模拟车削成形的三维螺纹计算机建模方法

三维螺纹是在科学技术和工程领域应用很广泛的一种较为复杂的形体.正因为其复杂,所以它在计算机上建模(实体造型)非常困难.本文具体地分析了螺旋线的形成过程、原理和螺旋线的数学模型以及螺纹在车床上车削成形的整个过程,在此基础上,建立了用计算机模拟车削成形的一种三维螺纹建模方法.从该方法的应用实践来看,本文提出的方法是成功的,效率也很高,具有很强的实用价值和良好的推广应用前景.     

一种螺旋形螺纹三维有限元建模方法

使用国际标准化组织(ISO)标准螺旋线公式,建立垂直于螺纹中心轴线的螺纹螺旋线几何形状,将其分别沿螺纹径向和轴向,顺次构建等比例缩放和固定角度旋转的平面螺纹螺旋线相似几何.对单个节距螺纹上所得到的全部螺旋线进行离散.根据离散的节点位置关系,组合成8节点6面体单元,从而获得单个节距螺纹三维有限元模型.把单个节距的模型沿螺纹中心轴线堆叠适当个数,得到完整的螺纹三维有限元模型.模型的构建过程通过编程完成,可实现参数化调用三维精确化螺栓螺母有限元模型.使用ABAQUS通用软件模拟螺栓拧紧过程,从而验证了模型建立方法的有效性.     

塑性体积成形中金属流动及应变分布的测试

针对复杂塑性体积成形过程中金属塑性应变和流线分布难于测定的问题,采用了一种用套环螺纹的测量方法.该方法不用替代材料即可实现对模锻成形过程中三维塑性变形的测量,并可定量分析.利用此方法对轮毂件成形过程中典型截面上四条流线及其轴向应变、径向应变进行了测定,且定量给出了该复杂锻件成形过程中变形及应变分布规律.因此可知,该方法是测试模锻成形过程中金属塑性变形流动较为有效的实验手段,利用其可对镦粗和挤压等一般塑性体积成形过程中的金属流动和应变分布进行预测研究.     

螺纹结构精确有限元建模及有效性分析

在对螺纹部件进行有限元分析时，由于螺纹复杂的几何结构，螺纹部件的内外螺纹面往往难以啮合，常造成螺纹结构有限元建模困难、模型数值计算收敛性差等问题。本文基于螺纹垂直于其轴线的任意横截面几何形状相同的事实，选取国际标准化组织（ISO）制定的标准螺旋线公式，采用三维八节点单元，精确建立了螺纹连接件有限元模型。该模型不仅考虑了螺纹螺旋升角对模型的影响，且组成每个节距的单元层整齐排列，每层单元上的节点编号有序分布，内外螺纹面上的节点相互贴近。这些特质使得模型能够准确映射工程中螺纹连接结构的力学特性、优化模型数值计算收敛状况、便于对模型数值计算结果开展力学剖面分析。为验证本文螺纹连接结构有限元建模方案的有效性。首先从理论分析方面对螺纹连接结构中拧紧转角与预紧力的关系和螺纹连接结构中轴向力的分布进行了计算推导，并以M12标准螺栓为例计算出其轴向力分布。然后通过数值实验的方法先后验证了该螺纹连接结构拧紧转角和预紧力关系与理论分析结果的一致性、M12螺栓的轴向力分布与理论计算结果的一致性、螺纹齿根处应力集中系数状态与实验结果的一致性、应力分布和塑性应变分布与实际工程测量的一致性。该螺纹连接结构有限元模型生成的方案通过C++编程语言在Qt平台上借助OpenGL工具开发了一款“螺栓螺母有限元参数化建模软件”，软件可根据输入的螺纹直径、节距数量等参数快捷地查看和生成不同型号的螺栓螺母三维有限元模型，在工程分析和优化设计中，既避免了设计人员繁琐的重复劳动，又提高了设计精度和工作效率，能更好地满足实际工程需要。     

基于VTK的三维地震建模方法研究

在三维地震波动方程模拟或射线追踪正演研究与应用中,需要构建复杂的三维地震模型,因此,研究复杂地震模型的计算机建模方法是必要的。本文提出了采用基本几何形体及形体间的布尔运算来构建复杂模型的思想与方法,并在VTK可视化工具包和MFC开发平台的基础上,对该方法进行了算法与软件实现。应用设计的软件进行了建模实验,结果表明该方法用于地震建模是完全可行的,并大幅度地提高了地震建模的效率。     

CATIA在混凝土搅拌罐螺旋线设计中的应用

针对混凝土搅拌车搅拌罐螺旋线,探讨应用CATIAC（计算机辅助三维交互式应用系统）绘制搅拌罐螺旋线的新方法,通过这种方法可以快速做出符合设计要求的螺旋线,当设计参数变化时,可迅速更新形成新的螺旋线。     

