Cause Analysis of Crack Formation in HRB400 Screw-Thread Steel

The analysis of the crack on the HRB400 screw-thread steel surface has been carried out by means of metallographic microscope, scanning electron microscope and EDAX. It is shown that the type of inclusions in the crack steel samples is mainly class B oxide, C silicate, and the inclusion size of the majority below 10 μm, and a small number of large inclusions are observed. The content of oxygen in the steel is high, and the carbon segregation is the main reason of the crack formation of HRB400 screw-thread steel. The measures to improve the crack formation of HRB400 screw-thread steel are put forward, which provides a powerful basis for the practical production.

不同空心加压螺钉固定方式对股骨颈垂直型骨折的有限元分析

背景:股骨颈骨折线越垂直的股骨颈骨折可能承受更多的剪切力,因此可能容易发生内固定失效、骨不连或股骨头坏死等并发症,目前关于哪种空心钉固定模式是理想的还存在争议。目的:通过有限元分析方法评估不同构型及数目的空心螺钉构型对股骨颈垂直骨折的生物力学差异。方法:收集1名24岁健康男性志愿者的股骨CT数据,导入Mimics软件构建股骨三维几何模型;在Geomagic软件进行模型细化及拟合曲面处理;导入SolidWorks软件,建立股骨颈垂直骨折模型。通过建立3枚正三角构型、3枚倒三角构型、3枚双平面双支撑构型(F方案)、3枚横行构型、4枚菱形构型、4枚Alpha构型6种空心螺钉模型,比较各构型内固定和股骨骨折模型在不同载荷(350,700,1400,2100 N)作用下的应力分布情况及位移峰值。结果与结论:(1)在4种载荷下,螺钉应力情况:双平面双支撑构型(F方案)>横行构型>倒三角构型>正三角构型>Alpha构型>菱形构型,各组螺钉的Von mises应力峰值均集中在靠近断裂线的螺钉处。(2)在4种载荷下,螺钉位移情况:Alpha构型>倒三角构型>正三角构型>双平面双支撑构型(F方案)>菱形构型>横行构型,位移峰值主要集中于空心螺钉头部。(3)在4种载荷下,股骨近端骨块应力情况:双平面双支撑构型(F方案)>横行构型>倒三角构型>Alpha构型>正三角构型>菱形构型,应力峰值主要集中在股骨颈下部。(4)在350 N载荷下,股骨近端骨块位移情况:横行构型>双平面双支撑构型(F方案)>正三角构型>Alpha构型>倒三角构型>菱形构型;在其他3种载荷中,倒三角构型位移峰值均小于菱形构型,位移峰值主要集中于头部;(5)股骨近端骨块断面应力分布中棱形构型最为分散,股骨位移峰值中棱形构型最小;各内固定模型的应力、位移、断裂端位移峰值随载荷的增加而逐渐增大;(6)4枚菱形构型模型对股骨颈垂直骨折内固定的生物力学性能优于其他各组模型,其固定牢靠,骨折端位移值小,应力分散,有助于抵抗剪切力和防止内翻坍塌发生,为骨折愈合创造良好的机械环境。

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。

反向式行星滚柱丝杠副的螺纹牙修形设计

基于反向式行星滚柱丝杠副(Inverted Planetary Roller Screw Mechanism,IPRSM)的螺纹牙载荷分布情况,分析了滚柱修形和丝杠修形对其载荷分布的影响。结果表明,丝杠-滚柱接触侧的载荷不均程度比长螺母-滚柱接触侧严重,对滚柱修形后,最大接触应力以及最大载荷得到了有效降低,螺纹牙上的载荷分布更加均匀;而长螺母-滚柱接触侧对修形量变化较丝杠-滚柱接触侧更加敏感。同样,丝杠修形可有效降低最大载荷。研究对优化IPRSM的载荷分布具有一定的参考意义。

