关节轴承轴向间隙机上原位测量装置设计

面向维修过程中飞机机体关节轴承轴向间隙的测量需求，设计了一款高精度机上原位测量装置。利用其定位机构将轴承外圈和内圈相对位置调正并夹紧，使两者同心。通过微型伺服减速电动机驱动滚珠丝杠，带动轴承内圈相对于外圈沿轴承的轴向作平移运动，利用精密力传感器限制施力幅值，据此确定左右两个极限位置，利用高精度位移传感器测得这两个位置的距离（即关节轴承的轴向间隙）。该装置结构紧凑、精度高、使用方便，可用于飞机结构及其他产品上关节轴承轴向间隙的机上原位测量。     

装配位置偏差对航天精密轴承磨损的影响

以航天机构中的精密球轴承为研究对象,考虑轴向预紧力和装配位置偏差,研究了航天精密轴承磨损演化规律。基于轴承静力学和Archard磨损模型,分析轴承内圈各个角位置的磨损状况,预测润滑膜磨损导致润滑失效位置。建立轴承静力学平衡方程,获得轴向预紧力与轴向位移、径向装配位置偏差与其引起径向力的关系。利用Archard磨损模型,结合各个滚珠受力和在接触区的运动状况,分析轴承不同角位置磨损的状况。分别分析轴承各角位置磨损随轴向力、径向力和磨损时间的演化规律。研究结果表明:在单考虑轴向预紧力时,内圈各角位置磨损相同,且磨损深度与轴向预紧力呈线性关系;综合考虑轴向预紧力和装配位置偏差时,装配位置偏差导致轴承内部径向力呈指数趋势变化;径向位置偏差导致内圈各角位置磨损深度差距很大;径向位置偏差增大,靠近偏差方向的位置磨损加剧,背离偏差方向的位置磨损减弱;随着磨损时间延长,各角位置的磨损深度差距越来越大;径向位置偏差导致各角位置的接触角差别很小,而是各角位置的径向力差异却较大。     

基于非接触光学的金刚石滚轮石墨型腔测量方法

为了实现对金刚石滚轮石墨型腔的高精度测量,建立了基于激光同轴位移传感器的型腔轮廓测量系统,介绍了系统组成与测量原理、系统坐标系建立及参数标定方法,并提出型腔径向圆跳动与轴向圆弧轮廓度参数的测量计算方法。试验结果表明,径向圆跳动的测量标准差为0.003 3 mm,轴向圆弧半径测量值最大偏差为1.7μm,圆弧轮廓度测量值最大偏差为0.7μm,测量精度高。     

角接触球轴承静态刚度试验

角接触球轴承在径向、轴向以及力矩方向联合载荷作用下,内外圈将产生径向、轴向相对位移及相对倾角。这种弹性相对位移量的大小关系到轴承的使用性能。为了得到角接触球轴承静刚度,提出了角接触球轴承静刚度的测试方法。设计了测量装置,获取施加不同载荷作用下角接触球轴承的静刚度。分析结果表明:随着轴向载荷或径向载荷的增大,轴向变形或径向变形基本上呈现线性增长,轴向刚度和径向刚度呈现非线性增长;随着轴承尺寸的增大,轴承的静态刚度也增大。     

双螺杆磨浆机轴向推力测量装置

双螺杆磨浆机是造纸工业中一种新型的磨浆设备。螺杆的轴向力是该设备设计的重要参数,目前尚无有效计算方法。设计了采用推力轴承和测力环的双螺杆磨浆机轴向推力测量装置,其特点是相间干扰小,结构紧凑、简单;并应用弹性力学方法对测力环参数进行了计算,分析表明减小测力环支撑板横截面积或选用弹性模量较小的钢材有利于增加灵敏度。测量装置的标定实验表明,测力环灵敏度较高,重复性较好。该测量装置用于双螺杆磨浆机轴向推力的测量,取得了良好的效果。     

