某型号固体火箭发动机推力矢量控制系统接触承载性能分析

某型号固体火箭发动机推力矢量控制系统的结构设计,必须保证在承受极端工作载荷时,喷管不能有大的轴向位移,阴、阳球与滚动体间具有一定的接触强度,同时不产生过量的塑性变形,属于复杂结构在复杂载荷作用下的弹塑性摩擦接触问题,无法解析计算且无法试验测量。为解决决定系统结构设计和功能发挥的接触承载性能这一关键问题,模拟系统冷试车试验,充分考虑材料表面强化层,建立各构件间的弹塑性摩擦接触模型。基于计算精度高的三维摩擦接触问题的Lagrange乘子法,解决了与弹塑性耦合的有限元计算问题。计算分析喷管位移,阴球、阳球与滚动体间的接触应力、摩擦应力、变形分布及材料破坏机理。通过与冷试车试验结果的对比分析,检验系统接触承载性能、有限元法及结果的正确性。为该型号推力矢量控制系统的设计提供一种更为高效、精确的计算方法。     

固体火箭发动机推力向量控制系统动态性能分析

以某型号固体火箭发动机推力向量控制系统为研究对象,采用多体系统动力学计算方法,以作用在系统活动体上的轴向载荷为工作阻力,作动器指令位移为原动件的已知运动规律,接头内引入并联非线性弹簧阻尼器表征各构件间的接触,建立该型号推力向量控制系统动力学模型,进行多体动力学计算,得到接头内构件间的实时运动规律、接触力及力矩。理论计算与系统冷摆试验相结合,分析作动力矩与摆角、频率的关系,计算接触变形产生的力矩增量,分析接头压痕产生的主要原因,并提出改进措施。     

滚动轴承弹性接触动态特性有限元分析

滚动轴承弹性滚动接触动态特性直接影响转子系统的精度及动态特性,针对滚动轴承弹性滚动接触动态特性问题,以深沟球轴承61914为例,在同时考虑内环、外环、滚珠及保持架变形的情况下,建立滚动轴承三维弹性滚动接触有限元模型,采用有限单元法计算滚动轴承在不同转速、径向力及轴向力等载荷工况下滚动轴承的接触应力及滚珠与内环的运动状态。结果表明,有限单元法能在满足高精度计算的情况下求解各种复杂工况下的滚动轴承动力学特性,为进一步研究滚动轴承弹性滚动接触动态特性提供有力的研究方法。     

基于机器视觉的柔性接头摆心飘移检测系统的研究

研究一种基于机器视觉的柔性接头平面摆动摆心飘移测试系统。所述系统包括相机支架、标志物、图像处理模块、摆心计算模块、结果处理模块、工业相机、数据接口、工业计算机及其他辅助装置。两个标志物几何中心定位在与被测摆动体中心线成一定角度的直线上,标志物随摆动体摆动时,工业相机对摆动体进行连续图像采样,图像数据通过数据接口传输给工业计算机,图像处理模块对图像进行去噪、背景剪除、标志物定位操作,获取标志物在测试系统坐标系的平面坐标,摆心计算模块依据数学模型计算得出两次图像采样区间的平均摆心来逼近摆动体运动过程中的瞬时摆心,结果处理模块对摆心飘移曲线进行直观有效的显示与记录。最后通过仿真和实验验证了使用该测试系统所测试的物体摆心检测精度达0.5%左右。     

薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明：在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。     

角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析

考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型。在不同引导游隙、转速和径向力下,运用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性。计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性。结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大。     

材料参数对点面正碰撞的柔度关系影响研究

采用2D轴对称有限元法(FEA)模拟计算了弹性、理想弹塑性和幂指数应变强化弹塑性钢球与刚性平面碰撞.分析了影响柔度关系的各种因素.弹塑性碰撞的FEA结果说明塑性变形是导致能量损失的主要原因.研究结果为多体系统动力学计算提供了有益的参考.     

