曲线图。结果表明,若摩擦因数选得太小,接触区域变成滑动区域,离合器无法进入摩擦自动锁紧状态,在满足自锁条件下,随着摩擦因数的增大,各接触应力值变化不大,但磨损区域会变大,最大应力发生在楔块内凸轮面上。摩擦因数的变化对楔合时间影响较小,摩擦因数的增大会降低楔入冲击力,可以减少离合器低周疲劳失效,延长离合器寿命,为PCE型离合器设计及失效研究提供了重要依据。

变截面弹簧设计及其刚度特性分析

根据超越弹簧离合器高速化,轻质化的应用需求,在弹簧扭矩变化规律分析基础上,基于等强度原理,得到了弹簧截面的变化规律和弹簧螺旋线方程。应用MATLAB和Pro/E建立了变截面弹簧的三维数值模型。采用有限元方法,对弹簧离合器在传递过程的应力和弹簧的径向、轴向、扭转刚度特性进行了分析。结果表明:设计的变截面弹簧在传递扭矩过程中,应力均匀,变截面弹簧达到了轻质、等寿命的设计要求;弹簧的径向刚度呈非线性,而扭矩刚度和轴向刚度呈线性。

单圆弧PCE型离合器楔合过程力学特性分析

运用有限元和动力学分析方法,针对单圆弧PCE型离合器的接触状态进行了动、静力学分析;在Marc平台上建立了由楔块和内外环组成的PCE型离合器的三维有限元模型,通过分析,得到了各接触体的等效Mises应力、法向应力和接触变形,结果表明,单圆弧型离合器的接触应力和变形相对较大。通过Admas对PCE型离合器的动力学仿真,得到了离合器的楔合时间、楔入冲击力及稳态楔合力等参数。结果表明,单圆弧型离合器楔合时间长、楔入冲击力大、稳态楔合力大。由有限元和动力学计算的结果和解析法一致,证明了有限元和动力学模型的正确性。

基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面分区修形方法

为预控双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮的啮合性能,研究基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面修形方法。用大轮理论齿面展成得到小轮共轭齿面,基于预设的对称抛物线传动误差和接触迹,将齿面划分为小端、中间接触区、大端共3个区域,并基于局部共轭原理沿啮合线方向对3个区域进行3段抛物线修形,得到目标齿面;采用Ease-off齿面接触分析方法,对得到的目标齿面啮合性能进行分析。研究结果表明:传动误差的形状、幅值、接触迹线与接触印痕达到预置要求;分区修形方法为双重螺旋法加工的齿轮工作齿面、非工作齿面同步分区修形优化提供了新途径。

阿基米德曲面楔块的PCE型离合器动力学特性分析

根据离合器设计理论,设计了阿基米德曲面楔块的PCE型离合器和单圆弧曲面楔块的PCE型离合器。在对两种PCE型离合器进行三维几何造型基础上,建立其动力学模型,对比分析了阿基米德曲面楔块的PCE型离合器与单圆弧曲面楔块的PCE型离合器的楔合时间、楔入冲击力及稳态楔合力等参数,结果表明阿基米德曲面楔块的PCE型离合器具有楔入迅速、冲击较小、稳态楔合力小的特点,具有较好的综合性能。文中研究为阿基米德曲面楔块的PCE型离合器的设计及应用提供了重要依据。

一种磨粒在线监测传感器的设计及其特性分析

磨损失效占机器零件的失效形式中的 70 %以上 ,磨粒隐含着机械装备运行状态的大量信息 ,而大磨损金属颗粒是加速大型机械设备磨损的重要因素。目前 ,我国在大磨损金属颗粒在线检测研究方面还比较欠缺。本文应用电磁感应监测原理 ,设计分析了一种螺线管式磁感应大磨损金属颗粒在线监测传感器 ,并用 ANSYS电磁 -电路耦合场仿真该传感器的监测机理 ,验证了设计原理的可行性 ;确定了影响传感器性能的关键因素 ,同时确定了传感器的几组几何尺寸和性能参数 ,为该种传感器的研制奠定了良好基础。

