高速精密电主轴静压滑动轴承设计及性能分析

针对智能产线数控加工中心的需求，对电主轴支撑轴承进行了设计，设计的轴承为四油腔静压滑动轴承，核心设计参数包括内径、封油面宽度、回油槽宽度、节流比及半径间隙等。建立了静压轴承支撑刚度的计算模型，计算获得设计轴承在载荷为100～700 N时的刚度值为6.0×10⁷～10.2×10⁷ N/m。分析了封油面宽度、回油槽宽度、节流比和半径间隙对刚度的影响，对轴承设计参数进行了优化，优化后轴承的刚度值为11.4～29.8×10⁷ N/m。进行了轴承的静刚度测试，载荷为100～700 N时水平刚度为3.1×10⁷～25×10⁷ N/m、垂直刚度为2.5×10⁷～23×10⁷ N/m。研究结果表明：封油面宽度和半径间隙对静压轴承刚度影响较大，是重要的设计参数；刚度试验测试值比理论计算值偏小，原因可能是制造和装配误差导致的轴承节流器、油腔等结构的性能对尺寸误差较为敏感导致。     

轴承刚度对双叶片环保泵转子动力学特性的影响分析

为了研究轴承刚度对双叶片环保泵转子动力学特性的影响，基于流固耦合理论，采用ANSYS-CFX和ANSYS-Workbe nch，对4种轴承刚度方案下的环保泵固有频率、模态振型、临界转速及谐响应进行了求解和对比分析。计算结果表明：模态振型在不同支承刚度下表现为同相振型，以水平摆动为主。当轴承刚度从2.6×10⁵ N/mm增加到2.6×10⁶N/m m时，转子固有频率和临界转速均明显增加，而当轴承刚度从2.6×10⁶ N/m m增加到2.6×10⁸ N/m m时，固有频率和临界转速增速变缓。转子额定转速均小于4种轴承刚度下转子的前3阶临界转速，不会发生共振。谐响应振幅随支承刚度增大而降低，支承刚度为2.6×10⁵ N/mm时振幅最大，X、Y、Z方向分别为0.44、0.32、0.16 mm。不同支承刚度在X方向上最大振幅均分别为0.44、0.28、0.24、0.19 mm,降低幅度分别为36.4%、14.3%、20.83%。研究结果可为类似泵的轴承选型以及转子结构优化等提供参考。     

重合度对人字齿轮传动系统振动特性的影响分析

重合度是齿轮传动设计中一个重要的性能指标，直接影响人字齿轮承载能力和传动平稳性，在齿轮设计中必须满足重合度要求。首先说明了人字齿轮系统刚度激励和啮合冲击激励，采用集中质量法建立了一对人字齿轮传动系统弯-扭-轴耦合模型。然后分析了重合度对时变啮合刚度和啮合冲击力的影响。最后研究了重合度对人字齿轮副动态啮合特性的影响。得出结论：重合度由2.72增至3.08时，时变啮合刚度峰峰值由4.653 3×10⁸ N/mm减至3.229 9×10⁸ N/mm,最大啮合冲击力由2.23×10³ N减至1.92×10³ N,齿轮副动态啮合力曲线变得平滑，动载系数也由1.23减至1.18,从而得出重合度增大，能达到系统减振降噪和传动平稳的作用。     

基于AMESim的长江船闸液压启闭机液压系统中插装式平衡阀稳定性分析

以长江船闸液压启闭机液压系统为对象进行研究,利用AMESim软件搭建该液压启闭机液压平衡回路仿真模型,并对整个船闸开启过程和关闭过程中插装式平衡阀内主阀芯弹簧刚度等主要参数进行单因素仿真。利用统计学分析这些单因素参数对长江船闸液压启闭机液压系统稳定性的影响。基于L₂₅(5⁴)正交试验,采用方差和极差分析法处理液压缸运行的压力曲线,得到选择范围内最佳的参数组合。结果表明：平衡阀内控制阻尼孔和主阀芯刚度等主要参数对液压缸运行压力和速度平稳性会产生重要影响,且通过正交试验可知较优参数组合为：阻尼孔尺寸0.71 mm,主阀芯弹簧刚度402 N/mm,主阀芯弹簧预紧力60 N,单向阀芯弹簧刚度3.87 N/mm。为螺纹插装式平衡阀的设计及液压启闭机液压系统参数优化提供指导。     

