基于载荷分担理论的渐开线斜齿轮热混合弹流润滑分析

沿接触线把斜齿轮分成许多小薄片,每一薄片看成具有当量角速度的直齿轮,根据欧拉方程得到任一接触点处的曲率半径和表面速度.然后基于载荷分担、弹流润滑和粗糙线接触理论,建立了考虑表面粗糙度的斜齿轮传动混合热弹流润滑模型.研究了斜齿轮传动稳态载荷分布下牛顿流体和Carreau流体时的润滑特性.结果表明:牛顿流体和Carreau非牛顿流体模型下,中心油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升随时间和接触线的变化规律相同.牛顿流体下的摩擦系数较工程实际偏大.Carreau非牛顿流体模型下摩擦系数和工程实际相符,其随接触线啮合位置的变化规律与油膜厚度正好相反.

轴向载荷分担比指导外固定器动力化的临床应用

目的:探讨轴向载荷分担比用于胫腓骨骨干骨折术后指导外固定器轴向动力化促进骨折愈合的有效性。方法:选取外固定器治疗的胫腓骨骨干骨折患者100例,随机分为观察组50例,对照组50例。观察组在轴向载荷分担比指导下行外固定器轴向动力化治疗,对照组未行动力化,随访比较两组的治疗效果。结果:所有患者均获随访,随访时间4～12个月,平均6.5个月,治疗期间所有患者均未出现外固定针断裂、松动及再骨折等并发症,观察组1例骨搬移患者轴向载荷分担比<5%,X线片显示骨折断端有连续性骨痂通过,拆除外固定器连接杆后发生移位,恢复原数值行轴向加压再动力化,现已愈合。观察组除外1例骨搬移患者,其余49例患者外固定器固定时间为[(24.4±4.7)周],骨折临床愈合时间为[(22.4±4.7)周],与对照组50例患者外固定器固定时间[(29.3±5.6)周],骨折临床愈合时间[(27.3±5.6)周]比较,显著减少(P<0.05)。结论:外固定器轴向载荷分担比指导胫腓骨骨干骨折外固定术后轴向动力化可以加速骨折愈合,但不适合骨搬移截骨端已硬化患者。

基于载荷分担理论的双渐开线齿轮混合弹流润滑分析

根据双渐开线齿轮齿廓啮合特点,基于载荷分担、弹流润滑理论,建立双渐开线齿轮混合弹流润滑模型,研究双渐开线齿轮齿廓参数对混合弹流润滑特性的影响。采用对比法分析双渐开线齿轮与同参数普通渐开线齿轮啮合特性及润滑性能差异,并研究双渐开线齿轮齿廓参数对润滑特性的影响。研究表明:双渐开线齿轮由于轮齿分阶的影响,其啮合特性及润滑性能与普通渐开线齿轮相比有较大差异;稳态载荷作用下,双渐开线齿轮在除接触线全部位于齿顶啮合区之外的位置,润滑性能优于普通渐开线齿轮;双渐开线齿轮中心膜厚随齿腰高度系数增大而减小,摩擦因数随齿腰高度系数的增大而增大;中心膜厚在齿顶啮合区随齿腰切向变位系数的增大而减小,在齿根啮合区中心膜厚变化规律与齿顶啮合区相反,摩擦因数随齿腰切向变位系数的增大而减小。

高重合度直齿轮刚度及最大载荷分担率的影响分析

针对高重合度外啮合齿轮,在考虑轮齿弹性变形的前提下,研究了外啮合高重合度外啮合渐开线直齿圆柱齿轮副的轮齿变形、刚度及最大载荷分担率在轮齿参数变化时的变化规律。研究表明:在给定参数变化范围内,单对齿刚度最大值随齿顶高系数的增大减少9.5%,随压力角的增大增加44.1%,随齿数的增多增加8.1%,随变位系数的增大增加29.2%;在给定高重合度参数变化区间内,多齿啮合刚度的最大值随齿顶高系数的增大减少6.8%,随压力角的增大增加22.7%,随齿数的增多增加12.1%,随变位系数的增大增加8.5%;在给定高重合度参数变化区间内,最大载荷分担率随齿顶高系数的增大从60.45%近似线性减小到57.88%,最大载荷分担率随压力角的增大从53.27%近似线性减小到61.41%,最大载荷分担率随齿数的增多从59.56%近似反比例曲线降低到56.00%,最大载荷分担率随变位系数的增大从52.41%近似线性增大到61.19%。