机床调整误差对螺旋锥齿轮齿面影响的研究

根据准双曲面大轮成形法加工原理及Denavit-Hartenberg齐次变换矩阵,建立准双曲面大轮凸面的齿面方程,并对齿面进行网格划分,推导出齿面误差的求解模型,最后根据实际加工中大轮的加工参数,仿真研究了各个调整参数扰动时的差曲面图。结果表明:垂直刀位与齿形角对齿面的面锥与小端附近的误差比较敏感;水平刀位与水平轮位对齿面的根锥与大端附近的误差比较敏感;轮坯安装角对齿面的面锥与大端附近的误差比较敏感。

20CrMo材料本构模型及其有限元模拟

基于Johnson-Cook材料热-黏塑性本构模型,通过准静态压缩力学实验确定20CrMo材料的本构模型应变强化项系数;通过正交切削实验并运用Oxley-Welsh切削理论分析确定模型的应变速率和热软化效应系数,由此建立20CrMo材料的热-黏塑性本构模型。在此基础上,以剪切失效为切屑分离准则,仿真分析正交切削条件下的切削温度及切削力。对比仿真结果与切削实验测试结果可知:最大相对误差在20%以内,说明仿真分析较精确,也说明了建立的20CrMo本构模型有较高的准确性。

超越弹簧离合器的摩擦磨损特性分析

超越弹簧离合器可用于高速直升机传动系统,具有简单、可靠、质轻的特点。离合器依靠弹簧和输入、输出壳体的摩擦来传递扭矩,在正向传递动力过程中要满足的自锁条件下,分析了超越弹簧离合器接触条件下的最小摩擦系数,同时研究了弹簧离合器用材料4Cr5Mo Si V钢的摩擦系数随表面粗糙度的变化规律,结果表明摩擦系数随着表面粗糙度的增加,先减小后增大,Ra存在一最佳值,在此Ra值下,摩擦系数最小;由于在反向超越过程中,磨损是超越离合器一直存在的问题,基于Archard磨损计算模型,利用组合磨损计算方法,得出了超越弹簧离合器的磨损寿命。

螺旋锥齿轮磨齿温度场研究与应用分析

根据螺旋锥齿轮的数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热应力和热变形。实例和试验分析表明:磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其他各点的瞬态温度,随位置、时间以及其他影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素的影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其他条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。

PCE超越离合器弹簧的磨损及疲劳寿命分析

PCE超越离合器的弹簧运动、受载复杂,其寿命直接影响离合器的可靠性。文中采用动力学仿真方法对离合器接合及稳定传动阶段弹簧与楔块的相对速度进行了分析,基于Archard磨损模型计算获得了离合器接合瞬态与稳定传动两种状态下弹簧磨损断裂的时间。通过有限元方法分析了离合器接合状态下弹簧应力,采用Manson-Coffin模型对弹簧疲劳寿命进行了预测。研究结果表明:弹簧最大应力出现在弹簧与楔块侧槽接触处;弹簧疲劳裂纹产生寿命长于磨损断裂寿命,即弹簧的寿命取决于磨损。文中研究可为PCE离合器中弹簧的设计提供依据。

螺旋锥齿轮齿面粗糙度对其乏油润滑寿命的影响

为揭示螺旋锥齿轮真实齿面粗糙度与失油啮合条件下乏油寿命间的关系,根据微分几何与啮合原理,计算啮合点的弹流润滑参数;建立考虑齿面粗糙度影响的弹流膜厚方程,借助有限元方法求解Reynolds方程得到啮合过程中各啮合点的法向正压力和弹流润滑中心油膜厚度;通过修正螺旋锥齿轮光滑齿面的乏油寿命预测公式,计算不同粗糙度表面参数下的螺旋锥齿轮乏油寿命,分析粗糙度表面参数对其寿命的影响规律。结果表明,结果表明,失油条件下齿面啮合乏油润滑寿命较短,在合适的范围内,增大齿面粗糙度能提高乏油寿命,且相对光滑齿面,粗糙接触齿面油膜分布较均匀。

