基于滚珠丝杠副滚珠载荷分布的摩擦力矩计算方法研究

为了研究丝杠转速、轴向载荷、螺旋升角和滚珠直径对摩擦力矩的影响规律,在综合考虑滚珠载荷分布、实际工况中接触角变化、法向力差异、润滑油黏性阻力、滚珠惯性力和惯性力矩等因素上,建立了一种计算滚珠丝杠副摩擦力矩的方法。结果表明:当丝杠转速或轴向载荷增大时,摩擦力矩越来越大;增大的轴向载荷或者减小的丝杠转速导致摩擦因数越来越小;随着螺旋升角变大时,摩擦因数和摩擦力矩均逐渐减小,且随着螺旋升角的增大,两者的变化率逐渐减小;滚珠直径的变大致使摩擦力矩变大。分析结果可为滚珠丝杠副的设计提供参考,有助于进一步提高滚珠丝杠副的传动性能。

EMA数字孪生模型构建方法研究

为解决工程实践中机电作动器(EMA)的理论模型与实际运行数据无法实时交互和调整的问题,引入了数字孪生技术。首先从几何、物理、行为和规则四方面构建EMA孪生机理模型;其次基于BP神经网络建立了孪生数据模型,利用卡尔曼滤波实现孪生机理模型和孪生数据模型的融合;最后通过仿真验证了孪生机理模型和孪生数据模型的准确性和可行性。

不同方向上行星滚柱丝杠螺纹副啮合侧隙研究

根据丝杠、滚柱以及螺母结构特征,利用空间曲面参数方程分别建立了行星滚柱丝杠各个零件的螺旋曲面模型,并结合行星滚柱丝杠装配关系,得到行星滚柱丝杠空间啮合曲面方程。在此基础上,获得螺旋曲面法向量,基于曲面啮合条件,考虑零件运动方向,建立了行星滚柱丝杠在轴向、径向以及周向上的啮合侧隙模型,并讨论了结构参数对行星滚柱丝杠啮合侧隙的影响规律。结果表明,滚柱与丝杠侧在3个方向上的啮合点均不在螺纹中径,滚柱与螺母侧3个方向上的啮合点均在滚柱螺纹中径位置;螺距、牙侧角以及螺纹牙厚均对行星滚柱丝杠啮合侧隙有影响,只有增大螺纹牙厚才能同时减小3个方向上的啮合侧隙,螺距和牙侧角应根据实际需要选择合适的参数。

揉碎玉米秸秆螺旋输送仿真离散元模型参数标定

为进一步揭示揉碎玉米秸秆饲料在螺旋输送器中的输送机理,提高揉碎玉米秸秆螺旋输送过程中离散元仿真研究所用参数的准确度,将揉碎玉米秸秆分为秸秆穰、秸秆叶、秸秆皮,采用物理试验和仿真优化设计相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先,通过物理试验得到穰、叶、皮各项本征参数和接触参数的平均值和范围,将范围相对较大的接触参数通过Plackett-Burman试验利用其显著性进行筛选。结果表明,对仿真堆积角影响显著的因素有穰-叶滚动摩擦系数、皮-叶滚动摩擦系数、叶-叶静摩擦系数。对这3个显著性参数进行最陡爬坡试验,将其取值范围进行优化缩小,通过Box-Behnken试验建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型,堆积角的目标值设置为物理试验测得的30.4°,寻优得到最佳的显著性参数的取值:叶-穰滚动摩擦系数为0.325,皮-叶滚动摩擦系数为0.377,叶-叶静摩擦系数为0.411,在此组合下仿真堆积角为30.77°。为进一步检验参数取值的准确性,通过t检验得到P>0.05,表明仿真与物理试验堆积角的值无明显差异,验证了最佳参数取值的可靠性。由此表明,应用上述各物理试验和优化试验来测定及标定离散元仿真参数是可行的,同时标定的参数为揉碎玉米秸秆的其他仿真试验提供了参考。

