两种膨胀系数热变形计算误差分析

本文从热膨胀系数基本定义出发对热变形计算进行了较深入分析。理论上建立了平均线膨胀系数同瞬间线膨胀系数计算热变形的误差数学模型 ,并通过实验论述了精密工程应用中使用平均线膨胀系数计算的工件热变形误差较大 ,提出广泛使用瞬间热膨胀系数替代平均线膨胀系数是提高机器设备精度的发展趋势。     

材料热膨胀系数影响因素概述

简述了材料热物性研究的发展历程和材料热膨胀系数对现代工业生产实践的意义。对材料热膨胀系数的定义进行了详细论述,并重点分析了材料热膨胀系数的各种影响因素和国内外热变形计算的差别和原因,对生产实践具有较好的指导作用。     

零件热膨胀计算误差分析

本文对零件热变形计算使用的两种方法精度从理论上进行了一定的分析 ,指出两种方法误差产生的原因及减小误差的途径 :从试验上给以论证。并且对利用瞬时热膨胀系数方法计算式进行了演化 ,简化了计算     

圆柱轴类零件径向与轴向热变形异常现象研究

通过实验发现了直径和长度相同的轴在径向和轴向具有不同的热变形量,传统的热力学理论不能解释这一现象。利用固体物理学晶格振动理论,推导了晶体体积膨胀系数与线膨胀系数之间的关系;将金属材料近似为晶体材料,利用线膨胀系数与体积膨胀系数的关系并结合对材料线膨胀系数研究的成果,建立了轴类零件径向热变形模型,理论分析证实了轴类零件径向热膨胀系数与轴向热膨胀系数不同。实验结果表明:轴类零件径向热变形模型计算结果较传统热力学计算结果更接近实验结果,且径向和轴向具有不同的热膨胀系数,在高精度领域,轴类零件的径向热变形不能使用轴向热膨胀系数进行计算。     

应用像差理论评估镜面热变形对成像的影响

通过多项式拟合法计算由于热变形导致的面形改变量,来修正镜面面形系数;然后应用平面对称光学系统的像差理论,计算它对成像的影响.和以往方法不同的是它通过像差形式解析表达,并能得到光线在像面上的点列图分布.如果热变形导致的镜面改变量分布比较复杂,很难用单个面形精确地拟合,建议进行分区拟合以减小拟合误差.最后,通过一个实例,用...     

大口径SiC轻量化主镜热变形的定标

为了准确地预算出大口径SiC轻量化主镜镜面的温度变形,研究了不同热模式下SiC轻量化主镜镜面面形的定标和计算方法.将SiC轻量化主镜上的温度传感器在轴向厚度方向上进行分层处理,对每层上的温度分布采用准Zernike多项式进行拟合.以4 m SiC轻量化主镜为例,采用有限元法分别对准Zernike前9项温度模式(18种温度场)下的镜面变形进行定标计算,得出各种单位载荷作用下轻量化主镜镜面的最大变形以及面形误差PV值和RMS值.计算结果表明:准Zernike第一项模式、单位载荷作用下镜面变形最大,其面形误差RMS为278.3 nm.采用最小二乘法对各种温差场下的镜面误差进行准Zernike多项式拟合,获得了准Zernike像差项的系数.采用最小二乘法拟合计算出镜面变形误差产生的准Zernike像差项的系数,结果表明,18种温度场下产生的像差形式主要有:平移、倾斜、离焦、彗差和像散.     

精密测量中零件热变形系数研究

本文提出了零件热变形系数的概念，初步研究了现代高精度测量中热变形系数与热膨胀系数之间的关系以及对测量精度的影响，指出了传统的热变形误差计算方法严重不足之处，阐明了形体边界条件在零件高精度热变形计算中的影响问题。     

基于热力转换机理仿真圆柱体零件形体边界约束的热变形

提出了热变形精确分析理论与一种仿真方法以保证热误差影响下机械零件的最佳配合。从微观分子力学理论出发,在充分考虑材料属性、温度以及形体边界约束对热变形影响的基础上,提出了热力转换热变形分析理论,将零件热变形问题等效为力变形问题。针对一组铝制空心圆柱体零件进行了热变形测量实验,给出了基于ANSYS Workbench仿真环境的热力转换热变形仿真方法,并对比分析了实验结果与仿真结果。结果显示:铝制空心圆柱体零件受高温变形时,不同内外径尺寸的空心圆柱体其热膨胀系数是不相同的;外圆径向热膨胀系数大约是内圆径向热膨胀系数的2倍;基于热力转换理论的仿真结果与实验结果吻合较好,吻合度达到98%以上,验证了热力转换热变形分析理论的合理性和有效性。提出的方法弥补了ANSYS Workbench传统热分析完全忽略形体边界约束影响零件热变形的缺陷,为后期热鲁棒性结构设计提供了重要参考。     

数字图像相关法在WC/Cu复合材料线膨胀系数测量中的应用

为了提高数字图像相关曲面拟合法在实际应用中的亚像素定位精度,对曲面拟合法进行了修正,并用修正后的曲面拟合法研究了WC颗粒大小和含量对WC/Cu复合材料线膨胀系数的影响.首先,分析了曲面相关拟合法在实际应用中的测量误差来源,并对其进行了修正.然后,用粉末冶金法制备出WC/Cu复合材料,对表面制备有耐高温散斑的试件进行热膨胀实验,并利用修正后的曲面拟合法测量了不同温度下WC/Cu复合材料的热变形场.最后,通过一元二次多项式拟合建立了WC/Cu复合材料热膨胀系数真值.结果表明:修正后的曲面拟合法有效地改善了传统方法的亚像素位移在0.5像素左右位移场不连续的问题,减小了亚像素定位误差,获得了更为准确的测量数据.     