大型精密转台高精度角度微驱动装置的研制

针对用于标定和检测的大型精密转台(要求其定位误差≤±0.5″),研制了高精度角度微驱动装置。介绍了转台的总体结构,给出了角度微驱动装置的驱动原理和构成。该角度微驱动装置主要通过一个角位移转换机构把精密直线位移转化为精密角位移来实现高的角度分辨率,其在驱动转台旋转的过程中几乎不给转台带来轴向力和径向力,因此不影响转台的轴系精度。为了满足定位要求,转台设计采用了粗精结合、二次定位的方法,即先采用力矩电机进行粗定位,然后使用角度微驱动装置来实现精定位。最后,从理论上计算了角度微驱动装置的分辨率并进行了测试和应用验证,证明此角度微驱动装置的分辨率优于0.08″,满足转台定位精度要求。     

精密微小组件压装技术及仪器

根据一种过盈联接精密微小组件的装配要求,研制了一套精密微小组件自动压装仪器。通过分析压装过程中压装力与系统弹性变形的变化关系,对组件的压装位移进行了有效补偿。采用具有上下视野的机器视觉装置测量压装组件的相对位置,并采用XY位移平台对组件进行精确对准。提出了对具有上下视野的机器视觉装置的标定方法;分析了组件压装力与压装位移的关系,得出了压装力-位移曲线的预测值。对随机抽取的5套零件进行了装配实验,结果表明:对组件进行精密对准后,组件压装位移-压装力曲线符合预测值;组件装配后相对位置的距离偏差小于±5μm,垂直度偏差小于10μm。实验表明组件装配精度达到了设计指标要求。     

平衡孔位置对离心泵轴向力影响的数值模拟研究

为了减小离心泵叶轮的轴向力,在全计算域的基础上,基于RNG k-ε湍流模型和定常计算,系统地研究了平衡孔的径向位置和周向位置对轴向力的影响。结果表明:在保持平衡孔直径不变的情况下,平衡孔径向和周向位置的变化对泵性能的影响非常小;当平衡孔到离心泵转轴的径向距离减小时,轴向力减小;平衡孔开孔位置越靠近叶片背面,平衡孔泄漏量越大,轴向力越小;减小平衡孔到转轴的径向距离并使平衡孔开孔位置尽量靠近叶片背面,能够最大幅度地减小离心泵的轴向力,计算得到的轴向力最小值比最大值减小14.99%。     

转台工作面角位置测量装置误差分析与补偿

针对特定转台轴端角位置检测误差不能反映实际产品工作面空间角位置的问题,介绍了一种以圆光栅和水平电容传感器作为测角元件的转台工作面空间角位置定位测量装置。以提高空间测角精度为目的,重点对装置各项误差因素进行归类分析。除光栅和传感器分别存在的分系统测角误差外,测量装置还存在转轴与测量基面不平行、传感器敏感轴与测量基面不平行等误差项。为修正测角系统误差,根据圆光栅旋转面、传感器敏感轴、转轴轴系、测量基面的空间几何关系建立数学模型,分析系统误差影响因素。最后利用分度误差在0.3″高精度转台对校准装置进行标定,并利用径向基函数(RBF)神经网络建立误差补偿模型,对系统测角精度进行修正,使系统最大误差值由13.75″下降至2.9″,满足了3″以内的测角精度需求。     

基于高温超导体的真空动态微力测量平台研究

针对α衰变微推进器等高辐射性、附着式空间微推进器的测量需求,提出了一种基于高温超导磁悬浮装置的真空动态微小力测量方法和平台。平台利用液氮、分子泵和高温超导体构建了低温、低压、低阻的实验条件,避免了接触型阻力的存在。实验时,硬磁转子将悬浮在超导导轨上进行单自由度的平面转动运动。通过光电测速系统对硬磁转子进行的较远距离长时间监测,实现了对微小力的测量,也减小了可能的放射性危害。重点介绍了微小力测量平台的关键子系统,分析了平台的运动特征与测力机制,给出了实验流程与数据处理方法,并进行了标定实验。经标定,平台可实现小于1μN的推力测量。平台的阻力可低至511±35 nN,微力测量的下限为66 nN。     