交变磁场作用下的10 kV电缆微振动仿真研究

随着城市电力负荷的迅速增加，地下电缆逐渐成为电力输送的主要手段。在长期的电力运行中，电缆中间接头易出现间隙、裂痕等缺陷，为分析电缆中间接头在运行中微动磨损的振动来源及大小，通过对10 kV电缆线路中的三相线相间电磁力进行分析，建立10 kV电缆物理模型，仿真计算120 mm²电缆本导体及其附件的振动信号，并对比分析在不同载流量下的振动信号特征，为电缆中间接头在相间电动力振动下的可靠性研究提供理论基础。研究结果表明：在分量上电缆相间振动频率为工频的2倍，即为100 Hz;相间电动力应力集中在相间区域，该处振动最大位移为9.52×10^-7 mm,最大加速度为0.267 mm/s²;铜线芯振动最大位移为1.63×10^-6 mm,最大加速度为0.391 mm/s²。     

钢筋调直机直齿轮系静态分析

为了研究双槽辊输入轴转矩的变化对直齿轮传动的影响,运用SolidWorks对钢筋调直机传动机构进行建模,并使用ANSYS Workbench软件,对双槽辊输入轴施加转矩分别为2.472×10⁷ N·mm、2.673×10⁷ N·mm、2.874×10⁷ N·mm以及3.075×10⁷ N·mm时,对直齿轮系进行应力应变分析。模拟得出直齿轮系的应力、应变的大小及分布。     

便携式苗木移植机操作把手减振优化设计

为减少苗木移植机作业时的把手振动,提高移植机操作舒适性,应用ADAMS软件,以减振器弹簧刚度系数、阻尼系数和激振频率为自变量,以把手质心处加速度均方根值为目标函数,进行了单因素设计研究和3因素3水平试验设计振动仿真,并利用SAS9.1.3软件对仿真数据进行了分析。分析结果表明:弹簧刚度系数、阻尼系数和激振器频率这三个因素对把手质心处加速度均方根值的影响均显著,且其影响的主次顺序为阻尼系数、激振器频率、弹簧刚度系数。仿真优化结果表明:当阻尼系数为10 Ns/m,激振力频率为33 Hz,弹簧刚度系数为4 000 N/m时,把手质心处加速度均方根值最小(1.0118 m/s2)。通过试制样机进行实际检测表明该优化分析减少了把手的振动,同时也为减震器的设计提供了理论参考。     

应用于空间大型光机结构中的黏滞液体阻尼器

针对大型光机结构的结构特性,为抑制宽频噪声对结构指向稳定度及精度的影响,设计了一种可以在全频段提供高阻尼低轴向刚度的液体阻尼器。首先,对液体阻尼器的参数设计理论进行了分析;其次,通过微振动一体化集成仿真分析了引入液体阻尼器对整机的影响,由分析结果可知,在内外框架之间安装阻尼器,可以达到抑制宽频噪声的目的,一般情况下光轴指向精度(Line of Sight)可以改善50%以上,同时对结构特性改变较小;最后,设计了测试系统,对阻尼器参数的特性进行了实验研究,可知该液体阻尼器的阻尼系数随频率升高降低,在低频时可以达到18 574 N·s/m, 300 Hz时阻尼系数在300 N·s/m以上,轴向刚度约为28 659 N/m,随频率变化基本保持不变。结果表明:试验测试结果与仿真结果相符,液体阻尼器的刚度及阻尼参数的设计都达到了技术要求,根据仿真与试验的分析验证了阻尼器对大型光机结构振动抑制的有效性。     

掺杂Y2O3钨基复合材料在近韧脆转变温区的静载拉伸特性

制备了掺杂质量分数分别为0.5%,2.0%Y₂O₃的钨基复合材料,研究了其显微组织,通过不同温度(25～800℃)下的拉伸试验分析了其近韧脆转变温区的变形特性。结果表明：2种复合材料均存在由轧制变形导致的大量位错,Y₂O₃颗粒对位错运动起到钉扎作用;Y₂O₃掺杂质量分数为2.0%的复合材料的晶粒更细小,发生韧脆转变的温度更低,在300～400℃拉伸时发生半脆性行为,断口区域位错密度在3.8×10¹⁵～3.9×10¹⁵ m^-2,在600～800℃下发生明显塑性变形,位错密度增加至6.2×10¹⁵～6.8×10¹⁵ m^-2。     

星载飞轮双状态隔离用变刚度摩擦阻尼器

为了有效抑制星载飞轮在轨姿态调整过程中输出的微振动,并改善发射过程中的动力学环境,提出一种变刚度摩擦阻尼器。根据星载飞轮在轨工作阶段和主动发射阶段的实际载荷条件,采用谐波平衡法得到频域力/绝对位移传递率曲线,并通过实验方法对所得传递率曲线进行了验证。实验结果表明:变刚度摩擦阻尼器在谐振频率处能够提供较大阻尼,将放大系数控制在较小范围内,实测结果和理论解吻合较好。研究结果表明:在轨工作阶段小载荷作用下,变刚度摩擦阻尼器能有效抑制飞轮输出微振动,在保证高频段隔振性能的同时,力传递率峰值约为6.5;在主动发射阶段大载荷作用下,绝对位移传递率峰值约为2.3。由此可见,变刚度摩擦阻尼器能同时兼顾飞轮在不同工作阶段载荷条件变化的影响,显著抑制其动态响应。     