材料性能对双螺杆压缩机转子结构特性的影响

为研究材料性能对双螺杆压缩机转子结构特性的影响,以LGY03型线为啮合型线的转子为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型,采用CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics)耦合求解方法,对压缩机流场达到热平衡时的转子结构特性进行了研究。通过数值模拟分析,得到了40Cr、QT900-2、0Cr18Ni9等转子材料在排气压力为0.6 MPa下的热变形和热应力。研究结果表明转子的热应力、热变形主要与材料的热膨胀系数和弹性模量相关,泊松比对转子变形的影响较小,最后数值拟合得到了阴阳转子最大应变与热膨胀系数及弹性模量的公式,可为转子结构设计提供一定的理论依据。     

精密丝杠加工误差数学模型分析

分析了热变形和残余应力对精密丝杠加工误差的影响 ,建立了精密丝杠温度分布和热变形数学模型 ,提出了基于能量守恒定律、采用平均线膨胀系数的丝杠热变形简化计算方法。分析了磨削残余应力对精密丝杠尺寸变化的长期影响及计算方法。     

石英陶瓷在精密平台中的应用

分析研究了分别采用钢、铝、氧化铝陶瓷、石英陶瓷四种材料的精密直线电机驱动平台的温升、热变形、变形受室温变化的影响、到达热平衡时间等情况。结果表明:有较小导热系数的石英使得热量不易传递,温升明显减小;由于较小的热膨胀系数使得平台热变形较小,同时石英由热膨胀引起的内应力及受室温变化引起的变形变化远小于铝、钢与氧化铝;导热系数小的石英热量传递速度慢,到达热平衡的时间长。精密直线电机驱动平台中,运动平台受直线电机初级部件发热影响最大,所以精密平台应选择导热系数、热膨胀系数小、对温度变化不敏感的材料,石英是此类平台比较理想的陶瓷材料。     

精密技术中热变形误差理论研究与探讨

在精密工程技术领域,温度变化引起的热变形误差已成为影响精度的主要决定因素,针对此,提出了形体热变形系数、精确热膨胀系数、零件形体非相似性热变形、孔轴最佳热配合的概念,并简要介绍了自行研制的四维高精度热变形实验装置,最后指出了精密机械热变形误差在精密机械领域中后续研究的主要问题。
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齿轮侧隙热补偿的精确计算

目前齿轮副侧隙的计算仍使用材料平均热膨胀系数,造成较大误差。本文采用材料微分热膨胀系数进行计算,并将其同传统算法比较,结果表明采用材料平均热膨胀系数计算造成的齿轮副侧隙误差不容忽视。     

温度、热量与热变形的关系及计算方法研究

通过分析热变形与热量之间的关系 ,提出利用平均线膨胀系数 ,将较复杂温度分布 (如移动持续热源形成的温度分布 )情况下工件热变形量的计算简化为热量含量相同且温度均布状态下工件热变形量的计算方法 ,并给出了计算实例     

龙门数控机床主轴热误差及其改善措施

依据ISO和ASME标准建立龙门数控(Numerical control,NC)机床热误差测试条件,通过主轴恒转速和变转速热误差试验分析主轴箱温度场分布及其对主轴热误差的影响趋势。建立龙门机床误差元素模型,分析影响机床各坐标轴加工精度的主轴热误差分量。研究发现,主轴热误差和主轴箱温度存在单调对应关系,温度对主轴轴向的热伸长误差的影响要远大于主轴径向的热漂移误差,但温度变化相对各坐标变形存在热延迟和热惯性等特性。对主轴径向精度影响最大的热误差分量是由机床生热产生的同方向的偏移误差和与之垂直的偏转误差;对轴向精度影响最大的则是轴向的偏移误差。针对热误差特点和分布规律,提出结构优化、热平衡、误差补偿建模等3种减小热误差的措施,并对其各自优点进行了分析。     

直线电机驱动进给轴热动态伪滞后建模与补偿方法研究

分析热动态伪滞后效应对直接进给轴驱动精度的影响,对进给轴具有的热伪动态特性进行建模和误差补偿研究。依据一维热传导和一维热膨胀理论,推导直线电机驱动进给轴热动态过程的温度分布模型和热变形误差动态模型,通过有限元分析方法和试验相结合,构建基于关键温度点的直接进给轴热伪滞后变形动态识别模型。应用激光干涉仪测量直接进给轴的热变形量,采用温度传感器和红外测温仪测量直接进给轴关键点的温度,构建进给轴动态热变形补偿系统,依据实时温度对应的热变形数据,发送热变形预测值给运动控制卡,进而向伺服控制器发送控制补偿指令,通过对直接进给轴的运动叠加控制,实现对直接进给轴的热变形补偿。在自构建的直接进给轴试验台上进行试验研究,结果表明：动态识别模型能有效的预测动态热行为,通过构建热变形补偿系统,可使直接进给轴进给精度提高75%。