Effects of Tightening Torque on Dynamic Characteristics of Low Pressure Rotors Connected by a Spline Coupling

A rotor dynamic model is built up for investigating the effects of tightening torque on dynamic characteristics of low pressure rotors connected by a spline coupling.The experimental rotor system is established using a fluted disk and a speed sensor which is applied in an actual aero engine for speed measurement.Through simulating calculation and experiments,the effects of tightening torque on the dynamic characteristics of the rotor system connected by a spline coupling including critical speeds,vibration modes and unbalance responses are analyzed.The results show that when increasing the tightening torque,the first two critical speeds and the amplitudes of unbalance response gradually increase in varying degrees while the vibration modes are essentially unchanged.In addition,changing axial and circumferential positions of the mass unbalance can lead to various amplitudes of unbalance response and even the rates of change.

角钢塔螺栓的紧固控制技术

针对角钢塔螺栓紧固作业需求,研究了一种轻量化、扭矩可准确控制的电动扳手.为了解决轻量化问题,提出了一种自抗扰控制器与滑模观测器融合算法,实现了无扭矩传感器的电动扳手扭矩参数估计与控制.首先,将自抗扰控制器引进扭矩环、速度环,在对其总扰动量进行估计的同时得到角加速度的估计值,然后将该角加速度值作为二阶滑模观测器的输入进行紧固扭矩值的估计,解决了二阶滑模观测器中变量的导数值难以获得的问题.仿真和实验结果表明,与传统PID控制器、滑模控制器相比,所提方法可实现扭矩的准确估计,具有扭矩调节时间短,超调小的特点.

面对面角接触球轴承装置热力耦合仿真分析

在研究轴承时为了方便计算简化模型,一般将组合装置中的两个轴承简化成一个轴承进行分析,这样会带来一定的误差,因此这里分析了面对面球轴承组合装置中两个轴承的热特性耦合。这里首先分析了角接触球轴承的摩擦力矩,根据混合润滑机理,考虑了混合热阻影响,计算了轴承在发生摩擦时生成的热量,通过ANSYS的APDL命令流将进行参数化建模,建立了面对面轴承组合装置仿真模型,再利用APDL命令流循环计算出组合装置不同时刻下的温度场和在不同时刻温度场下的热膨胀诱导的力,从而分析出组合装置中的两个轴承预紧力和发热量的时变耦合特性。实验结果表明,这里模型与实验数据吻合,验证了本模型的正确性。

书夹型钢-混组合结构在桥梁加宽中的应用研究

为避免桥梁加宽时下部结构拓宽,减少新旧桥面纵向裂缝及铺装层损伤,提出一种以钢结构立柱及护栏、书夹式钢板、高强度螺栓为主要构件,超高性能混凝土(UHPC)为铺装层的书夹型钢-混组合结构进行桥梁加宽。为评估该组合结构在运营条件下的安全性,以厦门官浔溪大桥加宽工程为背景,通过实桥现场静载试验研究水平荷载作用下书夹型钢-混组合结构的力学性能,并与数值仿真结果进行对比,验证试验结果的可靠性。结果表明:实测结果与数值仿真结果吻合良好;书夹型钢-混组合结构关键部位荷载~位移曲线、荷载~应力曲线呈线性变化,钢结构最大拉应力约为材料屈服强度的75%,整体结构处于弹性工作阶段;螺栓预紧力有效减少了高强度螺栓的直剪作用,降低了剪切疲劳破坏风险;采用书夹型钢-混组合结构进行桥梁加宽可有效避免下部结构拓宽,改善新旧桥面纵向裂缝及铺装层损伤,具有较好的加宽效果。

开槽螺母-螺栓连接副拧紧特性研究

由于飞机飞行过程持续遭受振动载荷,设计中广泛采用具有自锁功能的开槽螺母-螺栓连接副以防螺栓的松动和夹紧力损失。研究开槽螺母-螺栓连接副的拧紧特性,对保证连接结构的力学性能、安全性和可靠性具有重要意义。对开槽螺母拧紧工艺开展了理论分析,修正了其夹紧力-拧紧力矩关系公式。试验研究了开槽螺母型号、被连接件材料、润滑条件以及重复拧紧次数等条件对拧紧特性的影响。研究结果表明,NASM14144开槽螺母相较于高度较低的NASM14145开槽螺母,预置力矩提升了125.9%,而扭矩系数稍有降低;饱和润滑方式能有效降低扭矩系数及其波动性,螺母-连接板贴合面润滑的效果次之;重复拧紧过程使得NASM14144螺母的预置力矩降低、扭矩系数明显升高,而NASM14145螺母的拧紧特性并未显著改变。