下颈椎新型双螺纹椎弓根螺钉设计的解剖学测量

目的通过测量正常人群颈椎解剖学参数,为设计新型双螺纹椎弓根螺钉提供理论依据。方法纳入100名健康人群,完善颈椎CT扫描,在CT片上分别测量C_(3~7)的双侧椎弓根螺钉进钉路径长度(包括椎体内长度、椎弓根长度、椎板长度,作为椎弓根螺钉长度设计参考)、进钉外展角和椎弓根峡部的宽度和高度(作为椎弓根螺钉直径设计参考)。计算各测量结果的均值及四分位数。结果纳入成年健康志愿者100人的基本信息,包括身高、年龄,体重,合并疾病,其中男54例,女46例,平均年龄35.95岁。从C_(3~7),各参数左右两侧对比,差异无统计学意义(P>0.05),男女间对比,差异无统计学意义(P>0.05)下颈椎椎弓根螺钉进钉路径椎体平均长度(15.85±1.20)~(19.40±1.50)mm;椎弓根平均长度(5.42±1.06)~(6.03±0.84)mm;椎板平均长度(9.52±1.15)~(10.33±1.58)mm。进钉外展角平均值范围(39.82±2.53)°~(42.56±2.50)°;椎弓根峡部宽度平均值(5.84±0.87)~(7.10±1.05)mm;椎弓根峡部高度平均值(6.71±1.10)~(8.26±1.22)mm。结论通过对正常人群颈椎C_(3)~C_(7)椎弓根螺钉进钉相关解剖参数的测量,为设计新型双螺纹颈椎椎弓根螺钉提供了理论依据。

基于PSB钢筋的高强度锚杆精细分区抗浮及受力分析

随着建筑物地下室的埋深增加、地下水位升高以及极端恶劣天气的影响,对抗浮锚杆的性能提出了更高的要求,传统抗浮锚杆的局限性日益明显。为了解决建筑物因不同区域结构自重和地下室底板埋深差异带来的抗浮难题,本文通过精细分区抗浮设计,采用精轧螺纹钢筋代替普通钢筋的高强度扩大头抗浮锚杆解决了抗浮问题,其单根抗浮锚杆的抗拔承载力为560 kN,在最大试验荷载840 kN作用下锚头最大位移仅为5.25~9.97 mm,平均值为7.91 mm,卸荷后回弹率为18.09%~46.26%,未出现破坏,展现了优越的性能。高强度扩大头抗浮锚杆存在3种类型的应力-应变模式,(压密)-预应力抵消-扩大头端压是抗浮锚杆的理想应力-应变模式,其在1120 kN荷载作用下仍能保持正常维持收敛,且抗拔承载力为560 kN时仅处于预应力抵消阶段,仍具有很大的承载潜力。

基于CFX摆线减速双螺杆的优化设计与流场分析

针对传统双螺杆挤出机混合性能低下问题,研究设计了一种带有反螺纹元件的摆线减速新型双螺杆,旨在提高双螺杆挤出机流道内物料的混合性能。文章以流体力学为理论基础,运用MATLAB软件优化参数,选用SOLIDWORKS建立对应几何模型,运用ANSYS/CFX模拟分析流道运动情况,以传统双螺杆挤出机为参照,进行宏观压力场、速度场、速度矢量以及螺杆截面速度流线图对比分析。分析结果显示,反螺纹元件能够使物料在流道内出现回流现象,摆线减速装置有效地降低了螺杆转速,致使物料在流道内被反复剪切,混合更加充分。研究结果表明:新型双螺杆提升物料20%左右的停留时间;变速段出现物料回流现象,此处物料发生反复剪切,混合性能提升;摆线针轮减速器的减速效果有效地延长了物料传输时间,提高了物料的混合性能。