金属塑性成形过程的时域区段划分

为了解决三维体积成形有限元数值模拟所面临的技术困难，模型元方法从方法学与工程塑性理论方面找到一种解决问题的途径。为使在复杂的三维体积成形过程中能清晰地划分出不同的模型单元，并使每个模型单元均有较准确的理论模型与之相对应，在划分模型单元前必须对金属塑性成形过程在时域上划分出不同的时域区段。文中讨论了金属塑性变形过程时域区段划分的原理与方法，并对几种主要的金属塑性成形过程进行时域区段的划分。     

锥螺杆-衬套副的曲面成形方法及其密封机理

针对现有锥螺杆-衬套副曲面成形方法复杂、难于实现成型加工等问题,提出了一种基于平面截面圆和圆柱螺旋线的锥螺杆-衬套副曲面成形方法,并通过空间啮合理论,建立了锥螺杆-衬套副的螺旋曲面方程.系统地研究了其空间接触特性及其密封机理,并通过运动仿真分析验证了锥螺杆-衬套副运动过程中不存在轴向位移的理论.研究结果表明:提出的锥螺杆-衬套副曲面成形新方法具有数学建模简单、便于数值计算和曲面成形加工的优点,有利于提高锥螺杆-衬套副的空间接触特性和密封性能,以便使其满足容积式海水液压泵的工作条件.     

一种基于CMS数据获取方式的采空区建模方法

采空区是一个非线性复杂系统,研究其三维建模具有较大的难度,且精度难以保证。CMS在地下矿山的应用,较好地实现了采空区数据的精确采集,为三维建模创造了条件。基于CMS获取的数据特点,借鉴现有三维空间模型的构模方法和优缺点,提出了一种新的采空区建模方法:线框-广义四面体(Wire Frame-GTEN)混合模型,并对该模型的建模原理、建模过程、特点等进行了分析研究。     

螺纹切削过程建模中有关参数的确定方法

目的：为了建立螺纹切削过程的数学模型，研究用复杂形状刀具加工复杂形状工件时，刀具和工件的描述方法以及切削层参数和形状的记录方法。方法：用将复杂形状刀具工作表面和工件的被加工表面离散化的方法来记录工具、工件形状以及工件形状的变化过程。结果和结论；作者提出的离散化思路在工作弹性变形不大时，不仅适用于螺纹切削过程的数学建模，亦适用于其它复杂形状刀具加工简单形状工件和用简单形状刀具加工复杂形状工件时的数学建模。     

多头锥螺杆-衬套副的曲面建模与设计方法

为提高螺杆泵的承载能力,增加螺杆泵流量的平稳性,解决由于油气泄漏产生的气穴现象,基于多头柱螺杆和单头锥螺杆的理论研究提出了一种多头锥螺杆的曲面成形方法.通过空间啮合理论,建立了锥螺杆-衬套副的曲面方程;依据锥螺杆-衬套副截面方程及其变化规律,建立了多头锥螺杆-衬套副的流量方程,并确定了给定流量下螺杆泵的结构尺寸计算方法;对多头锥螺杆-衬套副进行了运动学分析,建立了多头锥螺杆-衬套副的运动学方程,得出了多头锥螺杆-衬套副的运动规律.基于锥螺杆-衬套副三维模型与3D打印技术,完成了多头锥螺杆与锥衬套的实体加工,验证了多头锥螺杆-衬套副曲面方程的正确性,并基于Pro/Mechanisn对多头锥螺杆-衬套副进行了仿真分析,验证了其运动学规律.     

陶瓷3D打印技术综述

针对陶瓷材料硬脆性带来的难以切削加工技术瓶颈,开发了一种可用于3D打印先驱体陶瓷材料的工艺——热固沉积成型工艺（thermo-setting modeling,TSM）,基于此工艺,设计并优化了先驱体陶瓷材料3D打印机螺杆挤出装置.首先,确定了先驱体陶瓷材料配比并进行材料性质测试,提出热固沉积成型工艺.其次,设计了先驱体陶瓷材料螺杆挤出装置并进行初步打印实验.再次,通过ANSYS Fluent仿真分析螺杆挤出装置在打印过程中内部流场的变化情况并为优化设计提供依据.最后,对螺杆挤出装置进行优化设计,为了得到更高的打印精度,将原有的0.6 mm喷头直径缩小至0.5 mm;仿真分析发现,将螺杆转速由40 r/min提高至60 r/min,螺杆外径与机筒内壁的间隙由0.50 mm缩小至为0.25 mm,可使打印效率提高49.1%,并通过打印实验进行验证.结果表明,该螺杆挤出装置能够满足3D打印精度和效率要求并能打印出形状复杂的先驱体陶瓷零件,为陶瓷材料零件的成型加工提供了一种途径和方法.