辅助洗头装置结构设计与仿真

针对老年人和残疾人的头部清洁提出一种辅助洗发机械装置的设计方案。基于我国居民头部尺寸的相关数据,得到结构设计基本参数。确定了辅助洗头装置的洗头方式为仰面平躺式,主体结构采用环绕使用者头部运动的运动方式。提出了两种手指设计方案,选择了结构相对简单、有效的环臂形气囊/软体机械手式结构,并且为软体机械手加入弹簧结构,有效规避了普适性差的缺点。利用Solidworks软件绘制了各结构的三维图及装配图。利用Simulation对传动轴和第一种设计方案的手指结构进行了静应力分析,传动轴在同时受到一个20 N的力和一个8 N·m的力矩的时候,轴上最大应力为5.613×10⁷N/m²,远小于材料的屈服应力5.300×10⁸N/m²,其最大位移为1.522×10^-2mm,在受到最大的力15 N时,手指所受最大应力为1.456×10⁶N/m²,远小于屈服力2.757×10⁷N/m²,手指的最大位移为1.817×...     

轧后退火时间对轧制ZK60镁合金显微组织及力学和阻尼性能的影响

对大应变轧制态ZK60镁合金进行350℃退火处理,研究了退火时间(0～3 h)对其显微组织、阻尼性能和力学性能的影响。结果表明：随着轧后退火时间由0延长到3 h, ZK60镁合金发生静态再结晶的程度增大,平均晶粒尺寸由6.86μm增大至23.35μm,位错密度由3.539 1×10¹⁵ m^-2减小至1.336 8×10¹⁵ m^-2,(0002)基面织构强度由12.782弱化至1.715,抗拉强度由309 MPa降低到291 MPa,断后伸长率由22.60%增大到28.60%。在应变振幅小于0.01时,轧后退火处理对合金阻尼性能的影响较小;在应变振幅大于0.01时,随着退火时间的延长,轧后退火态合金的阻尼性能提升。     

电感耦合等离子体质谱法快速准确表征浓缩铀材料

本研究联合三重四极杆电感耦合等离子体质谱(ICP-QQQ-MS)和多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS),快速准确地测量浓缩铀材料中铀同位素丰度比值、²³⁰Th/²³⁴U和²³¹Pa/²³⁵U原子物质的量比值,并诊断铀年龄。结果表明,Neptune XT型MC-ICP-MS和Agilent 8800型ICP-QQQ-MS对²³³U丰度的有效检测限分别为3×10^-9和6×10^-10,适用于²³³U丰度高于6×10^-8和样品量充足的样品,对10^-7量级²³³U/²³⁵U同位素丰度比的测量精密度达到1.0%(2σ)和4.8%(2σ)。采用GBW04240作为外标校正质量分馏效应,建立了基于ICP-QQQ-MS的10^-5量级原子物质的量比值的²³⁰Th/²³⁴...     

齿轮系统动态传递误差和振动稳定性的数值研究

建立了计及轮齿时变啮合刚度、啮合阻尼、支承刚度和阻尼的齿轮系统扭转-横向振动耦合的3自由度动力学模型。用数值仿真方法,研究了重合度、支承刚度、啮合阻尼和支承阻尼对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响。研究结论对于高速、精密齿轮传动的动力学设计具有积极意义。     

低雷诺数条件对风扇/压气机效率的影响

为了探究压气机效率受雷诺数变化的影响,运用数值模拟对一台三级风扇进行1.88×10⁵～3.73×10⁶雷诺数区间内的计算,并针对某七级压气机开展7.4×10⁴～3.64×10⁵区间内的节流试验,拟合了效率与雷诺数的函数。研究给出了风扇/压气机在雷诺数降低后的效率、压比和流量损耗率,获得了效率随雷诺数变化的数值关系。所得结果与经验方法较为吻合,压气机效率与雷诺数之间满足形式上的幂次关系,关系式中的常数项与压气机型号及工作条件有关。     