多种工况螺纹钢锚杆应力应变特征研究

针对锚杆应力应变复杂多变、难以准确实测的问题,在开展实验室拉伸测试及DIC监测的基础上,采用数值模拟分析了正常及存在缺陷螺纹钢锚杆在不同工况下杆体应力应变特征及其演化规律。研究结果表明:锚杆杆体最大应力、最大真实应变和最大塑性应变均随着载荷值和载荷类型的增加,总体上呈增大趋势;当锚杆含缺陷时,缺陷部位应力应变明显集中,而缺陷形态、位置等会影响应力应变分布。由于螺纹和横肋等结构以及缺陷的存在,杆体易产生局部应力和应变集中,塑性应变也更大。在高载荷和腐蚀等影响下,塑性应变集中处易发展成为裂纹源头,进而导致锚杆断裂失效。该研究结果可以为锚杆结构优化、状态监测和寿命预测等提供参考价值。

带线锚钉结合可吸收螺钉在髌骨粉碎性骨折治疗中的应用效果

目的 探讨带线锚钉结合可吸收螺钉在髌骨粉碎性骨折治疗中的临床应用效果。方法 对27例髌骨粉碎性骨折患者采用带线锚钉结合可吸收螺钉治疗的情况进行回顾性分析。结果 所有患者均顺利完成手术,手术时间60~80 min,出血量20~60 ml;术中均无血管、神经损伤。术后5~7 d出院,并获得随访平均3~6个月。27例术后切口一期愈合,其中1例切口裂开,通过门诊换药二期愈合,复查无骨折延迟愈合、不愈合及畸形愈合,无锚钉断裂、脱出发生。术后1个月B?stman髌骨骨折疗效评价:优10例,良15例,差2例,优良率92.6%。术后3个月B?stman髌骨骨折疗效评价:优21例,良5例,差1例,优良率96.3%。结论 带线锚钉内固定结合可吸收螺钉在粉碎性髌骨骨折中应用可有效恢复髌骨关节解剖结构,改善髌骨关节功能,为髌骨粉碎性骨折的治疗提供了新的思路、有益的补充,有一定的应用和推广价值。

基于CFX的豆粕组合三螺杆流道混合机理分析

针对目前传统三螺杆膨化机挤压性能和混合效率所存在的缺陷,为了提高挤出产品质量,这里设计了一种新型的组合式三螺杆膨化机。以豆粕为原料,利用CFX有限元仿真模块来对反向螺纹的组合三螺杆流道进行数值模拟,通过分析在宏观压力、速度矢量、速度迹线上的特性来与传统三螺杆进行比较,总结豆粕在流道内的运动规律。分析结果显示,流道内-0.24 m,-0.22 m,-0.18 m处涡流区的出现改变了物料的运动模式,延长了物料的挤出时间,提高了物料的分散混合。研究结果表明,反螺纹三角排列给物料带来反复的周期性剪切与挤压能有效改善物料的挤出质量,其研究结果为优化三螺杆膨化机的加工提供了一定的理论依据。

新型反应堆压力容器主螺栓螺纹副性能试验研究

以国内某新型号压水反应堆压力容器主螺栓螺纹副为研究对象,对其进行了各安装工况下的旋拧模拟试验和拉伸标定试验。结果表明:新型主螺栓螺纹副的各安装参数推荐值可为主螺栓安装偏心度应不大于0.5 mm,主螺栓旋转速度应不大于30 rad/min,主螺栓剩余平衡配重应不大于40 kg,主螺栓允许的最大旋转力矩可不超过90 N·m;新型主螺栓剩余拉伸量计算值与拉伸标定值几乎一致,新型主螺栓绝对拉伸载荷与剩余拉伸载荷比值约为1.22,在工程经验范围值内,证明了新型主螺栓螺纹副结构设计的合理性,且新堆型主螺栓在所有工况下拉伸过程中的最大允许绝对拉伸量为4.13 mm。