角接触球轴承保持架稳定性分析

基于Hertz接触理论和弹性流体润滑理论,计算得到了轴承的Hertz接触刚度和油膜润滑等效接触刚度。定义了钢球、套圈滚道和保持架接触碰撞关系,运用ADAMS建立计及油膜润滑等效刚度的角接触球轴承多体动力学分析模型。计算了动态接触力、转速和径向载荷对油膜刚度的影响规律,分析了结构参数和载荷参数对角接触球轴承保持架的打滑现象和运动稳定性的影响规律。结果表明:润滑作用下载荷区接触力峰值较干接触模型大且进入载荷区时间晚周期相对滞后。无论是内圈引导还是外圈引导,引导间隙增大保持架打滑率减小,保持架质心轨迹运动范围变大,兜孔间隙增大保持架打滑率变大。外圈引导下转速越高保持架打滑率越大、保持架质心运动范围变大。径向载荷增大,保持架所达到稳定转速时间变短并且打滑率降低。     

考虑疲劳故障的圆柱滚子轴承打滑失效分析

考虑滚道疲劳剥落故障、滚动体与保持架之间的非连续接触等因素,建立圆柱滚子轴承的非线性弹性接触显式动力学模型,研究不同剥落故障位置、径向载荷、内圈转速对滚动体和保持架打滑特性的影响规律;将仿真结果与理论解进行对比,验证有限元模型的有效性。研究结果表明:滚动体在非承载区更容易出现打滑;相同工况下剥落故障会使得滚动体和保持架的打滑率大幅增加,其中复合故障下的打滑率增加最多,内圈故障和外圈故障下的打滑率增幅基本相同;增大径向载荷能有效减轻轴承的打滑现象,但载荷增加到一定程度后对打滑的抑制效果不明显;低转速工况下内圈和外圈疲劳故障对轴承打滑率的影响不大,随着转速的提高疲劳故障对打滑率的影响愈加明显。     

基于滚动蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法

基于滚动接触蠕滑理论将球轴承滚动体与滚道的接触问题分解为法向赫兹接触子问题和切向粘滑子问题,提出了基于滚动接触蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法,揭示了球轴承滚动体相对内外滚道的滚滑粘着运动特性,解决了球轴承滚动体运动姿态难以确定的问题,为固体润滑/干接触条件下球轴承摩擦力矩的准确计算提供了理论依据。在轴向载荷作用下对采用PTFE保持架全陶瓷Si₃N₄/GCr15/不锈钢球轴承进行摩擦力矩试验,试验结果与计算结果对比表明,球轴承蠕滑分析模型能够得到比较准确的摩擦力矩计算结果,比不考虑滚动接触区粘滑效应的切片离散化模型更准确。     

计算点接触碰撞恢复系数的一种理论模型

建立了一种计算点接触正碰撞恢复系数的理论模型.模型描述了弹塑性点正碰撞的接触力和变形量、变形量和接触半径的关系.理论计算结果与有限元(FEA)及实验结果吻合.研究结果为多体系统动力学计算提供了有益的参考.     

滚动轴承表面损伤建模与冲击力的定量计算

以刚体动力学碰撞理论为基础,结合滚动轴承运动学特性,对滚动体通过局部损伤的冲击力进行了分析和计算.首先,计算出一定径向载荷作用下滚动轴承各滚动体所承受的接触载荷;其次,基于滚动轴承的运动学特性对滚动体进入局部损伤后所承受的力矩、速度和加速度等特性进行了分析;然后,基于碰撞过程动量定理计算出滚动体通过局部损伤所产生的冲击力;最后,通过算例表明该冲击力与接触载荷、轴承转速及局部损伤尺寸等参数均成正比关系,说明了该计算模型的有效性.     

三环减速器摆动力及摆动力矩的计算与平衡

求文利用平面连杆机构平衡的一般原理,分析计算了三环减速器的摆动力及摆动力矩,揭示了三环减速器动力矩的不平衡性,并提出了平衡摆力矩的方法。     

不同故障程度下的滚动轴承内部接触动态特性分析

滚动轴承的故障所导致的内部接触状态的变化是滚动轴承振动特性发生改变的重要原因。根据故障与滚动体可能出现的接触形式,考虑故障演化过程中的不同故障大小,建立了圆柱滚子轴承存在不同程度故障时的多体接触动力学有限元模型,并通过滚动轴承外圈故障实验验证了模型的有效性。基于显式动力学法对滚动体与各组件间的动态接触力及故障区域的接触应变进行分析,揭示了不同故障程度对轴承内部接触动态特性的影响规律及故障情况下接触变形的变化规律。研究结果表明:滚动体在越障期间与各组件的接触力减小,随着故障程度的加剧,轴承内部接触力波动越发剧烈,但接触应变的波动频率和幅值降低;故障轴承滚动体在承载区与保持架兜孔两侧均会接触,使接触力出现负值;故障趋向于沿着滚动体滚动方向扩展。研究结论可为滚动轴承故障诊断及残余寿命预测提供理论依据。     