振动环境下射流偏转板伺服阀弹簧管疲劳强度分析

针对振动环境下伺服阀弹簧管存在疲劳破坏风险且难以量化评估的问题引入牵连惯性力,建立振动环境下射流偏转板伺服阀数学模型,求解弹簧管受力状态及其薄壁根部循环应力值;基于名义应力法,提出了极端振动环境下伺服阀弹簧管疲劳强度校核方法。以某型伺服阀为算例,校核结果表明,通油压时沿阀芯轴向100 g简谐加速度环境下,弹簧管薄壁根部应力幅值275 MPa,小于10⁸次对称循环疲劳强度（361 MPa）;不通油压时沿阀芯轴向RMS为20 g随机振动环境下,弹簧管薄壁根部应力幅值120 MPa,小于对应的疲劳强度（228 MPa）;即上述两种极限环境下弹簧管的失效循环次数均大于10⁸次。进行对应的简谐振动（1.44×10⁷次循环）和随机振动（5.47×10⁵次循环）环境试验,弹簧管未发生疲劳破裂,验证该弹簧管疲劳强度校核方法的可靠性。     

掘进机截齿振动疲劳寿命预估与参数优化

为了确定掘进机截齿的振动疲劳寿命和影响因素,根据截齿的力学模型,建立其动力学方程,计算加速度响应谱,并将其作为截齿振动的激励;依据Miner疲劳损伤原理,借助Workbench对其有限元模型进行模态分析、随机振动分析、响应谱分析,获取截齿的振动应力云图,确定其应力范围为(2.713 2×10⁶)～(1.703 5×10¹⁰)Pa;将分析数据导入nCode模块中分析截齿的振动疲劳寿命,发现位于锥面区域截齿寿命最长,圆弧区其次,柱面区域最低。针对柱面区域振动疲劳寿命较低的截齿,采用粒子群多目标优化算法,以截齿转角为优化目标,获得了最优转角值,可使该区域截齿振动寿命提高一个数量级。最后,通过截齿载荷灵敏度分析,确定载荷频率变化是影响截齿疲劳寿命的重要因素。所得结论对于优化截齿排列图、提高掘进机截齿使用寿命具有重要参考意义。     

基于ABAQUS的大位移桥梁伸缩缝垂向动力学分析

运用解析理论方法和有限元分析软件Abaqus对大位移桥梁伸缩缝进行垂向动力学研究。研究在不同车速下伸缩缝的最大竖向位移,以及车速、弹性支承刚度、阻尼和缝宽的变化对冲击系数的影响。研究表明,解析理论分析与有限元分析结果相吻合,伸缩缝的每根中梁振动幅度均不一样,因此,应提取振动幅度最大的中梁进行研究分析;冲击系数随弹性支承刚度、阻尼和缝宽的增大而减小;车速低于100 km/h时,冲击系数随车速的增大而增大。当弹性支承刚度大于40 000 N/mm,车速低于120 km/h时,最大冲击系数应选定为1.50。     

基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动能量俘获机理与动力学特性研究

提出一种基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动俘能器，实现在宽频范围内有效地采集低能轨道振动能量。将质量块和弹簧组成的线性放大机构置于三稳态压电俘能器与基座之间，调节线性放大机构与俘能器之间的质量比和刚度比，使三稳态俘能器获得较大的输入动能从低能轨道运动跳转到高能轨道运动，从而获得更高的输出性能和更宽的工作频带。利用能量法建立了描述该复合压电振动俘能器系统动态响应的非线性机电耦合数学模型；采用动态分岔图仿真研究了系统质量比和刚度比对压电俘能器动态输出性能的影响及其能量俘获机理。实验验证了理论结果的正确性。研究结果表明：合理调节系统质量比和刚度比，复合俘能器可以在低能轨道振动时获得更宽的工作频带和更高的发电能力。与传统刚性基座三稳态压电俘能器相比，实验获得复合压电俘能器的阱间运动频率范围由3～14 Hz扩大到2～21.5 Hz，从低能轨道振动跳转到高能轨道振动所需的激励加速度由13.5m/s²降至5.8m/s²。     

重载过盈锁紧液压缸锁紧刚度特性分析

重载过盈锁紧液压缸通过锁紧套与活塞杆之间过盈配合实现机械锁紧，具有锁紧刚度好、锁定精度高等显著优点。分析过盈锁紧液压缸工作原理及采用机械锁紧、液压锁紧时锁紧刚度的计算方法；建立过盈锁紧液压缸有限元模型，在活塞杆杆头轴向和径向施加不同载荷约束，仿真获得不同行程、不同载荷时过盈锁紧液压缸的应力应变特性，并与解析计算值进行对比分析。结果表明：重载过盈锁紧液压缸的机械锁紧刚度达4.7×10⁸ N/m,高出液压锁紧刚度一个数量级以上，40 t轴向载荷作用下轴向形变量不超过1 mm,径向载荷对过盈锁紧液压缸的形变量影响较大，有限元仿真结果与解析计算结果的最大误差在14%左右。为重载过盈锁紧液压缸的设计、研制和应用提供参考。