PSB精轧螺纹钢预应力扩大头抗浮锚杆设计

依托成都某PSB精轧螺纹钢预应力扩大头抗浮锚杆项目,介绍了PSB精轧螺纹钢预应力扩大头抗浮锚杆的设计计算方法。依据《建筑工程抗浮技术标准》(JGJ 476—2019)、《高压喷射扩大头锚杆技术规程》(JGJ/T 282—2012)、《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)等国家标准规范从PSB精轧螺纹钢预应力扩大头抗浮锚杆承载力计算、锚杆材料选用及强度计算、预应力损失及预应力张拉计算、锚墩区受压截面尺寸验算、筏板基础抗冲切验算等方面对PSB精轧螺纹钢预应力扩大头抗浮锚杆进行了计算。结果表明采用以上方法对PSB精轧螺纹钢预应力扩大头抗浮锚杆进行设计计算,能够满足行业内各规范的规定。

不同内固定方式固定Herscovici B型及C型内踝骨折的有限元分析

目的 应用有限元分析法,探究不同内固定方式及不同置入角度固定Herscovici B型及C型内踝骨折的生物力学稳定性。方法 应用Mimics 19.0软件建立胫骨远端三维模型,通过Geomagic Studio 2013及SolidWorks 2017软件对模型进行加工以及内置物的装配,建立Herscovici B型及C型内踝骨折以及全螺纹螺钉、半螺纹螺钉、克氏针张力带三种不同内固定模型。运用ANSYS Workbench 17.0有限元分析软件对模型进行参数设定以及载荷施加,分析骨折端应力、位移及内置物应力及位移等情况,并进行统计分析。结果 对于Herscovici B型骨折,在相同载荷下,三种内固定方式均在与骨折线成130°~140°角范围内的置入角度下最稳定(P<0.05);载荷及内置物置入角度都相同的条件下,全螺纹螺钉组相对于其他两种内固定方式更稳定。对于Herscovici C型骨折,在相同载荷下,三种内固定方式均在与骨折线成130°~140°角范围内的置入角度下最稳定(P<0.05);载荷及内置物置入角度都相同的条件下,全螺纹螺钉组相对于其他两种内固定方式更稳定。结论 针对Herscovici B型及C型骨折,全螺纹螺钉相较于半螺纹螺钉及克氏针张力带稳定性更佳,且置入角度为与骨折线成130°~140°角范围内的稳定效果更好。这对临床治疗Herscovici B型及C型内踝骨折具有参考意义。

基于多项式加减速的多头螺纹磨削算法研究

对多头螺纹进行磨削加工时,为了实现砂轮与切入点对齐,砂轮需要回到零点,并在零点等待一转信号和主轴转过偏转角度,而等待固定的信号会导致插补效率降低。针对这一问题,设计了一种基于混合非对称多项式加减速控制算法的多头螺纹快速分头算法。首先,分析了螺纹分头原理和砂轮切入方法,提取了切入点选择特征;然后,采用分区建立了插补时间规划模型,根据插补时间规划方法和砂轮切入点选择特征,建立了砂轮与每个切入点对齐的脉冲时间变化模型;之后,根据五次速度曲线加减速控制算法和三次速度曲线加减速控制算法的基本原理,设计了混合非对称多项式加减速控制算法模型,建立了参数控制模型及快退区目标速度预测模型;最后,采用MATLAB仿真的方法,验证了多头螺纹快速分头算法的正确性和有效性。研究结果表明:在工况1、工况2条件下(螺纹头数分别为20、25,其他条件相同),顺序切入和对称切入的加工效率分别提高了12.98%、0.67%,根据工况参数可以确定加工效率最高的砂轮切入方法;采用变加减速控制的方法,在快退区减速段可以实现±4 ms的容差控制目标,降低了砂轮与切入点对齐算法的容差压力;采用混合非对称多项式加减速控制算法,可以对多头螺纹快速分头插补和加加速度进行柔性控制,以提高螺纹分头的效率。