一种酿酒车间用窖池防跌落安全防护装置的设计与实现

分析了一种酿酒车间用窖池防跌落安全防护装置,其主要包括防护布和框架等部分;其中,框架由主梁和插梁组成,主梁的末端可插入到插梁的插口内并通过插钉实现相对固定,主梁和插梁上均设置有卡扣、万向轮和插孔。防护布主要由高强度的无纺布组成,防护布的尺寸略小于框架的尺寸,并与窖池上口的尺寸相当;防护布的四边均设置有卡环,并于框架上对应设置的卡扣配合使用。该装置的结构简单、设计合理、可方便拆卸、组合与移动;同时,该装置主要布置在空窖池的上方,以实现防止酿酒工人跌落到窖池内的安全事故,也可以有效防止杂物进入空窖池以及窖池内部窖泥的水分散失。

一种新型调平装置结构及抗冲击性能研究

针对小型军用装备经机动布设后处于斜坡上使姿态不正确的问题,设计了一种新型的调平装置,经过电机驱动旋转2次后,实现装置对载物面的调平。再以该调平装置为研究对象,用LS-DYNA对装置跌落撞击地面的过程进行了模拟分析,获得了10 m/s,7 m/s,4 m/s和0°,10°,20°,30°倾斜姿态对调平装置动态响应的影响规律。结果表明:冲击强度随着跌落速度增加而增大,随着跌落角度的增加而减小。根据分析结果提出优化方案,使调平装置的抗冲击性能得到提升。

滚珠丝杠精密磨削表面加工质量及其试验研究

通过正交试验设计和单因素分析法对滚珠丝杠滚道磨削工艺开展了试验研究,分析了磨削时砂轮粒度、砂轮速度、丝杠速度以及磨削深度对滚珠丝杠表面质量影响的主次顺序,得出了各工艺参数对表面质量的影响规律,为丝杠和螺母磨削工艺参数的选择提供了依据。另外试验研究了滚道表面质量对滚珠丝杠副摩擦力矩和噪声性能的影响,明确了滚道表面粗糙度和摩擦力矩之间的关系。试验结果表明,提高丝杠滚道表面加工质量能够有效降低滚珠丝杠副摩擦力矩和噪声。

周期性载荷作用下的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算

滚珠丝杠相邻滚珠之间存在零卷吸速度接触,与常见的纯滚动或滚滑接触相比工况更恶劣,周期性载荷作用下相邻滚珠之间的接触则更为复杂。建立零卷吸工况下正弦波载荷作用的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算模型,采用多重网格法求解压力,多重网格积分法求解弹性变形,逐列扫描技术求解温度场,实现对线接触热弹流润滑的数值模拟。并以R100-25Y2型滚珠丝杠为研究对象,分析其油膜特性以及载荷幅值和表面波纹度对油膜特性的影响,结果表明:在加载过程中,由于挤压效应增强,“温度-黏度楔”效应增强,油膜凹陷深度及中心膜厚增大,最小膜厚减小,接触区最大温升增大,摩擦系数减小,卸载过程则相反;由于载荷变化的时变效应,油膜变化相比载荷变化存在一定的滞后性,而载荷波动幅值的增大进一步增强了该滞后性;表面波纹度的存在造成油膜压力和膜厚曲线的波动,特定的波纹度长度可导致中心膜厚和最大温升增大,而最小膜厚和摩擦系数减小。

基于ANSYS Workbench的螺旋脱水机结构优化

螺旋体结构参数的设计及优化,是提高压榨脱水机螺旋体使用寿命及脱水效率的关键因素。通过三维有限元建模进行静力学强度分析,获得螺旋体工作状态下的应力分布场和位移分布场,进而调整设计参数中的叶片厚度、螺旋轴直径,优化其结构强度。

基于等温弹流润滑理论的滚珠丝杠副摩擦机理研究

针对滚珠丝杠副在低转速状态存在混合润滑导致丝杠滚道加速磨损的问题,基于等温弹流润滑理论建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型研究滚珠与滚道间的摩擦机理和磨损形式.首先基于Frenet-Serret坐标转换方法建立丝杠与螺母的滚道曲面几何模型.其次基于Reynolds方程建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型,求解了润滑油膜接触压力分布、油膜厚度分布和微凸体接触压力分布.最后从微观角度阐明了滚珠丝杠副的摩擦机理,其摩擦因数由微凸体接触摩擦因数和油膜润滑摩擦因数组成.实验结果表明:在低转速阶段丝杠滚道的磨损方式为黏着磨损和磨粒磨损,且模拟的摩擦因数曲线趋势和经典的Stribeck摩擦曲线趋势吻合较好,根据实测摩擦力矩准确识别了不同转速下滚珠丝杠副的摩擦因数和润滑状态.