轴向载荷分担比例评价骨愈合刚度及其指导骨外固定器安全拆除时机

目的通过在体外测量方式测定骨外固定器的轴向载荷与患者体重的分担比例来评价骨愈合程度，探讨骨外固定器的安全拆除时机。方法在体外模拟实验中，用经过处理后的人体胫骨制造胫骨横行骨折模型，在骨外固定器上轴向并联安装拉压力学信息采集系统。利用不同软硬的材料来模拟骨断端由腔隙血肿直到骨痂硬化不同阶段的骨痂。将装有骨外固定器的胫骨远、近端放置于BOSE3510机械性能测试系统中并于骨端施加轴向压力70kg。收集2013年9月至2016年3月用骨外固定器治疗的患者21例，胫腓骨19例，股骨2例；骨折20例，骨延长1例；开放性骨折16例，骨折并感染4例，骨缺损2例。根据不同的骨愈合阶段，患者采用不同的负重情况测量其骨外固定器的载荷分担比变化。骨折愈合后期（拆外固定器前）测量患者完全负重情况下骨外固定器载荷分担比并结合临床表现及X线片判断安全拆除时机。结果通过模拟实验得出线性方程：y=0．243x-564．882（“x”代表传感器的数值，“y”代表载荷值）。各材料可以模拟骨折愈合过程中骨痂不同阶段硬化程度，并且可以通过比较载荷分担比来反映骨痂的硬化程度：皮质骨〉骨水泥〉松质骨〉木板〉塑铝〉纸墙〉石膏。21例患者中，18例患者的骨外固定器载荷分担比〈10％，拆除外固定器后均无再骨折等并发症发生；3例患者骨外固定器载荷分担比〉10％，其中1例患者拆除骨外固定器后发生再骨折，其余2例未予拆除骨外固定器，继续随诊观察。结论依据骨外固定器轴向载荷分担比评价骨痂愈合刚度，以确定骨外固定器拆除的安全性，可以有效降低骨痂愈合相关并发症（如再骨折）的发生率。当骨外固定器轴向载荷分担比〈10％时拆除外固定器较安全、可靠。

载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑和防撬设计影响

传统的卡箍设计方法是通过建立海洋平台有限元模型并在强度分析基础上提取受损单元处完好时的最大载荷,将此载荷作为卡箍设计的初始条件。而卡箍实际承担的是平台安装上卡箍之后载荷重新分担下相应受损处承受的载荷,一般会比初始设计载荷大。着重研究载荷重新分担对膨胀式自应力灌浆卡箍防滑设计和防撬设计的影响,针对渤海湾中主要承受冰载荷作用的一个典型平台结构,提出了在线单元平台有限元模型上近似模拟卡箍的方法,提取载荷重新分担下的卡箍设计载荷进行了分析。结果表明载荷重新分担对卡箍防滑设计影响较小,但对防撬设计有着显著影响,并对此提出了在螺栓设计时增加螺栓预紧力安全系数的应对措施。

载荷共享并联系统疲劳累积损伤可靠性模型

针对存在载荷传递、分担的并联系统,传统的并联系统可靠性模型已不适用.为了有效处理载荷共享并联系统的可靠性问题,首先分析了并联系统的相关失效,并分步计算并联系统可靠度,应用全概率公式和Miner理论对并联系统进行了疲劳累积损伤可靠性建模.其次,运用Monte Carlo方法对零件寿命服从Weibull分布的并联系统可靠度进行了模拟计算,同时对零件寿命服从对数正态分布的并联系统可靠度显式计算公式进行了推导.建立了变应力作用下并联系统疲劳累积损伤可靠性模型.

