基于Ansys Workbench的装置过盈配合有限元分析

为了掌握装置过盈配合方法和技术,使用Ansys Workbench分析软件对其进行有限元分析。首先,创建出不同过盈量的三维模型,其次进行边界条件设置及网格的划分,再次进行求解参数设置,最后对其进行计算处理。经过后处理分析,得到不同过盈量的装置变形图、Von Mises应力图和接触压强图,并对其进行分析,基于接触区域提取到的反作用力经公式计算得到不同过盈量的活塞运动推力近似值。通过本次有限元分析得到的数据和规律,可为过盈配合装置设计和装配提供技术支撑,为过盈物体的取出方式提供一种方法作为参考。

中径过盈量对AG6×1螺纹副应力分布和安装扭矩影响研究

采用有限元仿真手段,研究不同中径过盈量下AG6×1过盈螺纹副应力分布、危险截面以及安装扭矩,并通过实验测试了不同中径过盈量下AG6×1过盈螺纹的安装扭矩。通过有限元仿真计算可得:当AG6×1过盈螺纹中径过盈量大于0.030 mm并小于0.060 mm时,其铸造镁合金(ZM6)基体上应力大于176.0 MPa,小于278.9 MPa,位于ZM6弹塑性变形范围,即AG6×1过盈螺纹达到预紧状态;AG6×1过盈螺纹中径过盈量和施加的安装扭矩范围分别为0.030~0.060 mm和5.83~11.19 N·m;AG6×1过盈螺纹副旋合的第一个螺纹小径处承载应力最大,是最容易失效部位。实验结果显示,通过有限元计算得到的安装扭矩值与实测的安装扭矩值近乎一致。

过盈配合工况下收缩管吸能特性分析及结构参数优化

轨道车辆收缩管在轴向冲击载荷及过盈配合下的吸能特性是吸能结构研究中的重要课题,其吸能过程依靠收缩管与锥形衬套之间的摩擦做工及收缩管的塑性变形实现,过盈配合通过影响收缩管与衬套间的接触力提高收缩管的能量耗散。为提高收缩管的吸能特性,研究过盈配合对吸能能力的影响,采用试验与有限元模型相结合的方法,基于多目标优化算法获取包括过盈量在内的收缩管最优结构参数。进行空心轴与轴套过盈静压试验,验证接触力理论公式的正确性;利用台车冲击试验研究收缩管碰撞过程中的吸能特性,构建有限元模型进行验证;推导过盈配合条件下收缩管接触表面压力的理论模型;使用全因子和Hammersley设计方法对过盈配合工况下收缩管结构参数进行研究,包括厚度(T)、过盈量(I_(ntf))、锥角长边(α_(x))和收缩比(R_(atio))。基于此,利用移动最小二乘法(MLSM)构建峰值力(PCF)、比吸能(SEA)和平均力(MCF)的近似模型。主效应分析表明,收缩比对PCF、SEA和MCF的影响最为显著。以获取最小PCF、最大SEA以及MCF最接近设计要求650 kN为优化目标,进行全局响应面(GRSM)优化,获得最优结构配置,与初始设计相比,SEA提高28.54%,PCF降低12.37%。代理模型最优解得出的MCF与有限元模型误差为2.01%,证明构建的代理模型具有较高的精度,可用于优化计算。优化后的结构有效提高了收缩管的吸能能力,降低了碰撞的初始峰值力。

增压器钛铝涡轮过盈连接结合强度研究

轻质钛铝(TiAl)涡轮能够显著提高涡轮增压发动机的动力性能,而TiAl涡轮与K418过渡体之间的过盈连接失效问题对增压器安全运行有重要影响。考虑了TiAl涡轮和K418过渡体材料非线性、损伤准则,建立了TiAl涡轮过盈连接强度有限元模型,通过拉伸试验验证了该模型的准确性。在此基础上,构建了接触应力与摩擦系数的关系公式,并探索了温度和高温条件下转速对TiAl涡轮过盈连接强度的影响。结果表明:在400~700℃时,随着温度上升,结构过盈界面接触应力衰减呈上升趋势,过盈连接强度下降幅度增加;在高温条件下,转速越大,过盈连接强度下降幅度越大。