小螺距滚柱牙型非接触式检测与偏差评价方法

行星滚柱丝杠副(planetary roller screw mechanism, PRSM)是旋转运动与直线运动相互转化的新型重载精密传动装置,螺纹牙型加工质量直接决定其传动精度和承载性能。针对小螺距PRSM滚柱牙型非完整短圆弧检测评价的难题,利用高精度三坐标测量机对滚柱轴向截面牙型非接触式检测,提出了基于非线性内点算法的滚柱牙型曲线拟合方法,验证了滚柱牙型曲线的拟合精度;建立了滚柱螺纹牙型偏差评价模型和偏差评价方法,绘制了基于本偏差模型的牙型偏差评价图,分析并总结了滚柱牙型偏差分布规律。提出的小螺距PRSM滚柱牙型检测评价方法,拟合残差平方和达到1.5×10~(-4)数级,牙型半径拟合精度控制在6μm,牙型圆心z_0坐标拟合精度控制在9.8μm,能够定量评判滚柱牙型形状精度和位置精度,在工程实际中具有可行性。

卧式圆瓶贴标机进料装置的设计与研究

针对目前在自动化加工站立不稳的圆瓶类产品的生产线中卧式圆瓶不干胶贴标机缺少能与前段工序进行稳定转送的进料装置问题,设计了一种变螺距螺杆的进料装置,该装置可将圆瓶由立姿转变至卧姿的运动状态且平稳输送至贴标机传送链。首先,根据实际供送状况选择四段组合式螺杆螺旋线开展设计计算;然后,对螺杆螺旋槽曲面的形成原理进行研究,设计圆瓶在进料装置的座体内行进的螺旋滑道,实现稳定转送进料装置的功能;最后,在SolidWorks三维软件中创建模型,完成该装置的样机制作并进行相对误差的检测,发现该装置出口速度与目标速度平均相对误差小于5%,且与贴标机传送链输送速度基本一致,该进料装置能满足实际生产的使用要求。

伺服直驱螺旋压力机在难变形金属精密锻造中的应用

随着航空工业发展,航空难变形金属锻造领域的要求越来越高,锻件的要求向高性能、轻量化、精密近净成型方向发展。伺服直驱螺旋压力机具有零传动、低噪声、高精度、能量无级调节等特点,为航空难变形金属精密锻造提供优于传统的解决方案。

平面滚珠丝杠副多结合面建模与动态特性分析

为了提高平面运输设备的传送效率与定位精度,针对x‑y轴平面滚珠丝杠副的多机械装配界面,应用吉村允效法确定螺栓联接界面的法向压缩刚度和切向运动刚度,采用赫兹接触理论确定丝杠螺母、轴承和导轨内接触界面的径向或法向压缩刚度。基于ABAQUS软件建立x‑y直线进给系统的动力学模型,通过锤击法模态试验和文献对比研究,证明了所提理论模型以及结合面刚度计算的正确性。数值仿真了工作台质量、滑块间距及导轨间距对于系统动态行为的影响,并给出设计建议值。通过医疗剪刀毛坯平面进给机床设计试验,验证了所获得动态系统设计规律的有效性。

基于乌鸦搜索算法的行星滚柱丝杠参数优化

针对行星滚柱丝杠结构参数匹配问题,提出一种基于乌鸦搜索算法的参数优化模型.考虑行星滚柱丝杠螺纹啮合点位置的影响,建立丝杠、滚柱以及螺母空间螺旋曲面方程,得到螺纹啮合点处位置与螺纹牙厚之间的关系.根据螺纹副和齿轮副啮合关系,确定内齿圈和滚柱端部轮齿设计参数.利用空间螺旋曲面方程,获得螺纹啮合点处的法向量,并推导行星滚柱丝杠各零件间的受力关系.以行星滚柱丝杠结构参数作为设计变量,以螺母外径、丝杠中径、滚柱长度等参数最小为优化目标,考虑行星滚柱丝杠结构约束和主要承力部件强度约束,利用乌鸦搜索算法作为优化算法,建立行星滚柱丝杠参数优化模型,从而实现优化变量最佳匹配.最后,针对三种负载,利用该优化模型得到三组行星滚柱丝杠结构参数,并将其优化结果与国外产品手册进行对比,从而验证了本文优化模型有效性.

