高压涡轮轴安装边倒角低应力设计方法

航空发动机涡轮鼓筒轴承受着复杂的外载荷,在涡轮轴的安装边倒角处会产生应力集中,影响涡轮轴的整体寿命和性能。本文研究在扭矩、轴向力、离心力以及热应力4个载荷作用下涡轮轴安装边附近倒圆角的应力场分布,设计了单圆弧倒角方案、双圆弧倒角方案,并运用ANSYS Workbench软件对双圆弧设计方案进行优化。通过比较三种结构的应力场分布,得到涡轮轴安装边倒角的低应力设计方案。本文得到的最优双圆弧设计方案相比单圆弧设计方案,倒角处的最大等效应力降低了13.97%。     

高压转子组合钻铰孔工艺方法的研究

介绍了高压转子螺栓孔组合加工的现行工艺方法,通过组合钻铰的方式得到需要的高压涡轮盘螺栓孔径。针对螺栓孔不圆和孔倾斜的原因分析后认为,铰孔工艺能部分地纠正孔的圆度误差,并且高压涡轮转子轴颈的壁相对较薄,不能很好地起到导向作用。文中采取铣削高压涡轮盘后再组合钻铰孔的新工艺,提高了产品质量、效率,降低了加工成本。     

基于整体刀盘的摆线齿端齿盘切齿加工

为了实现在国产数控锥齿轮铣齿机上加工摆线齿端齿盘,对摆线齿端齿盘的切齿加工原理和加工方法进行了研究.基于摆线齿端齿盘的结构特点,提出了采用整体刀盘加工摆线齿端齿盘的加工方法,并通过改变刀盘半径和刀刃圆弧半径对轮齿齿长曲率和齿高曲率进行了修正.基于摆线齿端齿盘的切齿加工原理,提出了加工摆线齿端齿盘的刀盘参数以及机床调整参数的计算方法,对摆线齿端齿盘进行了刀盘干涉检查.通过实际的切齿加工、齿形误差检测以及接触区着色检验,验证了在国产数控锥齿轮铣齿机上采用整体刀盘加工摆线齿端齿盘的加工原理和加工方法的正确性和可行性.     

圆弧端齿的加工

我厂引进的国外某型号的航空发动机中,压气机转子同涡轮转子部分的连接采用圆弧端齿连接,并传递扭矩。图1为离心压气机转子,端面带有圆弧端齿。圆弧端齿自1942年在美国GLEASON公司研制成功后,欧美和日本等发达国家广泛应用于航空发动机中,在其它行业也逐渐得到推广。它有啮合精度高、自动定心好、能传递较大扭矩,并能将复杂的整体结构分成几部分简单的结构便于设计、制造、安装等一系列优点。现将其加工方法和我们在加工中遇到过的问题介绍如下: 一、圆弧端齿的加工原理圆弧端齿的加工是利用高速旋转的杯形砂轮在零件的端面上直接将圆弧型端面齿磨削成形。图2为圆弧端齿的加工原理示意图。当砂轮的外径起磨削作用时,加工出的端面齿为     

以三维有限单元法为基础分析不同螺旋角的双圆弧轮齿的齿根应力

本文应用三维有限单元法对双圆弧轮齿齿面位移和齿根应力进行了计算,得到不同接触区宽度时齿面载荷分布和轮齿最大齿根应力公式。齿根应力的电测结果与有限元分析基本一致。     

基于有限元的剃齿刀结构仿真研究

提出了剃齿刀结构三维模型设计思想,利用有限元软件ANSYS对剃齿刀结构进行了受载条件下的应力应变模拟。研究了刀齿齿根应力和应变的分布规律,提出了刀齿齿槽结构的改进方案。结果表明:采用改进的齿槽结构可以使刀齿齿根最大应力降低36%,刀齿齿根最大应变降低20%。     

CFRP螺杆泵转子结构特性研究

基于增材制造和复合材料的快速发展，以CFRP转子为研究对象，借助有限元仿真分析软件，对其结构进行了模态分析及静力学分析，并探究了CFRP转子的模态变形分布规律、静力学受力变形及转子最大应力。仿真结果表明：最大模态变形发生在第四、第五阶，最大变形、应力整体最大变形及齿面最大变形发生在转子轴部和齿面进气口处，仿真数据为转子的装配和理论研究提供参考。     