过盈连接结构优化设计探讨

过盈连接结构简单、定心精度高、可承受轴力扭矩等载荷,可靠性高,广泛应用于机械行业各领域。研究过盈连接设计理论和优化设计方法,对实际工程问题具有一定的指导作用。本文基于厚壁圆筒理论,分析了弹性和弹塑性状态下结合面压力、应力和过盈量之间的关系;然后基于上述分析结论,在弹性范围内,对几种过盈连接结构优化设计问题进行了探讨,提出了几种优化设计方法。通过优化设计,可以提高过盈连接中的结合面压力,提高连接强度,合理分配过盈连接结构结构参数,进而提高过盈连接的性能,满足实际工程应用中的要求。

过盈配合织构界面间渗流润滑对拆解损伤的影响

过盈配合件拆解时极易发生摩擦损伤,研究发现在过盈配合界面上添加激光凹坑织构,可显著降低拆解损伤。但由于添加织构的过盈配合界面拆解仍为干摩擦拆解状态,当过盈量过大时,织构化界面仍会形成较严重的拆解损伤。为此,基于岩石渗流原理,文章采用渗流试验将润滑剂引入配合面,实现过盈配合面的润滑拆解,并通过拆解实验分析大过盈量拆解时配合面的损伤情况。结果表明:过盈配合界面上加工出保留熔融层的凹坑织构,在一定渗流条件下可以将润滑油引入配合面中,形成边界润滑或混合润滑状态,且蜂窝织构的渗流效果较为突出;在大过盈量状态下,当接触压力为200 MPa时,有熔融层蜂窝织构干摩擦拆解相较于无织构拆解能够减小拆解损伤,但最大损伤深度仍有76.7μm;而有熔融层蜂窝织构渗流润滑拆解与有熔融层蜂窝织构干摩擦拆解相比,拆解损伤明显降低,可达到无损拆解。

考虑过盈配合的抗侧滚扭杆寿命预测

抗侧滚扭杆用于提供限制车辆侧滚角度的侧滚力矩,可以提升列车运行的平稳性和安全性。文章以某型动车组用抗侧滚扭杆为研究对象,在考虑抗侧滚扭杆的扭杆轴与扭转臂过盈配合的前提下,基于FKM准则对抗侧滚扭杆进行静强度和疲劳寿命评估。结果表明,该抗侧滚扭杆在极限载荷和疲劳载荷工况下的利用度均小于1,同时满足静强度要求和疲劳寿命要求。

潜孔冲击器钎头合金齿装配过盈量分析

潜孔冲击器钻进效率高成孔质量好广泛应用于各类成孔作业。冲击器工作过程中钎头受到活塞的高频次撞击和地层的反扭矩作用,钎头掉齿是主要失效问题。根据某石灰石矿场钎头的掉齿失效,分析了合金齿掉齿失效机理,基于厚壁圆筒理论、Tresca屈服条件和全增量理论等理论,分析并计算合金齿极限过盈量,确定过盈量合理范围。通过有限元仿真,模拟分析合金齿过盈装配过程。研究表明,过盈量不够导致固齿力小于脱齿力是发生掉齿的主因,通过分析对比理论计算与仿真模拟结果,得到合金齿装配优选过盈量为0.065 mm,能有效防止掉齿、脱齿现象发生。改进的钎头投入使用后,使用寿命较上一代有较大提升,对后续潜孔冲击器的设计与应用有一定的指导意义。

过盈配合径向压力经典计算与仿真分析对比

过盈配合在机械结构中应用广泛,其径向压力决定了过盈连接能够承受的转矩和轴向载荷。经典公式计算过盈配合的径向压力需带入包容件和被包容件的弹性模量、泊松比、内外径以及公称直径,计算过程冗长,而仿真分析计算十分便捷且计算结果准确。本文以公称直径为φ160的三种经典基孔制过盈配合为例,通过经典计算方法和有限元仿真方法分别计算其径向压力并进行对比。经计算对比分析经典计算方法和有限元仿真方法得出的结果基本吻合,其差值百分比在6%以下。可见按照本文所设置的边界条件用仿真分析方法得到的径向压力已具有较高的精度。

