过盈配合工况下收缩管吸能特性分析及结构参数优化

轨道车辆收缩管在轴向冲击载荷及过盈配合下的吸能特性是吸能结构研究中的重要课题,其吸能过程依靠收缩管与锥形衬套之间的摩擦做工及收缩管的塑性变形实现,过盈配合通过影响收缩管与衬套间的接触力提高收缩管的能量耗散。为提高收缩管的吸能特性,研究过盈配合对吸能能力的影响,采用试验与有限元模型相结合的方法,基于多目标优化算法获取包括过盈量在内的收缩管最优结构参数。进行空心轴与轴套过盈静压试验,验证接触力理论公式的正确性;利用台车冲击试验研究收缩管碰撞过程中的吸能特性,构建有限元模型进行验证;推导过盈配合条件下收缩管接触表面压力的理论模型;使用全因子和Hammersley设计方法对过盈配合工况下收缩管结构参数进行研究,包括厚度(T)、过盈量(I_(ntf))、锥角长边(α_(x))和收缩比(R_(atio))。基于此,利用移动最小二乘法(MLSM)构建峰值力(PCF)、比吸能(SEA)和平均力(MCF)的近似模型。主效应分析表明,收缩比对PCF、SEA和MCF的影响最为显著。以获取最小PCF、最大SEA以及MCF最接近设计要求650 kN为优化目标,进行全局响应面(GRSM)优化,获得最优结构配置,与初始设计相比,SEA提高28.54%,PCF降低12.37%。代理模型最优解得出的MCF与有限元模型误差为2.01%,证明构建的代理模型具有较高的精度,可用于优化计算。优化后的结构有效提高了收缩管的吸能能力,降低了碰撞的初始峰值力。

多层过盈联接的设计方法

为提高多层过盈联接件的使用性能和工作可靠性,基于传统设计方法提出了一种新的设计方法。以锁紧盘为研究对象,按照由里往外的次序采用厚壁圆筒理论与Lame方程对主轴与轴套接触面进行计算,采用轴套校核方法对轴套与内环接触面进行计算以及采用内环受力分析对内、外环接触面进行计算。与传统设计方法相比,提出的方法全面考虑各设计参数的影响,计算所得结果与实际模拟的结果规律相符,误差小且精度较高。最后通过实验验证了锁紧盘能够传递实际运转过程中承受的载荷,满足设计给定的工况要求。

胶粘—过盈轴毂联接的设计计算

介绍了胶粘—过盈轴毂联接的基本原理、应用范围及优缺点，同时研究了该联接的设计准则、设计计算方法及其发展前景。

多层压配组合冷挤压凹模的优化设计

讨论多层压配组合冷挤压凹模的优化设计 ,推导了多层压配组合冷挤压凹模各层的应力和预紧力公式 ,并论证了屈服点分别在各层的内表面上 ;分别建立了在给定 1～ 3层组合凹模的外半径的条件下 ,以提高组合冷挤压凹模的承载能力为目标的最优化设计数学模型 ,以及在满足凹模的承载能力的条件下 ,以减少凹模的结构尺寸为目标的最优化设计数学模型 ;通过优化计算 ,得到了 1～ 3层组合凹模承载能力与最小凹模外半径等关系曲线。

爪极预锻组合模具的过盈配合设计

为研究爪极预锻过程中过盈配合设计对组合模具应力的影响,利用有限元软件对不同模芯外径和过盈量的组合模具进行应力模拟。对预锻模具只受成形力或预紧力的两种受力情况进行了分析,论述了过盈量和模芯外径对模具应力的影响,对过盈量和模芯外径的参数组合进行了设计,结果表明:爪极预锻上模受成形力和预紧力作用时,将模芯外径和过盈量分别设计为Φ129和0.26 mm,可以使模芯的等效应力从1540 MPa降低为1260 MPa,同时保证预应力环的等效应力达到最低,且在安全范围内。对分析结果进行了实际生产验证,结果表明模芯的爪部两侧型腔和凸台圆角型腔未出现开裂。

多层过盈联接的可靠性稳健设计研究

基于厚壁圆筒理论,通过分析多层过盈联接的几何关系,推导得出结合压力与过盈量的矩阵表达式,明确了多层过盈联接力学模型的函数关系。以风电锁紧盘作为多层过盈联接的具体实例,根据应力-强度模型和失效机理,建立了锁紧盘可靠度数学模型,同时确定了锁紧盘可靠度相对基本随机变量的灵敏度;依据可靠度对基本随机变量灵敏度平方和最小原则及满足最小可靠度的原则,建立了风电锁紧盘可靠性稳健设计数学模型;为多层过盈联接过盈量的确定提供一种评价指标,进一步精确过盈量的具体取值。通过对设计参量的分析,确定摩擦因数、装配间隙、屈服强度对锁紧盘可靠度的影响。以某型号风电锁紧盘为例,对经典设计方法与可靠性稳健设计方法进行了比较。结果表明,基于可靠性稳健设计的锁紧盘,其可靠度提高了47.6%,且除屈服强度外,可靠度对随机变量的灵敏度均小于经典设计方法,稳健性更强。最后,通过试验验证了基于文中设计方法的锁紧盘能够满足实际运转过程中给定的工况要求。

一种矿用自卸车前轮浮动油封拆卸工装的设计

近年来煤、铜等资源型企业开采量不断扩大,为节约生产成本,提高生产效率,使得矿用设备不断向大型化方向发展。大型设备由于使用的零部件体积及重量均较大,对于设备的维护也有了新的要求。针对国产MCC400A-220t矿用自卸车前轮浮动油封更换费时费力等不便,设计一种前轮轴总成浮动油封拆卸的专用工装,在保证操作人员安全的前提下,大大缩减了前轮轴浮动油封的更换时间,减少了操作人员的劳动强度。

基于铝与层压硅铁热阻研究的电机定子-外壳界面压强确定方法

电机中由层压硅铁合金制成的定子与铝制散热器外壳之间的压强,会影响二者之间的接触热阻,从而影响电机的散热性能。选择合适的直径差,通过热套配合使定子与外壳之间形成合适的压强,是电机设计中重要的环节。本文通过对不同表面处理的硅铁合金和铝试验样块在不同压力下散热性能的试验,分析了电机中热套配合接触面压强值对电机散热性能的影响。试验结果提供了原表面以及研磨表面两种表面处理的硅铁合金层压面在0~10MPa压强区间内与铝表面之间的热阻系数,以及接触面温度对热阻曲线的影响。随后本文将热阻的试验结果与内部应力和耐受转矩曲线结合,提供了一种在已知散热和转矩需求的电机中确定最优的热套配合压强范围的方法,使得设计既能满足电机性能需求又能避免内部应力过高带来的材料屈服的风险。

硬质合金内衬的组合超高压筒体优化设计

研究了硬质合金内衬的多层组合超高压筒体的强度优化设计。以等强度理论为设计原则,建立了以各外层径比(外径与内径的比值)为变量,容器总径比为约束,弹性承压能力最大为目标的优化设计数学模型。应用Lagrange乘子法进行优化,得到了各层最优径比公式及最大内压公式。在此基础上,从叠加原理出发,推导了不同材料多层容器的层间缩套压力及过盈量的最优精确解。最后通过实际算例与分析表明,硬质合金内衬的组合容器需要更大的缩套压力,对于三层容器,中间层和内衬主要承担径向压应力,而外层主要承担周向拉应力。