基于预应力场分布的锚杆支护参数设计

为优化隧道施工预应力锚杆支护参数,通过模型试验与数值模拟相结合的方法研究Ⅳ级围岩条件下锚杆支护参数对预应力场分布的影响。结果表明:预紧力对锚杆预应力场的影响显著,预紧力越大,预应力场分布范围越大,锚杆主动支护作用越好;锚固长度过长会减小预应力场分布范围,锚固长度过短则不利于形成连续的压应力区,建议锚固长度取锚杆长度的30%~50%;锚杆间距越小预应力场叠加效应越明显,锚杆间距过小时在锚杆末端会出现拉应力区,建议锚杆间距取锚杆长度的42%。

基于对称同位拧紧方式的动态扭矩或转角测量系统

基于现代工业机器人常用的对称同位拧紧方式,结合市场现有的带转角的动态扭矩传感器的结构参数与JJF 1610—2017对测量设备及其他相关设备的技术要求,设计一套测量范围覆盖1~5 000 Nm,涵盖高、低扭矩率的动态扭矩或转角测量系统。设计的系统可模拟以对称同位拧紧方式运行的双轴动力扳子并进行测量。系统的相对扩展不确定度达到0.7%(k=2)。

自适应贴合力矩的扭矩转角法拧紧工艺分析

螺栓连接是航空发动机装配最重要的连接方式之一。针对航空发动机螺栓传统拧紧工艺中预紧力分散性大和控制精度较低等问题,这里系统地研究了螺栓连接装配工艺中的扭矩转角拧紧工艺。首先对螺栓装配拧紧工艺中的扭矩转角法进行理论和误差分析;接着以M10螺栓为例进行扭矩转角法的有限元仿真,分析了设置动态拐点扭矩下螺栓拧紧过程中预紧力和螺栓应力的变化规律,提出了基于自适应贴合力矩的螺栓扭矩转角拧紧方案;最后以该型号螺栓为例进行试验验证,获取螺栓的自锁力矩,并确定自适应贴合力矩下的扭矩转角法的最优拧紧工艺。

电动冲击扳手定扭矩控制方法研究

研究了电动冲击扳手定扭矩控制的问题。首先建立了电动冲击扳手碰撞模型和扭矩累积模型,分析了影响扳手扭矩输出的因素,提出了一种基于冲击次数和冲击块转速的定扭矩控制方案,同时设计了冲击次数采集方案和基于模糊PID的双闭环直流无刷电机的转速控制方案。在搭建的电动冲击扳手扭矩测试平台上进行验证,结果表明,在冲击次数为200时,扳手的定扭矩控制精度可达到±4%以内。该定扭矩控制方法具有控制精度高、成本低及操作方便等特点。通过实际应用验证了该方法的可行性。

高端航天器连接状态检测技术研究进展

航天飞行器向高性能发展是目前的主流需求,而连接状态退化是高端航天飞器高性能运行的“潜在威胁”,连接状态检测技术是保障航天器高性能运行的“监护保险”。综述了高端航天器连接状态检测技术的最新研究进展,旨在保障航天器的高性能运行与安全性。首先阐述了航天器连接状态检测的重要性,指出其作为确保航天飞行器高效运行的关键“保障措施”,接着从螺栓预紧力检测和接触界面状态检测两个方面,详细分析了国内外在该领域的研究现状与方法,揭示了高端航天器连接状态检测技术理论与方法所面对的挑战,并探讨了应对这些挑战的解决途径和发展趋势。为航天器连接状态检测技术的进一步发展提供了理论基础与实践指导。

