高速重载大行程运动升降平台设计及实现

[目的]为满足恶劣海况下舰船的大幅运动模拟需求,开展高速、重载、大行程运动升降平台的研发工作。[方法]针对运动平台的重载、高速及变参数特点,基于Adams仿真平台对采用重量平衡、4钢缆同步伺服驱动的高速升降平台进行动力学仿真分析,提出一种基于模糊PID控制的多电机同步驱动控制系统,并基于控制特性相似原理研制了1∶14的缩比高速升降平台。[结果]通过平台的响应特性试验,验证了控制系统具有同步性强、控制精度高的优点,运动平台可以良好地模拟恶劣海况下舰船的升沉运动。[结论]所设计的重量平衡、4钢缆同步伺服驱动的高速升降平台可填补舰船大幅升沉运动模拟领域的空白,并对类似运动模拟器的研发具有参考意义。

火箭橇滑块高速重载磨损行为的研究进展

火箭橇试验是高超声速技术领域的技术基础,已成为世界范围内高端装备博弈的热点之一,开展火箭橇系统的运维与损伤控制研究尤为重要。作为火箭橇与火箭滑轨连接的纽带,滑块是火箭橇试验在高速重载工况下可靠服役的关键。火箭橇滑块在特定服役工况下的磨损,威胁着火箭橇试验系统的可靠运行和长寿命服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的主要技术瓶颈。因此,开展火箭橇滑块高速重载磨损行为研究具有重要的理论价值和工程意义。本文首先介绍了国内外火箭橇试验系统的发展沿革与现状;进而,基于试验、模拟仿真、试验与模拟仿真结合,综述了火箭橇滑块高速重载磨损行为的研究进展。最后,着眼于模拟手段、高性能新型金属材料设计与制备、表面防护涂层等展望了解决火箭橇滑块磨损的可行途径,旨在为极端工况下材料服役损伤行为与控制技术提供借鉴与参考。

0Cr18Ni9Ti-U71Mn摩擦副高速重载磨损行为的数值模拟

火箭橇是在专用轨道上利用火箭发动机作动力推动火箭滑车高速前进以获取试验测试数据的动态试验装备.火箭橇滑块在高速重载服役条件下的磨损严重威胁着火箭橇的可靠运行和服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的技术瓶颈之一.本文作者基于Archard磨损模型和弹塑性变形理论,利用有限元开展了0Cr18Ni9Ti-U71Mn火箭橇摩擦副在高速重载下磨损行为的数值模拟.0Cr18Ni9Ti为火箭橇滑块,U71Mn为火箭橇滑轨,在模拟速度为300、340和380 m/s以及载荷为2、3和4 kN,模拟了高速重载下滑块磨损特性的演变过程.结果表明:增加载荷或速度均出现了前端效应,致使前端区域更容易发生磨损.增加载荷不利于磨损阶段从初始磨损向稳定磨损的转变,而增加速度却能够起到促进作用.随着载荷的增加,滑块的磨损深度随平均接触压力的增大而显著上升;但随着速度的增加,平均接触压力呈现下降趋势,滑块磨损深度缓慢增大.高速重载条件下,通过控制载荷可以有效减少火箭橇滑块的磨损,延长滑块的服役寿命.

齿廓修形对高速重载齿轮胶合强度的影响

为了研究齿廓修形对高速重载齿轮胶合强度的影响,根据齿轮齿廓修形的基本理论与概述,建立了高速重载齿轮齿廓修形模型,对齿廓修形三要素进行概述,建立了高速重载齿轮胶合强度仿真模型,确定载荷分配系数,进行MATLAB编程。研究表明,相比于未经修形的齿轮来说,经过齿廓修形的齿轮,齿面瞬时温度相对趋势的变化更小,胶合承载能力更大,胶合强度更高,为高速重载齿轮的齿廓修形的优化设计提供了一定的理论依据。

高速重载齿轮齿面闪温变化特性分析

以一对高速重载条件下的渐开线圆柱直齿齿轮副为分析对象,以Blok瞬时温升法则为计算依据,推导了啮合线上任意啮合点处的闪温计算公式,综合分析了不同的齿轮传动参数对齿面闪温的影响,并利用MATLAB对多个传动参数下齿面闪温沿啮合线的分布特性进行了数值分析。结果表明,增大模数、齿宽、压力角以及降低转速、转矩可以在一定程度上降低齿面闪温,研究结果可以为提高齿轮胶合承载能力和使用寿命提供一定的理论依据。