Pulsed thrust measurements using electromagnetic calibration techniques

A thrust stand for accurately measuring impulse bits, which ranged from 10-1000 μN?s using a noncontact electromagnetic calibration technique is described. In particular, a permanent magnet structure was designed to produce a uniform magnetic field, and a multiturn coil was made to produce a calibration force less than 10 mN. The electromagnetic calibration force for pulsed thrust measurements was linear to the coil current and changed less than 2.5% when the distance between the coil and magnet changed 6 mm. A pulsed plasma thruster was first tested on the thrust stand, and afterward five single impulse bits were measured to give a 310 μN?s average impulse bit. Uncertainty of the measured impulse bit was analyzed to evaluate the quality of the measurement and was found to be 10 μN?s with 95% credibility.     

基于地铁车辆二系回转角的主动径向研究

提出一种基于地铁车辆二系回转角的线路曲率测量新方法,利用该方法可得到一位转向架所处位置的线路曲率半径,以此作为随后主动径向控制研究的关键参数,并基于此方法设计一种适用于地铁车辆的二系回转角测量装置。随后,提出一种地铁车辆主动径向控制方法,并设计出轮对定位与作动器集成的主动径向一体式装置。最后建立地铁车辆动力学模型,计算分析了线路曲率测量新方法及主动径向控制的效果,研究结果表明：线路曲率测量值与线路曲率实际值的同步性高,相对误差小,满足工程运用要求;主动径向控制下的地铁车辆曲线通过性能得到显著改善,且作动器输出力低、输出功率低。研究结果可为轨道线路曲率测量、地铁车辆主动径向技术提供工程化参考。     

Non-contact thrust stand calibration method for repetitively pulsed electric thrusters

A thrust stand calibration technique for use in testing repetitively pulsed electric thrusters for in-space propulsion has been developed and tested using a modified hanging pendulum thrust stand. In the implementation of this technique, current pulses are applied to a solenoid to produce a pulsed magnetic field that acts against a permanent magnet mounted to the thrust stand pendulum arm. The force on the magnet is applied in this non-contact manner, with the entire pulsed force transferred to the pendulum arm through a piezoelectric force transducer to provide a time-accurate force measurement. Modeling of the pendulum arm dynamics reveals that after an initial transient in thrust stand motion the quasi-steady average deflection of the thrust stand arm away from the unforced or "zero" position can be related to the average applied force through a simple linear Hooke's law relationship. Modeling demonstrates that this technique is universally applicable except when the pulsing period is increased to the point where it approaches the period of natural thrust stand motion. Calibration data were obtained using a modified hanging pendulum thrust stand previously used for steady-state thrust measurements. Data were obtained for varying impulse bit at constant pulse frequency and for varying pulse frequency. The two data sets exhibit excellent quantitative agreement with each other. The overall error on the linear regression fit used to determine the calibration coefficient was roughly 1%.     

离心泵后泵腔内液体压力数值分析与验证

离心泵轴向力的大小与泵腔内压力分布密切相关,而试验测量轴向力成本较高,因此采用数值模拟展开泵腔内压力分布规律研究,并提出简便的试验测量轴向力方法显得格外必要。利用数值模拟计算,在0.6 Q_(sp)~1.2Q_(sp)工况下,研究离心泵后泵腔压力沿轴向、径向、切向分布规律,绘制后泵腔压力在0°、90°、180°、270°及压力均值沿径向分布曲线,得出后泵腔轴向力大小,推导两种近似计算泵腔轴向力公式,提出简便的试验测量泵腔轴向力方法,并将后泵腔压力模拟结果与试验结果对比,验证模拟结果的真实可靠性。结果表明:同一流量工况点,后泵腔压力沿轴向保持不变,沿径向随半径增大而增大。流量越大,后泵腔压力沿切向分布越具有轴对称性,沿径向增大越均匀。后泵腔轴向力两种公式计算结果与数值计算结果相对误差极小,后泵腔区域压力均值与其径向几何中心处压力均值大小相等。在试验测量离心泵泵腔轴向力时,只需要测量泵腔沿180°径向中心处压力值,便可近似求得泵腔区域轴向力大小。     