拉杆螺纹端喷丸多工位自动上下料工作站

针对某企业喷丸加工拉杆螺纹端的需求,设计了拉杆螺纹端喷丸多工位自动上下料工作站。工作站包含多工位喷丸设备,以及自动上下料、过渡运输、临时备料过渡等装置。介绍了工作站的工作流程,并进行了生产验证。这一工作站可以快速、高效、安全地实现拉杆螺纹端批量化连续性喷丸加工,为中小型制造企业长轴类零件喷丸技术的应用及自动化转型升级提供了参考。

硬料螺纹孔铣削加工技术研究

Cr12MoV材料经热处理后硬度达到56~62 HRC,切削性能差,切削难度大,以热处理后Cr12MoV材料的模具零件螺纹孔为例,传统的加工方式一般采用电火花机床进行螺纹孔加工,加工效率低,为提高加工效率采用铣刀铣削加工。经加工测试,得出铣削加工硬料螺纹孔提升了加工效率,降低了加工成本,在加工过程中更加安全环保。

Roller Screw and Threaded Chain Speed Reducer: An Experimental Evaluation

We are developing a speed reducer that can be considered a transformation of a worm gear reducer: the worm is replaced by an inverted roller screw, and the gear is replaced by a threaded chain drive. This configuration lessens wear, increases load capacity, and improves efficiency. The threaded chain consists of nut-shaped links. This paper presents the results of tests carried out on a prototype with a reduction ratio of 46.

精密梯形丝杠副传动技术研究

梯形丝杠副的径向配作间隙影响其配合性质,其中,梯形丝杠副用来存储润滑油和提供热膨胀余量的侧隙,直接影响了梯形丝杠副传动的连续平稳性。针对径向配作间隙,提出了基于齿厚数显卡尺控制内、外梯形螺纹中径处法向齿厚值,间接实现控制内、外梯形螺纹中径值,并开发了Visual Basic径向间隙控制程序,实现梯形丝杠副的最佳径向间隙要求。研究了梯形丝杠副径向配作间隙和梯形螺纹牙型半角对传动啮合的影响,总结出牙型半角对梯形丝杠和配作螺母的磨损规律。通过试验进行验证,该磨损规律可实现梯形丝杠副最佳的牙型半角啮合,有效解决了梯形丝杠副磨损严重、自锁性差等问题,提高了梯形丝杠副传动的平稳性。

螺栓连接的梁–弹簧模型及各齿承载分布

螺栓各齿承载分布严重不均,内外螺纹啮合的第一齿承载较大且齿根存在应力集中,易造成螺栓杆横断失效。本文通过对螺栓连接的受力变形分析,建立梁–弹簧模型,推导了理论模型的力学方程组,并基于此模型编程计算,求解得到螺栓连接件在使用过程中各齿承载的分布情况和齿根应力集中系数。最后进行有限元仿真,对比理论模型和有限元的结果,两者误差在工程可接受范围之内。研究表明,螺栓连接的组合梁–弹簧模型是合理有效的。

开槽螺纹对双螺杆挤出均匀性影响的仿真研究

螺纹形式严重影响双螺杆挤出材料的均匀性。基于Polyflow建立了正螺纹及不同槽数、槽深的开槽螺纹元件下等规聚丙烯混合挤出过程的模拟模型。借助Polystat从停留时间、剪切速率、分离尺度等角度分析了螺纹元件的分散混合能力。结果表明,相比于正螺纹,开槽螺纹建压能力弱,降低了螺杆的挤出能力,但开槽螺纹有利于物料的反流及物料在螺杆内的停留时间;当一周开槽数为6且槽深为4 mm时,物料所受剪切速率最大,比正螺纹大22 s~(-1);当一周开槽数为8且槽深为4 mm时,其分离尺度相比于正螺纹元件降低了40%,其破碎效果相比于正螺纹提升了38%,更有利于粒子的分布混合及分散混合,提升物料的均匀性。