Effect of Normalizing and Hardening on Mechanical Properties of Spring

This study was carried out to investigate the effect of heat treatment (Normalizing and Hardening) on the mechanical properties of springs. The springs were made from mild steel rod having a diameter of 6 mm, a total of 15 springs were made. The springs were then subjected to various heat treatment processes which included;normalizing, hardening and tempering. The heat treated springs were then subjected to various test in other to determine their mechanical properties, these included;impact toughness test, hardness test and tension test. The normalized spring had more strength, was harder and was much tougher than both the annealed and as received springs. The water quenched springs were the hardest of all the heat treated springs, were very brittle and had the lowest percentage elongation. Their strength was also lower than that of the normalized and as received springs. The water quenched and tempered springs had better mechanical properties required for spring making, they had the optimum combination of hardness, strength and toughness when compared with the other heat treated springs.

高速线切割机床上丝辅助装置设计

现有高速线切割机床的上丝装置在上丝过程中易发生断丝与张紧力不均衡现象,降低了机床切削稳定性和工件加工质量。通过分析现有装置的结构,提出增加推力球轴承,以防止锁紧螺母跟转而导致储丝盘卡顿引起断丝;根据丝线的拉力计算出弹簧压缩量及其他相关参数。经I-DEAS软件建模、装配、仿真表明,该装置可以满足生产要求。

浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化及台阶式切落形成机制

探索浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化对认识溃水溃砂通道形成机制具有指导意义。基于大柳塔矿地质条件,设计相似模拟试验,首采1-2上煤层,充分开采后再采1-2煤层。由此,揭示采动裂隙演化规律,指出上煤层采动碎胀作用明显,下煤层采动地表下沉线性增长明显。利用分形与逾渗理论定量评价了采动裂隙的演化特征。上煤层开采,根据周期来压特征,分维变化划分2个线性阶段。下煤层开采,非线性受控于上覆煤层引起的分维变化,分形维数将趋于一个稳定值。进一步揭示了采动裂隙逾渗概率随推进度的线性关系的,得到整个煤层组开采覆岩裂隙非线性演化的2个临界状态。研究了切落式破坏形成机制,提出了岩层板簧效应并分析了崩塌式切落特征,指出拉破坏是典型切落式台阶形成的主要原因。

多股螺旋弹簧绕制过程中的动态张力

多股螺旋弹簧(简称多股簧)是由钢索(通常由2～7股0.4～3.0 mm的碳素弹簧钢丝缠绕而成)卷制而成的圆柱螺旋弹簧,绕制过程中对钢丝张力的一致性控制是保证多股簧的质量关键。按实际成形过程推导多股螺旋弹簧各钢丝中心线的数学模型;提出多股螺旋弹簧各股钢丝在绕簧过程中的动态张力变化理论模型。研究得出多股螺旋弹簧的成形加工质量除了与钢丝本身的质量有关外,还与绕簧的速度、对钢丝产生拉力的部件的转动惯量有关。提出一种多股螺旋弹簧绕制的工艺参数确定和控制方案。结合实际案例,在绕簧过程中钢丝的张力因系统惯性可以产生约20%的控制误差,从而找到了多股螺旋弹簧产品的废品率与拧索速度之间的关系。在上述理论模型的指导下,对原设备只需进行较小的改动,即限制设备主轴的最高转速,产品合格率随即得到较大幅度的提高,这是因为钢丝的张力因系统惯性最大只能产生小于0.6%的控制误差。

降落伞主充气阶段数值模拟

建立了降落伞主充气模型。前体、伞绳及伞衣离散为一系列弹性连接的质量节点,伞衣内部流场为二维无粘、不可压流。利用模型计算了主充气阶段伞衣形状变化、伞衣投影面积变化及伞绳张力。计算结果与试验结果进行了比较,相当吻合。

双向偏转平台消隙齿轮拉簧的优化设计

为了减小或消除齿轮传动中的反向空程误差,满足传递所需的功率,除了合理的结构设计,最为关键的是确定消隙齿轮中的拉簧参数。根据伺服电机的输出功率和齿轮传动的设计参数,利用极大极小值优化方法对所选用的消隙齿轮中的拉簧进行了优化设计,并将优化结果计算成所需消隙齿轮拉簧的具体工作参数,绘制了该消隙齿轮拉簧的工作图。

60Si2CrVAT弹簧钢高温拉伸变形行为研究

在DIL805A/T热模拟机上对60Si2CrVAT弹簧钢进行了等温单向热拉伸实验,研究了该弹簧钢在温度900~1050℃、应变速率0.001~1s-1条件下的高温变形及动态再结晶行为。使用包含变形激活能Q和温度T的双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述60Si2CrVAT弹簧钢高温拉伸变形时的最大变形抗力方程;在此基础上,引入参数α(ε)、n(ε)、Q(ε)和A(ε)得到包含σ、ε、T、ε的本构方程。结果表明,由本构方程计算得到的应力值和实验值有较好相关性(R^2=0.98985),平均相对误差绝对值为3.6646%;最后采用加工硬化率法通过对θ-σ和lnθ-ε曲线进行三次多项式拟求解拐点的方法,得到了不同变形条件下发生动态再结晶的临界应力和临界应变值,建立了临界应力、临界应变和Z参数的关系,得到了动态再结晶的临界应力和临界应变方程。