多试件垫片加速寿命试验装置试验垫片预紧应力误差分析

垫片是螺栓法兰连接系统的核心部件,对垫片寿命进行预测可提高连接系统的可靠性,而减小垫片寿命评价装置试验误差则可提高垫片寿命预测的准确性。以柔性石墨缠绕垫为例,研究多试件垫片加速寿命试验装置的法兰和垫片厚度偏差、加载的同轴度偏差和垫片安装偏差对垫片上应力分布的影响,得到在不同温度和预紧应力下的载荷比,确定试验装置所允许的最大偏差;揭示温度和预紧应力大小对试验垫片预紧应力误差的影响,提出控制预紧应力误差的方法。结果表明:预紧应力误差都随着温度的升高而减小;法兰和垫片厚度偏差引起的预紧应力误差随着预紧应力增大而减小;试验装置加载的同轴度偏差和垫片安装偏差引起的试验垫片的预紧应力误差随着预紧应力增大而增大。以试验垫片预紧应力误差1%为指标,得到法兰和垫片之间的厚度偏差应控制在-0.02~0.005 mm之间,试验装置加载的同轴度偏差应不大于0.33 mm,试验垫片的安装偏差应不大于1.24 mm。对于其他种类垫片,也可以通过提出的方法确定法兰和垫片之间的厚度偏差、试验装置加载的同轴度偏差、试验垫片的安装偏差的范围。

拧紧力矩配比对双螺母螺栓连接松动过程影响的实验与仿真

工程中双螺母防松是一种常见的螺栓连接防松形式,不同的拧紧力矩配比对其松动过程及防松效果产生的影响不同。通过横向振动试验对比了单、双螺母节点的耗能能力,通过实验对比不同拧紧力矩配比下双螺母螺栓预紧力的实验结果与理论结果,针对横向载荷作用下双螺母螺栓连接节点,建立了考虑螺纹的精细化有限元模型,得到不同拧紧力矩配比下连接节点的螺栓夹紧力变化、滞回曲线、刚度退化系数、耗能能力、螺纹接触状态以及螺栓塑性变形,多方面分析拧紧力矩配比对螺栓连接节点松动过程的影响,综合对比给出其影响规律,并给出最佳拧紧力矩配比,有助于优化双螺母螺栓的设计,提升双螺母螺栓的防松效果,为后续的研究与应用奠定基础。

拧紧力矩作用下螺栓预紧力的高保真有限元仿真与实验验证

针对实际螺栓结构,研究螺栓在拧紧力矩作用下的有限元仿真方法,得出了拧紧力矩和螺栓预紧力之间的定量关系。首先,建立了带三维斜螺纹的螺栓几何模型,并且使用Hypermesh软件进行带螺纹的有限元网格划分,并定义相应的力学接触状态;然后,利用Ansys Workbench软件对螺母下表面施加不同大小拧紧力矩来得到对应的轴向力的大小,从而得出拧紧力矩与螺栓拉力之间的函数关系;最后,设计了螺栓预紧力实验,并将实验、仿真结果以及理论公式计算结果三者进行对比验证。结果表明,与扭拉关系理论计算式相比,有限元仿真模型的计算结果与实验更为接近,能准确反映螺栓预紧过程。螺栓预紧高保真有限元模型为进一步精确分析螺栓拧紧时的力学机制提供了一种可行方法。

基于有限元分析的壳体平面铣削加工质量改善

在工程机械加工制造过程中,铸造壳体类零件常因形状不规则、结构复杂、加工面积较大等原因,存在加工难度高、平面度等表面质量难以保证,合格率不稳定等问题。为了有效提升加工效率,降低生产成本,本文基于实际的加工条件和环境,以壳体平面铣削加工为研究对象,采用有限元分析方法,对铣削力进行了计算,进而对壳体变形量进行了分析。针对最大变形位置,结合已成熟的装夹方法,在工件薄壁处采用反向预紧支撑方式,有效改善了大批量生产加工中壳体加工平面度质量问题。