航空发动机涡轮盘结构化设计

提出一种新的涡轮盘结构优化设计方案,通过有限元方法对某航空发动机涡轮盘进行了结构优化,并对其进行强度分析和安全裕度检验以选取最优结构.在基准实心涡轮盘的基础上,按照质量最轻的设计原则对其截面进行了结构拓扑优化,得到一种新的空心涡轮盘;通过判断其安全裕度是否在许用范围,对该空心涡轮盘进行结构拓扑修正,得到另外一种新的空心涡轮盘,对基准实心涡轮盘与两种新的空心涡轮盘的结构强度进行了计算和安全裕度检验以及对比分析.计算结果表明:(1)在给定相同边界条件下,上述三种不同结构涡轮盘的结构强度均满足设计要求;(2)与基准实心涡轮盘相比,质量最轻的空心涡轮盘安全系数降低了25.23%,超出了安全裕度范围;(3)拓扑修正后的空心涡轮盘与质量最轻的空心涡轮盘相比,质量增加了1.08%,但最大等效应力和最大等效应变均有超过10%的降低幅度,安全裕度符合许用要求,选为最优结构.该优化方法对涡轮盘的结构设计具有借鉴意义.     

新型圆弧齿同步带的有限元分析

本文应用有限理论对带齿齿形参数进行了优化设计计算,获得了比梯形齿和(HTD)圆弧齿同步带应力分布更为合理的新型圆弧齿同步带带齿主要几何参数,为同步带的齿形发展提供了新的理论依据。     

温度场作用涡轮增压器转子的应力变化规律分析

建立涡轮增压器转子的有限元模型,采用有限元软件ANSYS,通过热结构耦合分析,考虑稳态和瞬态温度场作用下,计算转子涡轮和压气机叶轮的应力云图,得到最大等效应力,分析不同转速条件下涡轮增压器转子的应力变化规律。结果表明:稳态温度场作用下,转子的温度分布呈现线性关系,与瞬态温度分布有一定差别。稳态与瞬态温度场作用下转子涡轮的最大等效应力随着转速的增加不断增大。不同的是,随着转速增加,稳态温度场条件下压气机叶轮的最大等效应力逐渐降低,而瞬态温度场作用时最大等效应力不断增大。     

制造误差对航发转子同心度的影响

高压涡轮轴-盘是涡扇航空发动机的核心转子部件。在这类复杂的转子结构件中,大量使用了螺栓-止口连接结构,特点是通过止口的过盈配合来实现装配过程中的定心定位作用。同时,高压转子具有典型的高速、高压和高温运行特征,其装配质量的好坏直接影响以高压涡轮轴-盘为装配基准的其他转子部件的装配精度。针对上述问题,以某型号涡扇发动机的高压涡轮转子篦齿盘装配为例,通过螺栓将高压涡轮轴、篦齿盘和高压涡轮盘串装在一起,并将转子制造误差与装配工艺误差引入转子装配过程仿真模型和高温下转子同心度退化过程仿真模型,研究制造参数与装配工艺对转子同心度的影响规律。     

涡轮盘积分算法方法的应用研究

用Matlab将涡轮盘应力的二维积分算法编程为多个函数脚本,计算得出涡轮盘上随涡轮盘半径变化的应力分布,并以两个不同型号的涡轮盘为例,将二维积分算法结算结果和三维有限元应力计算结果进行对比,发现两者计算结果具有相同的变化趋势,且最大相差不到7.7%。表明采用数值积分方法对涡轮盘结构方案进行高效率应力分析具有可行性,为涡轮盘结构正向设计提供了工具支撑。     

变工况下钢厂转炉支承螺栓断裂机理分析

在变工况条件下，炼钢厂转炉在运行过程中支承螺栓容易发生断裂，针对这一问题，以某钢厂130 t转炉为例，对不同工况下炼钢转炉支承螺栓的断裂机理进行了研究。首先，推导了转炉的倾动力矩方程，采用MATLAB计算不同倾动角度下转炉倾动力矩，得到了倾动力矩曲线，从而准确计算出了不同工况下支承螺栓的载荷；然后，采用有限元方法对支承螺栓进行了建模，对最大受力情况下的支承螺栓及其销轴进行了力学分析；最后，对支承螺栓结构进行了优化改进，并对优化后的支承螺栓进行了性能验算。研究结果表明：转炉在旋转至65°时，支承螺栓的受载最大，出钢口对侧螺栓过度圆弧处最大等效应力接近材料屈服强度极限；所采用分析方法可为后续定量增大支承螺栓安全系数提供依据，以确保转炉在不做较大结构修改前提下的安全运转。     

多工况条件下土石方机械铲斗斗齿的优化设计

根据斗齿的受载情况和结构特点，提出了斗齿结构优化的求解策略，齿座以降低重量为主，齿尖以降低应力为主，因此，对斗齿齿座部分进行尺寸优化，对齿尖部分进行形状优化。最后进行了斗齿结构优化的实例计算，算例表明，通过结构优化设计，可以使斗齿重量减轻，在施工中阻力减小，从而使其耐磨性和使用寿命提高，成本降低。     