基于Carreau流变模型的渐开线齿轮摩擦因数研究

结合载荷分担概念和弹流润滑理论,研究润滑剂的流变性对渐开线齿轮油膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响;分别采用Carreau流变模型和Doolittle-Tait自由体积黏度模型描述润滑剂的剪切稀化特性及黏压关系,研究齿轮载荷、转速、表面粗糙度和润滑剂压黏系数对摩擦因数的影响。研究结果表明:不同的润滑剂剪切稀化特性不同,因此油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均不同;摩擦因数随着转矩的增大先显著增大,当超过某一转矩值时,摩擦因数开始缓慢变化;摩擦因数随着转速的增加先显著减小,当转速增加至某一值时摩擦因数又随之增大;随着表面粗糙度和润滑剂压黏系数的增大,摩擦因数均明显增大。

凸轮机构混合弹流润滑特性分析

针对凸轮机构在混合弹流润滑状态下容易过早形成胶合和磨损等问题,对处于混合弹流润滑状态下的凸轮机构润滑特性进行研究。基于载荷分担思想,联立凸轮机构参数方程和弹流润滑理论方程,采用数值解法对凸轮机构推程中的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比进行求解,得到6种运动规律凸轮机构的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比随凸轮转动的变化曲线,并探究基圆半径、当量弹性模量和转速对凸轮机构混合润滑特性的影响。研究结果表明:增大基圆半径和转速有利于降低推程中的摩擦因数,且使膜厚和油膜承载占比增大,从而有利于改善润滑状况;增大当量弹性模量对推程膜厚影响不大,但会增大摩擦因数,使油膜承载占比减小,从而不利于润滑状况的改善。

双渐开线齿轮传动摩擦动力学分析

为研究双渐开线齿轮传动摩擦学与动力学之间的耦合作用,根据齿轮动力学、载荷分担及弹流润滑理论,建立双渐开线齿轮传动摩擦动力学模型,研究混合弹流润滑特性与动力学之间的耦合作用。将动力学模型求解的动载荷应用于混合弹流润滑模型,求解摩擦因数等参数;将摩擦因数重新代入动力学模型,研究双渐开线齿轮动力学行为。结果表明,考虑摩擦学与动力学耦合作用对齿轮动力学行为影响较显著;低转速时,动载荷作用下摩擦因数及油膜厚度分布与稳态载荷作用时近似,转速增大时,摩擦因数及油膜厚度分布波动明显。

物理原理在机械设计中的应用

机械工业属于基础性的产业,可直接反映出一个国家制造业水平,也直接关系到一个国家的经济发展。物理作为理论学科,是机械设备这一类应用科学的理论基石,物理学科的发展对机械设计起着积极的推动作用。在机械工业的设计中,通过有效应用物理原理,可显著提升设计与技术的创新能力,进一步增强产品设计的全面性与可操作性。文章主要阐述机械设计中物理原理的具体应用途径,以供参考。

渐开线直齿轮的动力学与弹流润滑耦合

综合考虑时变啮合刚度和油膜刚度、表面粗糙度以及摩擦转矩等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型.采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,即将摩擦动力学模型求解获得的动态轮齿作用力和表面速度用于润滑分析中,反过来润滑分析获得的摩擦因数和油膜刚度将用于动力学分析计算中.通过实例研究了摩擦学特性和动力学行为以及两者之间的耦合关系.研究表明:考虑耦合效应后齿轮综合刚度略有下降.滑动摩擦力对垂直于啮合线方向的动态响应的影响比较显著,摩擦力会加剧该方向的振动.动态载荷对油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升和摩擦因数影响均较大,且动力学行为对油膜温升分布的影响取决于相对滑动速度的大小.

渐开线斜齿轮传动摩擦动力学耦合研究

综合考虑时变啮合刚度、轴承刚度以及摩擦力等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学、弹流润滑理论,建立12自由度斜齿轮摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,将动力学求解获得的动态轮齿作用力用于润滑分析中,而润滑分析获得的摩擦因数再次用于动力学分析计算中。通过实例研究了齿面摩擦学特性和动力学行为以及两者之间的耦合关系。研究表明:考虑耦合效应后的斜齿轮动态响应与定摩擦因数下的动态响应相比有较大不同,且时变摩擦力对垂直于啮合线方向的动态响应影响尤为显著;动态载荷等对斜齿轮润滑特性影响较大,转速接近共振转速时,动态载荷作用下的油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升和摩擦因数分布规律与幅值与稳态载荷相比差异明显。动态载荷对斜齿轮润滑特性以及时变滑动摩擦力对动态响应的影响不可忽略。