基于精密铸造技术的螺旋齿面齿轮拓扑齿面计算机辅助设计

为了获得高啮合稳定性的面齿轮传动机构,提出了一种螺旋齿面齿轮计算机辅助三维拓扑修形设计,获得点接触面齿轮啮合副以避免发生边缘接触的方法。首先建立接触路径修形设计的数学模型,采用虚拟插齿面齿轮原理,通过预先设计的传动误差函数实现了沿期望接触路径的齿面齿廓修形;然后利用计算机辅助设计技术构建沿接触线修形的数学模型,进行了沿接触线方向修形设计;通过修形量的叠加,重构了三维拓扑修形齿面,最终获得点接触双凸型面齿轮传动。最后以两种不同修形参数的螺旋齿面齿轮为例进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis,TCA)。结果表明:设计参数与仿真结果高度一致,验证了计算机辅助修形设计方法的合理性。

基于NX二次开发的平面包络环面蜗杆参数化建模

开发一种应用于NX平台的平面包络环面蜗杆参数化建模插件。内容包括利用NX二次开发对环面蜗杆甲齿面进行曲面建模,经后续处理最终完成实体建模。针对多头蜗杆的情况,以双头蜗杆为例,给出了另一头蜗杆甲齿面上接触点坐标的方程。经比较与测试,此建模过程不仅简单而且模型精度较高,为实际的设计过程提供了便利且节约了时间。

应用于液体密封环境的电动执行机构设计

基于液体工作环境和客户需求确定的目标参数,对电动执行机构进行结构设计,比照参数指标要求确定了丝杆、减速机构、电机的关键参数。采用动、静组合的密封方式,并与铜衬套配合,提高了电动执行机构的密封可靠性。利用有限元分析软件对推杆和壳体进行力学仿真,通过对应力及变形结果分析,得出结构强度满足要求。

颗粒尺寸对螺旋加料机定量加料性能的影响

为提高螺旋加料机定量加料性能，开展颗粒尺寸对加料量稳定性和准确性的影响研究。以粒径3～5 mm的球形谷物颗粒单圈加料约40 g螺旋加料机为研究对象，基于软球模型，通过对螺旋加料过程颗粒物料力链及颗粒群运动分析，建立具有分料装置的螺旋加料机离散元仿真模型；应用 PFC3D（particle flow code in 3 dimensions）软件对粒径3、4及5 mm颗粒物料进行螺旋加料过程仿真分析，并以粒径3、4及5mm的球形散珠为试验对象，进行颗粒运动和定量加料试验。综合分析得到：随着球形颗粒粒径的逐步减小，最大接触力逐渐减小，力链分布愈均匀浓密，颗粒间运动的一致性得到提高，物料混合运动趋势逐步减弱，定量加料的稳定性和准确性逐步提高。粒径3 mm球形散珠螺旋加料转动60＆#176;，平均加料量为6.477 g，加料量标准差为0.537，加料量最大相对误差为＆#177;0.153%。

揉碎玉米秸秆螺旋输送性能试验分析

针对螺旋输送装置输送农业纤维物料功耗大、生产率低、效率低等问题,该文分析了螺旋输送装置的输送性能指标和螺旋叶片受力,找出了影响叶片受力的主要因素。利用自行研制的压力测试系统和功耗测试系统对螺旋叶片受到的压力和输送装置的功耗进行了测试。针对螺旋叶片所受压力、输送功耗、生产率和输送效率等输送性能指标,研究了螺距、螺旋轴转速和喂入量对输送性能的影响。结果表明,在喂入量70 kg/min、螺旋轴转速58 r/min、螺距160~300 mm的范围内,当螺距250 mm时平均输送功耗最低,为294.63 W;螺距为300 mm时输送效率和生产率最高,分别为90%和58 kg/min。在螺距250 mm、喂入量70 kg/min、转速58~148 r/min的范围内,当转速117 r/min时生产率最高,为65 kg/min。在螺距250 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量10~70 kg/min的范围内,当喂入量70 kg/min时生产率最高,为42 kg/min。该研究为研制适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置提供了参考。