橡胶履带轮驱动齿应力建模分析及仿真验证

橡胶履带轮一般依靠橡胶履带的驱动齿和驱动轮的驱动销啮合传递动力,当驱动齿受到过大载荷或载荷冲击时容易受到破坏,因此,针对驱动齿应力分布进行了数学建模和计算分析。首先,根据橡胶履带轮结构参数和传动原理建立驱动齿齿形方程,应用改进Powell算法确定映射参数,结果表明,采用该方法得到的映射齿形映射精度为0. 12%,有效提高了映射精度;然后,基于复变函数法建立了驱动齿应力变形计算数学模型,分析了不同啮合位置下驱动齿应力分布规律;最后,以计算工况为边界条件,利用Abaqus对分析结果进行仿真验证,结果证明,仿真结果与计算数据最大误差约11. 76%,该数学模型能够较好地应用于驱动齿应力分析。该计算仿真结果可为驱动齿的结构内部优化和局部胶料改进提供理论依据。     

热轧带钢轧后冷却倾翻支架结构分析及优化设计

为实现热轧带钢轧后冷却倾翻支架的轻量化设计,在对目前国内采用的主要设计结构进行结构受力分析的基础上开展了拓扑优化设计。首先利用UG建立倾翻支架的三维结构模型,然后采用ANSYS进行不同受力载荷工况下主要结构件的应力分布和位移变形情况模拟分析。结果表明,主动杆最大应力均集中在中间区域靠近中间轴的角点上,最大变形量发生在靠近液压缸的边缘处;立柱的最大应力发生在立柱底板上螺栓孔附近,最大变形量发生在施加力的作用面附近区域。最后针对主动杆和立柱进行了结构优化和验证分析,在确保优化前后应力值和变形量基本一致的情况下,主要结构的重量比优化前减轻了13%左右。     

涡轮转子起动温升曲线优化及试验研究

涡轮转子在快速起动的过程中会产生较大的热应力,影响转子的热疲劳寿命。结合遗传算法与转子结构热分析,提出发动机起动温升控制曲线非单调参数化,对涡轮转子快速起动过程中的温升控制曲线进行优化设计。优化过程以转子最大热应力为目标函数,计算搜索最优解,并研究温升控制曲线对转子最大热应力的影响。结果显示,优化后的发动机快速起动温升控制曲线可以有效地降低转子的最大热应力和缩短快速起动时间。同时,为了验证提出的涡轮转子快速起动温升曲线优化设计方法的有效性,搭建转子热冲击应力测试试验台,通过对比优化前后温升曲线下的转子最大热应力,验证了理论分析结果。提出的优化设计方法可以为发动机设计初期的快速起动控制方案设计提供一定借鉴。     

双层面料两侧边同步缝切装置设计与仿真研究

为满足家纺行业双层面料两侧边自动化同步加工处理的需求，设计一种双层面料两侧边同步缝切装置，使用Solidworks对该装置进行三维建模，分析了该装置各部件组成及工作过程。使用ANSYS Workbench对双层面料两侧边同步缝切装置的框架结构进行静态分析和模态分析，根据仿真结果对框架结构进行优化，并对比优化前后框架的结构性能。研究结果表明：框架的最大应力分布在金属托辊轴端所在方钢的端部，最大变形位于金属托辊轴端所在方钢的中心位置；以（60×80×3）mm方钢建立的框架最大应力为36.5MPa，最大位移为0.139mm；设计了四种优化结构，其中F结构的等效应力降低了74.0%，变形量降低了90.2%。根据优化结果制备的样机稳定性好、效率高，缝纫线迹满足家纺行业要求。     

有多圈齿的高速转子应力的解析法分析

用解析法研究了有多圈齿的高速转子应力的分布，推导了一组用转子结构参数解析表达应力的计算公式，为转子结构参数的优化提供了强度约束条件。     

圆弧齿线圆柱齿轮减速器设计及传动性能分析

为了比较圆弧齿线圆柱齿轮与传统齿轮传动性能的优劣,根据ZQA50型渐开线斜齿轮减速器结构参数,对圆弧齿线圆柱齿轮减速器进行了结构设计,并建立了ZQA50型渐开线斜齿轮减速器和圆弧齿线圆柱齿轮减速器三维模型。利用UG/Open grip,二次开发了圆弧齿线圆柱齿轮三维模型;通过圆弧齿线齿条和毛坯之间的运动,完成了齿轮的切制,进而利用有限元分析了两种减速器传动性能的优劣。研究结果表明:圆弧齿线圆柱齿轮接触区域在齿宽中截面附近,重合度大;圆弧齿线圆柱齿轮接触最大应力比传统齿轮最大应力小;传动轴上应力的大小满足强度设计要求,即圆弧齿线圆柱齿轮传动性能比传统齿轮优越。