高速重载静压推力轴承润滑性能研究

以某高速重载数控5m立车的环形腔静压推力轴承为对象,对其润滑性能进行了研究,推导出静压承载力与油膜厚度的关系式。依据计算流体力学(CFD)理论,采用ANSYS ICEM CFD和ANSYS CFX软件对环形腔静压推力轴承内部流体压力场、温度场和速度场进行了仿真计算,通过改变油膜厚度实现对工作台承载变化的研究,得到了不同油膜厚度时压力场、温度场和速度场的变化规律,实现了高速重载静压推力轴承润滑性能预测。

环形腔多油垫静压推力轴承膜厚高速重载特性

为了研究高速重载对静压推力轴承油膜厚度的影响,采用理论分析和实验验证相结合的方法,依据润滑理论和摩擦学原理推导出环形腔多油垫静压推力轴承旋转工作台转速、载荷与间隙油膜厚度的关系,设计了油膜厚度测试装置,并进行了实验验证。研究结果表明:随着旋转工作台转速升高和承载增大,惯性流量、剪切和挤压热增大,润滑油粘度下降,致使油膜厚度变薄,局部出现油膜破裂和干摩擦,导致静压支承摩擦失效。

一种高速重载码垛机器人机座的多目标优化设计

针对一种高速重载码垛机器人机座的多目标优化设计进行研究。对码垛机器人进行运动学分析、工作空间分析及力学分析，得到机座所受的力和力矩的最大值。建立了机座的有限元模型并通过模态对比试验，校验有限元模型的准确性。通过静力学分析，得到机座的最大应力和位移。通过振动试验。获得机器人工作时机座所受激振力的频率。由以上测试与分析结果确定．以质量最小、最大位移最小为目标，以第1阶固有频率不降低、最大应力小于许用应力为约束条件。通过灵敏度分析选取设计变量，并以其取值范围为约束条件．利用Box—Behnken试验设计和RSM法构造目标函数和约束函数的近似模型，并通过了可信度验证，建立了多目标优化模型。采用NSGA一Ⅱ算法进行求解，得到了优化结果。对比分析表明，在保证强度、刚度及振动稳定性的情况下，质量减轻了8．7％，验证了优化设计的有效性。

高速重载齿轮传动多目标优化设计研究

针对高速重载工况,以齿轮传动的动载系数和齿面接触应力为优化设计目标函数,齿轮基本参数为设计变量,建立了圆柱齿轮传动的多目标优化设计数学模型,分析了设计变量对齿轮传动接触强度和弯曲强度的影响,采用线性加权法求解了齿轮传动的多目标优化问题。结果表明,以动载系数和齿面接触应力为目标函数的多目标优化设计与以最小体积为目标函数的单目标优化设计相比,优化后的动载系数和齿面接触应力更小,达到了减小系统振动和噪声,提高齿轮传动的承载能力的目的,为高速重载齿轮传动设计奠定了基础。

高速重载下三种固体润滑膜耐磨性的实验研究

用销盘摩擦实验机研究三种固体润滑涂层:喷涂NF-1、粘结PEF及粘结Teflon-S涂层在高速（5.6m/s）、重载（初始接触应力400MPa）于摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:这三种涂层都具有接近30min的使用寿命,具有较低的摩擦系数和磨损率,提高了抗咬合能力。其中NF-1和Teflon的摩擦系数从0.08分别增加到0.14和0.15。PEF涂层摩擦系数从0.1降低到0.08。

提高高速重载机车齿轮材料质量的途径

根据高速重载机车对驱动装置的要求,分析了影响18CrNiMo7—6齿坯材料性能的各种因素,分别从齿坯材料冶炼和锻造两个过程探讨了提高其质量的途径,给出了提高18CrNiMo7—6齿坯材料性能一些建议和措施。经实践表明,改进后18CrNiMo7—6的综合性能得到了极大的提高,能够满足高速机车的使用要求。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

设计了一款带有气缸加载装置的高速重载径向气体箔片轴承实验台,并对一种三瓣式气体箔片轴承进行实验研究.测得该气体箔片轴承起飞转速和起飞转矩均随载荷增大而升高.分别在转速为30000、40000、50000、60000 r/min时采用温度监测法对该种气体箔片轴承进行承载能力测试,测得该气体箔片轴承在不同转速下的极限承载能力分别为380、535、700和810 N.实验期间,在70000 r/min时对双波箔气体箔片轴承进行加载实验,并在51000 r/min时实现1020 N加载,验证了高速重载气体箔片轴承实验台搭建成功.

