Numerical studies of effect of tool sizes and pin shapes on friction stir welding of AA2024-T3 alloy

Coupled thermo-mechanical model was used to investigate the effects of the pin diameter, the shoulder diameter and the in conical angle on the heat generations, the material deformations and the energy histories in friction stir welding（FSW） of AA2024-T3 alloy. Results indicate that the shoulder-plate contact area takes more important contribution to the heat generation than the pin-plate contact area. The increase of the shoulder diameter or the decrease of the pin diameter can lead to the increase of the welding temperature in FSW, but the change of shoulder size is more important. Compared to the cases in FSW of AA6061-T6, the input power is obviously increased in FSW of AA2024-T3 and the ratio of the plastic dissipation to the friction dissipation becomes decreased.

V形兜孔圆柱滚子轴承摩擦生热特性分析

针对V形兜孔圆柱滚子轴承的兜孔几何参数影响轴承摩擦生热特性的问题,研究了不同V形兜孔壁面倾斜角度对轴承摩擦生热特性的影响规律。首先,基于多体动力学理论、摩擦学原理,建立了轴承动力学模型、摩擦功耗模型;然后,分析了V形兜孔不同几何参数对兜孔摩擦生热的影响,并利用正交试验法优化了V形兜孔几何参数;最后,基于优化后的V形兜孔,分析了轴承各部件间的摩擦生热特性。研究结果表明:V形兜孔几何参数对兜孔摩擦生热影响显著,工况相同时,不同壁倾角组合下兜孔摩擦功耗的最大差值达到了736.2 W,当兜孔壁倾角α=40°、β=50°时可有效降低兜孔摩擦生热;此外,兜孔摩擦生热随转速增加而持续升高,但径向载荷的增加使得兜孔摩擦生热逐渐趋于稳定;与普通圆弧兜孔轴承相比,不同工况下,优化轴承兜孔摩擦生热及总摩擦生热均低于普通轴承,且优化轴承滚子与兜孔间的接触力也低于普通轴承。

高速电主轴轴承热分析与实验研究

根据高速电主轴角接触球轴承中滚动体的运动情况,分析其受力状态,并考虑轴承预加载荷对滚动体在高速旋转状态下陀螺力矩的平衡效果,应用Palmgren经验公式计算轴承整体的摩擦热,然后依据传热学理论建立轴承的温升热模型,并用热网络法建立其热阻抗网络图,最后用120MD60Y6油雾润滑型电主轴的轴承进行试验验证。结果表明,轴承温升主要受转速、润滑油量、供气压力及载荷的影响,在主轴启动的初始阶段温升变化最快,且润滑油量和供气压力对轴承温升有一个最佳的适用范围。

高速球轴承生热量的理论及试验研究

结合高速球轴承的拟动力学模型,分析轴承各零件在接触点处的切向摩擦力和相对滑动速度。利用局部分析法建立轴承生热量计算模型。研究转速、载荷和轴承几何结构参数对轴承各单元间的局部生热量和总生热量的影响。搭建轴承试验台,监测轴承生热量随工况的变化规律;将相同条件下的理论计算结果和试验结果进行对比,验证理论模型的正确性。结果表明:轴承在稳定运行时,转速和外加轴向载荷是造成轴承总生热量的主要因素;在球径一定的情况下,内、外圈沟曲率半径系数存在一个使轴承生热量最小的最优值;分析轴承生热量变化规律,有利于轴承的温度场计算、润滑油油量的选取等。研究结果为轴承结构的优化设计提供参考。

变压预紧电主轴热位移预测模型研究

为解决高速电主轴在变速过程中产生的热位移引起加工质量的问题,通过搭建变压预紧电主轴实验平台,提出一种不同预紧力下电主轴自然降速实验方法,基于能量守恒理论建立轴承摩擦生热模型,构建预紧力与轴承发热量的函数关系;在此基础上,进一步探究轴承温升导致主轴产生热位移的影响规律。分别以预紧力为1450、1550和1700 N工况下,电主轴的轴承温度数据和时间作为输入,构建电主轴BP神经网络热位移预测模型。结果表明,构建的热位移预测模型能有效地预测电主轴的热位移,预测模型的残差在0.5μm以内,研究成果为高精密机床主轴热误差智能补偿提供一种新思路。

机床主轴轴承摩擦生热特性分析

为研究圆柱滚子轴承摩擦生热特性,构建了一种考虑了主轴-轴承装配过盈量、离心力以及配合表面粗糙度的拟静力学分析模型。应用局部法计算得到轴承各部件间的摩擦生热量,通过实例分析了不同工况条件以及润滑参数对摩擦生热的影响。结果表明,轴承转速及外载荷对摩擦生热量有较大影响,转速越高,摩擦生热量增长越明显;润滑油动力黏度或油气比例系数的增大,均使得轴承摩擦生热量出现增长的趋势。