搂膜弹齿式夹持装置的残地膜拉伸试验

【目的】设计一种模拟搂膜作业状态下的弹齿式夹持装置,通过残地膜力学性能拉伸试验,对影响立秆搂膜机残膜回收作业效果的残膜力学性能指标(残地膜最大载荷、断裂延伸率)与残地膜破损程度、残膜回收作业速度之间的关系进行探究.【方法】以残膜破损情况、拉伸速度作为试验影响因素,以最大载荷、断裂延伸率作为试验指标,进行二因素三水平的正交试验,运用minitab数据分析软件,对残地膜力学性能拉伸试验所得试验数据进行统计与分析.【结果】试验结果表明,随着拉伸试验速度的增大,残地膜的断裂延伸率增大,残地膜破损程度与最大载荷之间表征出正相关性.【结论】其残地膜力学性能的研究为立秆搂膜机具的设计及其工作参数的探究提供了理论参考依据.

动态纱线张力传感器弹簧片的有限元模态分析

针对传统纱线张力传感器规则弹性体固有频率低、易共振、稳定性低等问题,给出一种用异形弹簧片取代规则弹性体的方法.该方法通过对规则弹簧片进行边缘剪裁、挖圆孔、挖椭圆孔改变弹簧片质量分布,从而提高弹簧片的固有频率.在计算机上利用ANSYS有限元模态分析法反复模拟实验求得弹簧片的固有频率、振型、应力分布等.结果证明,异形弹簧片的固有频率大幅提升,动态纱线张力传感器的稳定性得以提高.

圆柱扭转弹簧扭矩计算方法的改进

对圆柱螺旋扭转弹簧组件进行有限元接触分析,模拟了扭转弹簧在扭转变形过程中弹簧丝、弹簧座和芯轴之间的相互作用。模拟分析表明,随着扭转弹簧和芯轴之间接触区的演变,扭转弹簧的扭转变形存在明显的阶段性。根据模拟结果,按弯曲梁理论推导出了扭转弹簧的分段线性扭矩-转角公式。提出的圆柱螺旋扭转弹簧扭矩计算方法在自动张紧轮扭转弹簧的设计中取得了满意的效果。与不考虑芯轴的支撑作用的传统设计方法相比,该计算方法具有更高的精度。

东北落叶松材单向顺纹受拉损伤模型

从细观层次揭示木材顺纹受拉破坏的损伤演化机制,是建立木材损伤本构模型的基础.在分析木材宏观及细观构造特征的基础上,将木材等效为若干根并联的受拉木纤维,每根顺纹受拉木纤维等效为弹脆性的受拉微弹簧.基于概率思想,假定受拉微弹簧的极限应变Δ为服从某一分布形式fΔ(x)的随机变量,推导了木材顺纹受拉损伤演化方程.在正确设置木材声发射参数即峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)的基础上,通过木材顺纹受拉试件破坏过程中的声发射试验确定了受拉木纤维极限应变分布函数的参数,进而建立了木材顺纹受拉损伤模型.分析结果表明,声发射累计振铃计数与木材顺纹受拉细观损伤的累积过程是一致的,可用于反映木材顺纹受拉过程中的损伤演化特征.

叠层橡胶支座拉伸刚度退化机理研究

为研究剪切变形下叠层橡胶隔震支座拉伸刚度退化特性,分别建立双弹簧受拉模型与偏拉有效面积模型,并推导各截面形状及尺寸的拉伸刚度比公式。然后采用有限元软件ABAQUS建立支座模型,在模型验证的基础上,分析截面尺寸及形状对支座拉伸刚度退化影响,并与理论模型分析结果进行对比。理论模型与数值分析结果表明:橡胶支座拉伸刚度比与截面尺寸大小、形状无关,仅和剪切变形与截面惯性半径比值有关;当支座剪切变形达到规范限值时,拉伸刚度退化52%左右;所建立的模型及拟合刚度退化公式能够有效模拟橡胶支座在不同剪切变形下的拉伸刚度退化情况。

基于内置拉簧的火炮液压调平支腿设计与应用

为避免火炮液压调平支腿在行军时液压锁失效而造成活塞杆自动滑落,在传统液压调平支腿的基础上了,设计了一种内置拉簧的火炮液压调平支腿,介绍了其组成与内部结构,给出了拉簧的设计方法与连接结构,阐述了其工作原理,建立了某车载高炮液压调平支腿的计算模型,利用ANSYS仿真平台分析计算了极限工况下液压调平支腿的刚强度。通过工程应用表明,基于内置拉簧的火炮液压调平支腿具有活塞杆锁定可靠和自动回杆的显著特点。