考虑轮轴过盈配合的地铁车轮踏面制动温度场和应力场研究

【目的】地铁车轮受力复杂,不仅受轮轨耦合力和轮-轴过盈配合产生的接触压力的影响,还受制动过程中产生的热载荷的影响。【方法】以某单S型辐板地铁车轮为研究对象,在ABAQUS软件中建立了地铁车轮有限元模型,分析了轮轴过盈配合对车轮在直线工况下机械应力分布的影响。建立了道岔工况下车轮踏面制动时的热-力耦合模型,采用直接耦合法研究了车轮温度场和应力场的变化规律,研究了不同磨耗量下车轮的机械应力和热-机耦合应力对车轮结构强度的影响。【结果】结果表明:制动时热载荷主要影响靠近踏面的结构部分,靠近轮毂部分受轮轴过盈配合影响大;新车轮与磨耗到限车轮辐板处的耦合应力最大相差69.3 MPa;车轮直径在820~840 mm区间内耦合应力比较稳定,浮动只有9.1 MPa.【结论】该研究为地铁车轮结构设计提供了科学的依据,对地铁车轮的维护工作具有良好的指导作用。

基于反向传播神经网络的增压器涡轮转子过盈连接结构优化设计

针对钛铝合金涡轮与K418合金套的过盈连接结构存在的应力问题,以涡轮转子过盈连接结构为研究对象,设计型线结构并建立过盈连接结构应力预测模型,基于过盈连接结构应力预测模型分析不同型线对应力分布状态的影响。研究结果表明:过盈连接结构应力预测模型具有较高的精度,对平均接触应力的预测误差为0.67%,对最大Mises应力的预测误差为8.25%。采用过盈连接结构应力预测模型得到的型线优化设计方案使涡轮轴最大Mises应力减少了42.01%,而平均接触应力只减少了10.22%,增压器涡轮转子过盈连接结构可靠性显著提高。

过盈联结过盈量的计算与修正

为保证过盈联结的工作可靠性 ,确定过盈联结的过盈量除了考虑所传递的载荷以外 ,还应考虑其他条件因素对过盈的影响 ,以合理计算联结过盈 ,在满足联结件材料强度的前提下 。

基于扭矩分配的高压转子过盈配合静态传扭能力设计方法

以航空发动机高压转子过盈配合结构为研究对象,开展静态传扭能力验证试验,结合试验结果提出一种高压转子过盈配合静态传扭能力设计方法,为航空发动机过盈配合传扭能力设计提供理论和数据支撑。基于设计参数、仿真分析和工程经验,确定影响高压转子过盈配合静态传扭能力的主要因素包括过盈量、摩擦系数和装配工艺;根据影响因素设计高压转子过盈配合静态传扭能力试验和摩擦系数试验方案,获取在有润滑和无润滑条件下的过盈配合静态传扭能力和摩擦系数;根据试验结果对设计方法进行修正,最终确定了一种基于扭矩分配的高压转子过盈配合静态传扭能力设计方法。结果表明:基于扭矩分配的高压转子过盈配合静态传扭能力设计方法的分析结果与试验测量结果的吻合度为91%~98%,具有较好的一致性。该研究为航空发动机高压转子过盈配合设计和静态传扭能力的考核提供了有价值的试验方案和分析方法。

过盈量对NGW行星齿轮-轴承配合面微动滑移的影响

行星齿轮传动系统常用于高精度和高可靠性的减速场合。在传动过程中,行星齿轮与其轴承的过盈配合面处极易产生微动滑移现象,导致局部应力状态产生周期性变化,从而引发微裂纹产生,继而加剧微动磨损,最终导致裂纹和微动疲劳破坏。通过Ansys Workbench软件进行接触有限元计算,获得行星轮内孔和轴承外圈配合面的滑移量和应力分布情况,在此基础上对不同过盈量对应的滑移数值与过盈量对配合面微动滑移的影响规律进行分析。结果表明:在额定载荷下,随着初始过盈量增加,行星齿轮内孔和轴承外圈配合面径向应力亦随之增加,而最大滑移量逐渐减小;当过盈量超过合理范围时,其数值的进一步增大会导致过盈配合面应力集中,微动滑移量变化趋势发生了反转。因此,最佳过盈量的选取对微动滑移现象影响显著。在满足传动扭矩的前提下,合理选取过盈量可有效降低维修次数与运行成本,从而提升行星轮使用寿命。

特殊螺纹接头上扣螺纹过盈量设计

针对特定工况要求设计的低钢级、薄壁油管特殊螺纹上扣扭矩较低问题,首先采用蒙特卡洛方法对不同加工偏差组合的接头进行有限元模拟分析,得到上扣螺纹过盈量与台肩扭矩的线性关系,由此初步确定满足工况要求的上扣螺纹过盈量设计值。然后利用实物上卸扣方法进行了试验验证。结果表明,利用有限元方法可快速分析实际特殊螺纹接头在不同上扣螺纹过盈量下的台肩扭矩分布,最大台肩扭矩与实物上卸扣试验结果基本一致。