孔口流量计正压测试夹具和可膨胀系数的研究

孔口流量计是标准孔板流量计的特殊使用形式,为环境监测领域中常用流量测量元件。孔口流量计在校准时按上游入口压力的不同,其校准方法分为微正压和微负压两种校准工况。两种工况均为国家标准和规范推荐方法,但校准出的流量系数差距达10%。夹具引入的附加差压和仪表流量系数线性度误差是导致两种校准工况流量系数偏差的原因。通过CFD仿真研究,设计对被校准孔口流量计上游压力影响较小的夹具形式和结构参数。在仿真数据的基础上计算得到适用于常用管径和雷诺数范围的孔口流量计的可膨胀修正系数公式。运用上述成果并进行试验验证,正压和负压校准流量系数的差距减小至±0.5%以内。校准流量范围内孔口流量计流量系数线性度也有0.1%左右的提升。     

附加轴向力法计算向心推力滚动轴承轴向力

向心推力滚动轴承本身所受轴向力通常采用判断“压紧”端和“放松”端的方法来求解,现有的判别方法既不完备,又容易出错。为了完善现有的判别方法,通过轴系结构的分析,引入轴承安装方式这一新增判别条件。为了简化计算过程,通过力学推导,提出了一种不需要利用判别方法,直接得到向心推力滚动轴承本身所受轴向力的新方法,称为附加轴向力法,即向心推力滚动轴承本身所受轴向力等于其本身派生轴向力与其本身所受附加轴向力之和,并通过与原先方法的结果对比验证了新方法的正确性。     

水轮发电机转子轴向位移与轴向电磁力

水轮发电机稳态运行时，定、转子磁场中心的轴向错位使定、转子间产生轴向磁拉力，影响推力轴承的稳定运行。文中用保角变换分析三峡水轮发电机转子的伸出端磁场，得到伸出端磁场的解析表达式，并由此导出转子端部的轴向电磁力的解析表达式，并应用多尺度法，得到转子系统轴向非线性振动的一次近似解。最后，使用某发电机组的电磁参数，计算该转子系统轴向位移和轴向电磁力的关系。     

摆线副结构永磁复合电机的设计与分析

将摆线液压马达与永磁同步电机相结合,设计一种定转子为摆线副结构的永磁复合电机,给出了该电机的运行机理、电机各部分的设计方法,确定了永磁体的布置方式;对所设计电机进行有限元仿真,对比径向、切向电磁力大小,与同尺寸永磁同步电机输出转矩和功率进行对比.结果表明:所设计的复合电机能够提高切向电磁力的比例,增大电机的输出转矩,提...     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

Development of a two-dimensional dual pendulum thrust stand for Hall thrusters

A two-dimensional dual pendulum thrust stand was developed to measure thrust vectors [axial and horizontal (transverse) direction thrusts] of a Hall thruster. A thruster with a steering mechanism is mounted on the inner pendulum, and thrust is measured from the displacement between inner and outer pendulums, by which a thermal drift effect is canceled out. Two crossover knife-edges support each pendulum arm: one is set on the other at a right angle. They enable the pendulums to swing in two directions. Thrust calibration using a pulley and weight system showed that the measurement errors were less than 0.25 mN (1.4%) in the main thrust direction and 0.09 mN (1.4%) in its transverse direction. The thrust angle of the thrust vector was measured with the stand using the thruster. Consequently, a vector deviation from the main thrust direction of +/-2.3 degrees was measured with the error of +/-0.2 degrees under the typical operating conditions for the thruster.