工业齿轮箱中调心滚子轴承应用特点分析

调心滚子轴承在工业齿轮箱中的应用十分广泛,研究调心滚子轴承在齿轮箱中的应用特点对齿轮箱的设计具有重要意义。通过Bearinx的计算分析,相对于相同外形尺寸的圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承,调心滚子轴承具有更高的基本额定动载荷和角度不对中补偿能力,但是轴承的修正额定寿命计算值则更低,滚动体的接触应力更大。通过Caba3d模拟的调心滚子轴承的运动状态,调心滚子轴承单列受载时各列滚动体和保持架的运动状态存在很大差异,当载荷变化时,运动状态的变化将会使保持架和滚动体承受额外的冲击载荷。     

滚动轴承动力学的研究

为了降低轴承噪声、优化高速轴承动特性,更精确的轴承动力学设计是亟待解决的问题,从理论研究和试验测试两方面综述了国内外轴承动力学研究的主要进展。国外滚动轴承动力学分析认为滚动体/保持架兜孔间隙比保持架/引导边间隙小,则保持架会出现涡动。由于接触区的摩阻力系数、混合润滑膜的刚度与阻尼随载荷、温度和润滑剂流变特性等参数变化以及转移膜特性,仍有待进一步研究。要实现滚动轴承设计中参数优化,必须建立自己的轴承动力学分析软件包,以现有设计数据为基础建立轴承产品的优化设计数据库。     

转速波动工况滚动轴承打滑动力学特性分析

滚动轴承实际运转过程中经常存在的转速波动现象,对滚动轴承的运行状态产生重要影响。基于Hertz接触理论和变形-位移相容条件建立滚动体与套圈的相互作用模型,采用非线性弹簧模拟滚动体与保持架间的相互作用,建立了转速波动工况下滚动轴承打滑动力学模型。通过与实验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的正确性,并在此基础上分析了转速波动对滚动轴承打滑的影响及不同转速波动幅值、频率下滚动轴承的打滑特性。结果表明:轴承转速波动会造成保持架转速出现波动,导致轴承出现打滑,且滑动主要出现在滚动体与内圈之间;转速波动幅值对轴承打滑影响较大而频率影响较小。     

作大范围运动柔性梁的一种碰撞动力学求解方法

研究作大范围运动柔性梁的碰撞动力学问题。针对梁碰撞前、碰撞过程、碰撞后三个阶段,分别建立各阶段的动力学方程。基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论,建立梁无碰撞时的刚柔耦合动力学方程。结合冲量动量法和接触约束法提出一种碰撞动力学求解方法,先以冲量动量法实现运动转换得到协调的碰撞初始条件,再以接触约束法求解碰撞过程。导出系统的刚柔耦合碰撞动力学方程,给出了接触、分离判据,实现三个不同阶段的转换与动力学求解。编制仿真软件,对实例进行动力学仿真,得到系统不同阶段的动力学响应。研究表明,所提碰撞求解方法可以较方便地用于计算柔性多体系统的碰撞问题。梁的柔性、大范围运动及碰撞效应相互耦合,碰撞行为对于柔性多体系统碰撞过程和碰撞后的全局动力学性态均产生较大的影响。     

油管与扶正机械手的接触碰撞仿真研究

油管摆动系统是修井作业机械化系统中的一部分,油管摆动系统中油管与扶正机械手间的接触碰撞将影响整个修井作业机械化系统的快速、安全及准确地运行。为研究扶正机械手承接件材料及节流阀开口大小对油管与扶正机械手接触碰撞特性的影响,根据油管摆动系统的工作原理和结构特点,利用三维软件SolidWorks和ADAMS软件建立了油管摆动系统的机液一体化虚拟样机。仿真分析了在扶正机械手承接件的两种材料和液压回路中节流阀3种开口大小下油管与扶正机械手接触碰撞特性,得到当承接件材料为橡胶及节流阀开口较小时油管与扶正机械手间具有接触碰撞力小、接触碰撞次数少的结论。     

摆动转子压缩机阻力矩的理论分析计算

阻力矩的分析计算是压缩机设计计算的一项重要内容,其为轴的扭转强度、刚度的计算与校核及电机转矩与功率的选取提供重要依据。现有的摆动转子压缩机参考资料中,阻力矩的计算过于简略且不准确。通过对摆动转子进行动力学分析,提出阻力矩计算的新方法。即首先计算摆动转子对偏心轮的反作用力,进而求出该反作用力产生的力矩,加上主轴运动副的摩擦力矩,从而获得摆动转子压缩机总阻力矩。