超声振动辅助压装技术在过盈配合中的应用及性能优化

在过盈配合过程中,为使接触面配合更加紧密并减小接触面之间的磨损,设计了超声振动辅助压装结构。根据变幅杆输出端与压装件匹配,确定了变幅杆尺寸;通过改变振子型号和数量调节压装装置的超声振动频率与功率。结果表明:引入超声振动后,轮毂内表面压装应力减小了20%,轴承外表面应力减小了17%;随超声频率和功率的提升,压装力减小了10%~20%,超声振动功率越大,频率越高,过盈配合所需的压装力就越小。压装过程引入超声振动有效改善了过盈配合的连接性能,减少了连接面的界面损失。

螺杆马达过盈量对输出性能影响研究

螺杆马达是螺杆钻具的动力来源,其定转子之间的过盈量对螺杆马达的工作性能和使用寿命起着至关重要的作用。文中提出了螺杆马达性能评价准则,建立了螺杆马达流固耦合三维有限元模型,基于显式非线性瞬态动力学对0.1 mm、0.2 mm和0.3 mm这3种过盈量螺杆马达的接触力值、机械效率、容积效率、密封腔成腔稳定性进行了有限元分析。结果表明:随着过盈量的增加,定转子接触力值逐渐增大,螺杆马达容积效率逐渐升高,机械效率逐渐降低,高负载情况下0.2 mm过盈量螺杆马达密封腔稳定性较好,并且马达整体性能最好,在较低负载情况下,0.1 mm过盈量螺杆马达密封腔稳定性较好,其整体性能较好。研究结果可为螺杆马达的过盈量设计以及优选提供一定的参考。

复合材料过盈铆接结构吸湿老化行为研究

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymers,CFRP)中碳纤维与基体的性能差异较大,并且树脂基体对湿度敏感,在潮湿环境中服役的复合材料铆接结构的力学性能与实验室环境状态下时存在较大差异。本文中设计了吸湿老化试验,使用詹茂盛模型对试验数据进行拟合,获得了CFRP吸湿老化状态下力学性能的变化规律,同时还研究了老化后材料的失效机理。基于这个预测模型建立了不同装配条件下复合材料铆接结构的吸湿老化有限元仿真模型,并通过试验验证模型的准确性。通过有限元仿真和试验结合的手段探究了吸湿老化和装配方式对复合材料以及整个连接结构承载性能和失效机理的影响规律。

航空发动机过盈配合转子装配过程研究

为提高航空发动机过盈配合转子连接质量,确保装配后转子配合止口端面完全贴合。本文利用有限元分析软件ANSYS对装配过程进行数值仿真,对过盈配合转子装配过程中的温度场、变形情况及配合止口摩擦力进行计算,分析压紧力与配合止口端面间隙大小的关系,并设计相应试验进行验证。数值计算和试验分析结果表明:转子恢复室温过程中施加轴向压紧力可以有效消除配合止口端面间隙,在压紧力大于配合止口摩擦力的情况下,随着压紧力的增大,转子装配的重复性和质量均有所提高。

多层护套电机转子的过盈量分析及装配工艺

针对高速储能飞轮电机转子的设计与优化问题,提出了一种多层护套结构,以提高电机转子在高转速下的稳定性和安全性。首先,根据电机转子的工作条件和性能要求,选择了合适的材料并设计了电机转子的主要结构尺寸。接着,制定了过盈量设计的准则和方法,确保了电机转子各部件之间在静态和动态条件下均能保持足够的接触压强,避免了高速旋转过程中的剥离现象。通过有限元仿真分析,验证了所设计的过盈量能够满足材料的强度要求,确保了结构的完整性和可靠性。此外,还制定了一套详细的电机转子装配工艺流程,并通过热变形和应力分布的仿真分析,验证了各装配工序的可行性。特别是在轴装配的最后阶段,通过优化过盈量,简化了工艺难度,提高了装配效率和质量。研究成果为高速储能飞轮电机转子的设计和制造提供了重要的理论支持和实践指导,对提升电机的整体性能和可靠性具有重要意义。