高速重载线钢轨打磨策略研究初探

基于国内外钢轨打磨现状 ,分析研究高速重载线钢轨打磨策略 ,从打磨限值标准、打磨车工作参数标准、打磨质量控制标准等方面论述高速重载线钢轨打磨策略的研究思路、研究方法和关键技术。

间隙密封结构在高速重载轴承座上的应用研究

运用流体力学计算分析传统间隙密封结构应用于高速重载轴承座的可行性。研究发现,当密封盘以工作转速2 000 r/min工作时,传统间隙密封能够实现完全密封所需的最大密封间隙宽度为0.556 mm,使用条件苛刻。对传统间隙密封结构进行了改进,增大了间隙密封结构的密封间隙,并在密封盘第一阶凸台上增设了数个气压孔。计算及分析结果表明,改进后的间隙密封结构在密封盘以工作转速2 000 r/min工作时,能够实现完全密封所需的最大密封间隙宽度可达1 mm以上,改善了间隙密封结构的使用条件。实验证明了改进的间隙密封结构能够实现高速重载轴承座的完全密封。

高速重载工况下静压推力轴承的热特性表征

在高速重载工况下静压推力轴承由于强剪切和强挤压联合作用,油膜发热量大,温升高且分布不均,会产生热变形。不同工况下静压推力轴承对流换热不同,进一步导致工作台和底座热变形不均匀。为表征其热特性,提出等面积分割法,通过区域计算不同工况下静压推力轴承对流换热系数。运用软件ANSYS Workbench对工作台和底座温度分布及热变形进行仿真,得到工作台热变形分布及载荷和转速对轴承的影响,搭建实验台并进行验证。结果表明:承载0~8 t时,随载荷增大和转速减小,变形量逐渐增大。承载8~24 t时,随载荷增大和转速减小,变形量逐渐减小。承载24~32 t时,旋转工作台为Z向负变形,且最大变形在工作台边缘处,底座最大变形集中在底座最下面肋板部分。底座变形比旋转工作台变形小。承载16~30 t时静压推力轴承变形较小,最优承载在16~30 t之间。建议通过优化其内部结构或增强散热进一步提高抗热变形性能。

高速重载径向滑动轴承热弹性计算方法的研究

对高速重载动压油膜轴承进行了热弹性分析，并用差分方法联立求解广义雷诺方程、能量方程、拉普拉斯热传导方程、轴瓦弹性变形方程、Ｒｏｅｌａｎｄｓ粘温粘压等方程，获得流体动压径向滑动轴承在高速重载条件下的油膜压力分布，温度分布，厚度分布，进而得到其承载量、润滑油流量和摩擦力等稳态特性。通过与试验数据的对照，证明了计算方法的可行性。

高速重载径向油膜轴承的温度场计算与试验研究

本文对高速重载径向油膜轴承的热弹性计算方法中遇到的油膜入口逆流问题及能量方程的求解方法进行了理论研究,给出了一种新的求解油膜温度分布的方法,且理论计算结果与试验数据比较,取得较好的一致,证明了作者提出的能量方程的新解法是可行的.

高速重载轴承座多变量参数化设计方法研究

为了缩短轴承座的开发周期,提高相同类型零/部件设计效率,运用现代数字化设计手段建立了与物理性能相关联的高速重载轴承座智能三维参数化模型。以UG10. 0为三维参数化设计平台,采用物理热分析方法建立降温油槽深度与轴承尺寸、轴承转速和载荷等变量之间的数学关系表达式;根据数学表达式建立降温油槽深度与轴承尺寸、轴承转速和载荷等条件变量之间相关联的三维参数化模型;运用NX FLOW求解器对其进行有限元分析、验证。结果表明,通过改变几何尺寸或载荷等条件变量所得到的参数化模型满足实际工作要求,实现了高速重载轴承座的智能三维参数化设计,为同类新产品的研发提供了一种智能高效的设计方法。

高速重载斜齿圆柱齿轮传动的参数对性能的影响研究

基于刀具进行齿轮参数选取的传统设计方法,对于高速重载齿轮传动很难满足振动冲击小、质量轻等性能要求。基于齿轮传动的性能要求,建立了高速重载齿轮传动的参数直接设计方法。采用动载系数、最大接触应力和滑移率描述齿轮传动的性能指标,考察齿顶高系数、压力角、螺旋角、齿数比以及变位系数对齿轮性能的影响,为进行齿轮直接设计方法和参数优化奠定了理论基础。结果表明,增大齿顶高系数和螺旋角、减小压力角可以减小动载系数使得齿轮传动中的噪声和冲击减少;增大齿顶高系数、压力角和螺旋角可以减小齿面接触应力;减小齿数比可以减小滑移率;减小齿面接触应力和滑动率并在等滑移率曲线上选取变位系数能够避免齿面胶合和传动失效。

新型齿形高速重载齿轮设计研究

渐开线齿轮传动是机械传动的主要传动方式,具有加工简单、中心距不灵敏等优点,但也有接触强度低、滑动系数大等明显缺点。文中基于分离函数法原理实现了一种新型齿形齿轮的设计,并进行了主要参数的计算和有限元强度仿真。结果表明,该齿轮比渐开线齿轮具有更大的承载能力,可满足高速重载齿轮传动的要求。