     

丝杠螺母驱动平行四杆升降机构的设计与分析

在阐述了牙科用椅传动机构传动特点的基础上,对升降机构进行了相关的分析研究与综合,计算得出了升降机构推程力的数值,确定了传动机构各部件的尺寸参数,校核了丝杠螺母机构的自锁性能．依据确定的传动参数对丝杠的强度性能、螺纹的强度性能、丝杠螺母机构的稳定性进行了验算,从而设计出了满足机构要求的丝杠螺母机构,此外对其传动效率进行了计算,为升降机构的设计提供了理论依据,并对驱动系统的选型具有一定的参孝价值．     

滚压成型灌注螺纹桩承载性能研究

采用静载荷试验及数值计算相结合的方法进行了螺纹桩承载性能的研究。分析了螺齿宽度、螺距等桩型参数对螺纹桩承载性能的影响,对外径相同的直径桩与螺纹桩的承载性能进行了静载荷对比试验研究。螺纹桩单桩极限承载力较相同桩外径的直型桩极限承载力稍高,螺齿宽度对螺纹桩的极限承载力影响非常明显,随螺齿宽度的增加螺纹桩的极限承载力增大;螺距对极限承载力影响也较为明显,随螺距的减小,螺纹桩的极限承载力增大。螺纹桩在低荷载水平下,桩侧阻力沿桩身均匀发挥,桩端阻力较小,随荷载水平的增大,桩端阻力大幅提高,并提出螺纹桩承载力的计算公式。     

微细电解加工系统三维实体零件几何尺寸信息的提取研究

针对目前微细电解加工系统存在的零件信息输入直观性差、过程复杂等问题,提出利用SolidWorks进行零件三维建模并自动提取加工所需几何信息的方法。利用VB作为开发工具,调用SolidWorks API函数建立了零件几何尺寸信息提取与保存功能模块,实现了微细电解加工三维实体零件建模与工艺规划子系统的互联。研究表明:利用SolidWorks API开发的用户功能模块可以有效获得加工所需的几何信息,有助于建立微细电解加工系统设计模块与工艺模块互连模块之间的信息沟通。     

精密长丝杠磨削热变形规律研究

研究了精密丝杠磨削过程中的内部温度分布规律,采用二维热传导模型和简化的一维模型求解了精密长丝杠的内部温度场分布规律,为精密丝杠磨削过程中热变形误差的补偿提供了依据。     

基于机器视觉的螺纹缺陷检测方法

为了满足现代制造业自动化生产装配中在线检测要求,提出利用机器视觉的方法对螺纹缺陷进行检测.检测算法主要包括图像预处理、二值化、感兴趣区域提取、螺纹的边缘提取、螺纹的缺陷检测、缺陷量值的计算与存储.该算法由Visual C++6.0编程实现.实验结果表明,基于这种螺纹缺陷检测方法的准确率能够达到99.5%,一个螺纹的检测时间在300 ms以内,达到既定要求与目标.     

螺旋锥齿轮数控磨削3D有限元模型的构建

在对螺旋锥齿轮数学啮合方程进行分析的基础上,运用Pro／E软件强大的实体造型功能,采用“自底向上”的建模方法,建立了螺旋锥齿轮的3D实体模型;并将其导入有限元软件Ansys中,采用20节点六面体单元进行自由网格划分,构建了螺旋锥齿轮数控磨削3D单齿有限元模型,为螺旋锥齿轮数控磨削的力热耦合分析奠定了基础。     

凸凹接触式行星滚柱丝杠的啮合承载特性

为提高行星滚柱丝杠的承载能力,分析优化行星滚柱丝杠的螺纹牙型,提出一种基于凸凹接触的啮合方式。设计凹圆弧的丝杠和螺母牙型轮廓,基于空间啮合理论推导螺纹曲面方程、空间啮合方程,并基于赫兹接触理论和变形协调方程建立负载分布模型;采用数值计算的方法对啮合点位置、轴向间隙和接触应力进行求解,系统揭示了牙侧角、螺距等参数对啮合点位置、轴向间隙和负载分布的影响规律,并对比分析标准式和凸凹式行星滚柱丝杠的接触应力。结果表明:牙侧角对轴向间隙的影响最大,丝杠和螺母的凹圆弧半径变化对接触点位置和轴向间隙几乎没有影响,但对承载能力影响十分明显;与标准式相比,凸凹接触式行星滚柱丝杠的承载能力有较大的提高,丝杠和螺母凹圆弧半径越小承载能力提高越明显。本研究为研制高承载、高使用寿命的行星滚柱丝杠提供了优化设计和分析的依据。