高强度螺栓轴力与扭矩关系线性回归分析及不确定度评定

高强度螺栓广泛应用于各类高压罐体中,为了量化装配过程中的检验标准,建立高强度螺栓扭矩与轴力的对应关系模型。基于高强度螺栓轴力-扭矩实验,采用一元线性回归分析方法,建立高强度螺栓拧紧扭矩与轴力的理论关系模型;并采用剩余标准差对线性回归模型的斜率和截距进行不确定度评定。结果表明,模型计算的回归结果与实验结果的误差在±7%以内,螺栓轴力的剩余标准偏差与平均值的相对百分比小于3%,线性回归方程可以准确预测高强度螺栓扭矩与轴力的之间关系,不确定度分析可准确获取各参数的置信区间。研究对提升高强度螺栓的装配质量和连接性能,有一定的理论意义和应用价值。

扭紧力矩对SWRM10K螺栓疲劳性能影响的研究

对扭紧力矩分别为0、12.5、22.0、29.5和35.0 Nm的SWRM10K钢螺栓进行轴向加载疲劳实验,获取螺栓的疲劳S-N数据。对比不同扭紧力矩下螺栓疲劳S-N特性,分析扭紧力矩对螺栓疲劳性能的影响。采用SEM观察螺栓试样的断口形貌,结合EDS分析裂纹萌生区元素分布,揭示螺栓疲劳断裂的规律。研究结果表明:增加扭紧力矩能有效提升该螺栓疲劳极限,但增加到一定程度提升效果明显下降,扭紧力矩值接近29.5 Nm较为合理。在该扭紧力矩下,螺栓疲劳极限为141 MPa,与未施加扭紧力矩相比提升了62.1%。螺栓疲劳断口分为3个区域:裂纹萌生区、扩展区和瞬间断裂区。在高应力幅下,裂纹萌生于试样表面,由晶体滑移引起;在低应力幅下,裂纹同样萌生于试样表面,但由晶体滑移或夹杂物引起。

沸腾床加氢装置用球阀的优化设计及应用

影响沸腾床加氢装置球阀长期安全有效运行的原因主要有开关动作卡涩、开关不到位、球体与阀座流道口被冲蚀等,结合现役球阀的应用工况,通过流体仿真分析以及密封面耐磨冲蚀综合试验,运用理论分析和有限元软件,实现球阀的优化设计,同时对阀门的应用情况进行了解析,给出了球阀安装调试的注意事项,能更好地满足工况条件和使用要求。

拧紧力矩对线束与卡箍装配体的数值分析

采用Mooney-Rivlin本构模型描述卡箍橡胶衬垫的力学特性,借助Workbench有限元软件建立线束与卡箍装配的有限元模型,采用数值计算的方法研究不同拧紧力矩作用下线束与卡箍装配体的受力变化规律。结果表明:在卡箍耳片贴合后,不同力矩下卡箍与线束之间的受力变形特点相似,卡箍应力和接触面内的接触压力随力矩变化呈现先增大后不变的趋势。结合拉脱力试验平台,验证了仿真分析的准确性,可为飞机线束与卡箍装配研究提供参考。

不同参数条件下双螺母螺栓连接松动过程的实验研究

针对工程中常见的双螺母螺栓连接,建立了螺栓上下螺母拧紧力矩与预紧力之间的关系,并验证了其正确性,通过横向振动实验得到了不同参数条件下双螺母螺栓连接剩余预紧力的百分比,分析了在横向载荷作用下振动幅值以及上下螺母拧紧力矩配比对双螺母螺栓连接松动的影响,给出了双螺母螺栓连接中上下螺母的最佳拧紧力矩配比,分析了双螺母螺栓连接螺纹磨损机理。

汽车装配生产线电动伺服螺纹拧紧设备发展现状

中国汽车销量已经连续14年居世界第一,螺纹连接为汽车零部件之间的主要连接形式,螺纹拧紧设备市场需求巨大。目前国内汽车生产线上的拧紧设备主要依靠进口,造价高,已经成为卡脖子问题。为此文章针对汽车生产线的电动伺服螺纹拧紧设备的关键技术展开论述:对比了交流永磁伺服同步电机的控制策略;论述了拧紧设备的减速机构方案;对比了不同的扭矩检测方案;最后分析了国内外现有的电动伺服螺纹拧紧设备的特点。通过对电动伺服螺纹拧紧设备关键技术的研究分析,指出了现阶段电动伺服拧紧设备上不同技术方案的优缺点及发展趋势,为国内电动伺服螺纹拧紧设备的研究与开发提供了思路。