基于温度场的磨齿热特性研究

根据七轴五联动螺旋锥齿轮磨齿机的结构模型和数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热特性。实例分析表明,磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其它各点的瞬态温度,随位置、时间以及其它影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其它条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。这些研究为控制螺旋锥齿轮磨削质量以及磨齿热变形的修形提供了依据。

双重螺旋法加工螺旋锥齿轮齿面的主动设计

为解决双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮接触区难调整的问题,根据螺旋锥齿轮加工的创成模型获得小轮共轭齿面,然后通过预置配对齿面的啮合性能,对小轮共轭齿面进行修形获得满足预置啮合性能的目标齿面;以小轮结果齿面与目标齿面偏差平方和最小为目标,将小轮加工参数调整量作为变量,考虑约束条件建立了优化模型,采用非线性约束优化求解的方法求解。最后以双重螺旋法加工的8×43的准双曲线齿轮副修型为例,通过数值计算和滚检试验来验证双重螺旋法加工齿面的主动设计方法有效性。

不同接触摩擦条件下超越弹簧离合器接合特性分析

运用有限元和动力学分析方法分析了新开发的大功率高速弹簧离合器在不同摩擦系数下的接合动态特性;在Abaqus平台上建立了由弹簧和输入输出壳体组成的弹簧离合器三维有限元模型,分析得到了不同摩擦系数下离合器的响应时间、接合时间、弹簧内外圈的Mises应力、径向位移。结果表明,设计的变截面弹簧离合器响应速度快,弹簧稳态接合后的Mises应力分布较均匀,且弹簧中部圈还未完全与壳体内壁接触,离合器承载能力还有一定裕度。此外,弹簧与壳体间摩擦系数对离合器接合时间、响应时间影响不大,对弹簧Mises应力有影响,对弹簧的径向位移影响明显。

延伸外摆线齿准双曲面齿轮接触特性有限元分析

针对车辆运行的几种工况(正车、倒车、空挡前行、空挡后退),在摆线齿准双曲面齿轮三维几何建模基础上,采用有限元方法对准双曲面齿轮动态接触进行仿真,获得了不同运行工况下齿面接触面积、接触力的变化特征。仿真结果表明,小轮轮齿凹面驱动大轮轮齿凸面的驱动方式(正车)下,齿轮接触面积和接触力较稳定,动态啮合性能和传动性能较好,而车辆空挡运行时啮合稳定性较差,对齿轮的损伤将增大。

弧齿锥齿轮啮合过程弹流润滑最小润滑油膜厚度分析

根据弧齿锥齿轮切齿加工原理,建立弧齿锥齿轮的齿面方程。并利用空间几何原理,将大小轮齿面方程放在同一个坐标系中进行啮合点计算得到啮合点在齿面上的位置分布。利用微分几何原理求得大小轮齿面啮合点处的法曲率和齿面卷吸速度等弹流润滑重要参数。用MATLAB软件编程计算,并用PRO/E三维软件建立几何模型。采用ABAQUS有限元分析软件,数值计算啮合过程中的油膜压力。基于Dowson-Higginson最小油膜厚度模型计算得到了光滑齿面不同啮合速度条件下弧齿锥齿轮啮合过程最小油膜厚度。

强制连续约束超越离合器楔块疲劳寿命分析及楔块结构优化

针对强制连续约束超越离合器楔块易产生疲劳损伤的问题,以弹性理论为基础,采用分步迭代法分析了超越离合器楔块与内外环的接触应力;在分析楔块疲劳特征的基础上,采用Manson—Coffin方程对楔块低周疲劳寿命进行了计算;以提高楔块疲劳寿命、降低楔块接触应力为目标,对楔块截面几何参数进行了优化。