约束处理技术及应用

利用绝对值函数的性质给出了一种约束处理方法:将不等式约束转化为等式约束,该转化无需增加任何参数;进而通过构造静态罚函数将原问题转化为无约束优化,采用全局和声搜索算法求解。该算法模拟了音乐创作中乐师们凭借自己的记忆,通过反复调整乐队中各乐器的音调,最终达到一个美妙的和声状态的过程;全局和声搜索算法嵌入了位置更新和小概率变异策略。求解13个带有约束的非线性规划标准测试函数,结果表明该约束处理方法是有效的。最后将该算法应用于求解伸缩绳设计优化问题。

爬行器测井安全评估数学模型分析

为了保证爬行器找水系统安全可靠,对爬行器下井过程进行了力学分析,建立了地面电缆张力和爬行器缆头张力数学模型。通过案例计算验证,得到理论计算结果与工程实测数据吻合较好;同时还得到爬行器自由下放极限深度的理论计算结果与工程测试结果几乎一致,说明采用本文建立的数学模型预测地面电缆张力和爬行器缆头张力较准确,计算结果可信;通过数学模型可准确预测启动爬行器的最佳时机,有效防止电缆堵塞井眼。研究结果对于降低测井风险,提高测井成功率具有重要意义。

基于多股簧数控加工机床的多通道张力动态监控系统的研发

针对过去多股簧绕制过程中各股钢丝受力不均等问题[1-2],提出了一套新的张力监控方案。文章以在多股簧加工过程中,实现对多股钢丝张力的实时监控为研究目的。采用研华5510系列、磁粉制动器、张力传感器等硬件设备并结合数字PID算法,研发了一套基于张力控制的闭环控制与检测系统,及多通道张力动态监控系统。在实际生产中,该系统使多股簧数控加工机床的张力控制水平有了显著的提高[3],从而大大提升了多股螺旋弹簧的产品合格率。

多股螺旋弹簧数控机床结构设计及控制系统改进

针对多股螺旋弹簧成型原理,及成型过程中存在的问题,提出多股簧数控机床新型的设计方案。通过对钢丝旋转架的优化和张力控制系统的自主研制,大大提高了各股钢丝张力的一致性控制精度。整个系统采用了PC+PLC主从式控制结构,实现了拧索和绕簧运动过程中四个伺服电机的同步控制。通过导电滑环实现钢丝张力控制系统与上位机的通讯,同时开发出了模块化、图形化人机界面,提高了系统的安全可靠性、通讯实时性和易用性。新机床的开发和投入使用,大幅度提高了多股簧的加工精度和产品合格率。

基于改进的多段线性本构模型的超弹性 SMA螺旋弹簧力-位移关系研究

提出了一种改进的多段线性形状记忆合金(SMA)本构模型,在此基础上,结合螺旋弹簧的基本力学性能,给出了复杂荷载下超弹性SMA螺旋弹簧力-位移关系模型的数值仿真方法。对Motahari提出的SMA多段线性本构模型进行了改进,给出了子环曲线弹性模量的定义,使子环的模拟更加逼近试验结果。同时,考虑到SMA螺旋弹簧的轴向大变形,将原来的一维模型推广到兼顾截面扭转和弯曲两种效应的二维模型。通过两种NiTi螺旋弹簧试件在多种荷载工况下的拉伸试验,对所建立的力-位移关系仿真模型进行了验证。仿真与试验结果表明,应用建立的超弹性SMA螺旋弹簧力-位移关系模型能较为准确地模拟复杂加载工况下弹簧的力学行为。和Motahari模型相比,本文提出的力-位移模型更接近试验结果。

牧草压扁机压扁间隙调节装置的设计与试验研究

针对牧草压扁机作业过程中压扁间隙调节困难等问题,设计了一种新型牧草压扁机间隙调节装置。选择喂入量,上、下压扁辊间隙和回复弹簧拉力为影响其作业性能的主要参数,以压扁率高及碎草损失小为试验评价指标,采用正交试验方法及隶属度加权综合评分法进行了试验研究和结果分析,得出了牧草压扁最优组合:喂入量为2.16 kg·s-1,上、下压扁辊间隙为3 mm,回复弹簧拉力为850 N。按照该最优方案进行试验,试验结果表明:牧草压扁率平均值为94.7%,碎草损失率平均值为2.18%,满足牧草收获的作业要求。

掘进机履带行走机构张紧缓冲装置主要参数的确定

履带张紧缓冲装置是掘进机行走机构中的重要部件。介绍了履带张紧缓冲装置的结构和工作原理 ,并结合理论和实践经验 ,介绍了张紧油缸的初张力、工作压力。