螺杆钻具十字万向轴运动副球面磨损规律

螺杆钻具十字万向轴是传递扭矩和转速的关键结构,其运动副中锁紧轴与球座之间产生相对滑动而导致本体结构加速磨损,显著降低了万向轴的使用寿命。为研究锁紧轴与球座的圆弧面半径对滑动磨损的影响规律,建立多种圆弧面半径的三维磨损仿真物理模型;基于赫兹接触理论和Archard磨损理论研究不同半径条件下的体积磨损量、最大变形量、最大滑移距离和最大穿透深度的变化规律;借助现场试验进一步研究非密封十字万向轴的锁紧轴和球座之间滑动磨损后所呈现的结构形态和易磨损区域分布。结果表明：在一定范围内,随着圆弧面半径逐渐增大,体积磨损量呈现先减小后增加的趋势,最大滑移距离和最大穿透深度逐渐减小,最大变形量受圆弧面半径的影响较小,推荐最优半径为28~30 mm。仿真分析和现场试验结果表明,锁紧轴和球座侧滑会导致锁紧轴圆弧凸面沿圆周方向出现明显的磨损且边沿处出现“尖角”,球座圆弧凹面边沿厚度减小,形成环形凹槽且呈“卷曲变形”。该研究可以为十字万向轴的运动副的结构优化设计及耐磨性的提高提供参考。     

新型高速宝石枢轴承抗磨损性能优势分析

新型宝石枢轴承应用于高速旋转机械,抗磨损性能优势明显,而相关的理论和计算分析一直是一个空白。枢轴承接触区的应力水平直接影响轴尖的磨损进程,接触力的计算是研究的重点。基于有限元分析软件ANSYS,通过与经典Hertz接触解进行对比,说明有限元方法求解接触问题的有效性,进而对磨合磨损阶段的轴尖进行磨损量的分析和接触应力的计算,结果表明新型轴尖具有磨合时间短,磨合磨损量小的抗磨损性能优势。     

带式啮合介质齿轮传动的磨损仿真分析

带式啮合介质齿轮传动中,齿轮副的接触由高模量的齿轮对接触转化为高模量齿轮与低模量介质带的接触,磨损主要发生在柔性介质带上。应用Archard黏着磨损理论,建立带式啮合介质齿轮传动磨损数学模型,用Solid Works三维建模软件建立带式啮合介质齿轮的实体模型,并对其结构静力学进行分析;根据磨损数学模型和接触应力的分布情况,模拟计算出介质带的磨损量。结果表明:带式啮合介质齿轮传动最大接触应力发生在啮合节点处,弹性应变主要发生在介质带上,啮合节点处应变值最大;介质带的磨损量随载荷和滑动距离的增加而增加,最大磨损量发生在啮合节点处,在齿轮啮合线上不同节点处磨损量略有差距,边缘处磨损量最大。     

管内可控铰接柔性结构双层接触非线性力学分析

管内可控万向铰接柔性细长结构是超短半径侧钻水平井的特有结构。考虑可控万向铰结构中的机构问题、结构不连续和开槽不完整结构的三体两层接触问题,将空间梁单元、万向铰单元、刚性梁单元和梁梁接触单元相结合,建立了管内可控万向铰接柔性结构双重接触非线性有限元模型及数值计算方法。与有解析解的算例进行比对,计算结果吻合较好。通过对超短半径水平井造斜钻进时的柔性钻具进行力学分析,得到了柔性钻具受力变形状态、载荷传递规律及其与井壁之间的接触力分布规律。     

内星形轮碳氮共渗的性能及变形

1．问题的提出 球笼式等速万向联轴器是利用若于钢球分别置于同两轴联轴的外星轮与内星轮的滚道间，以实现所联两轴同步运转，且钢球能在内外星轮的滚道间作滑动移动，其主要失效模式为磨损、疲劳，所以星形轮不但要传递大的扭矩，而且要有足够的耐磨性和接触疲劳强度。     

考虑运动副间隙的平面连杆机构动力学分析

为了准确分析运动副间隙对机构动力学特性的影响,在Gonthier接触力模型基础上引入非线性刚度系数,得到改进的Gonthier模型,可以更加精确地描述运动副内的弹性力。基于平面四连杆机构并应用牛顿–欧拉方程,建立了含二状态间隙系统动力学方程;利用Adams软件仿真验证了间隙模型的正确性;分析不同间隙、转速、摩擦因数对机构摇杆加速度的影响,并研究了运动副内轴的接触、自由两种状态。结果表明,在一定条件下,轴在运动副内具有碰撞、接触、自由3种状态;系统稳定后,轴在运动副内始终处于接触状态,说明轴在运动副内的运动并不是随机碰撞;机构主要通过接触点变形产生的接触力而不是轴与轴承的碰撞力来传递动力。计算结果可以很好地预测间隙发生位置,对抑制间隙导致的机构振动、磨损等具有重要的理论价值。     

隔膜泵磨损故障动力学分析

采用接触-分离二状态接触力模型,建立了隔膜泵曲柄滑块机构磨损故障动力学模型.通过数值仿真,研究了不同参数下的动态响应,分析了滑块动态响应与磨损量、工作压力之间的关系,并绘制了滑块运动的Poincare映射图及计算了最大李亚谱诺夫指数,对选择隔膜泵磨损故障特征量具有理论指导意义.     

刮板输送机链轮链条啮合特性分析

链传动系统是刮板输送机的关键部件,链轮链环是链传动系统的关键部件,驱动链轮与链环的啮合力学行为与驱动链轮的磨损相互影响。为了研究链轮与链环啮合过程中链轮与链轮接触力的规律,首先从链环与链轮啮合过程进行理论分析,并对链轮链环啮合过程接触力的变化进行了分析,然后建立基于MSC.Adams的刮板输送机链轮链环虚拟样机模型,分析正常启动至长期输送功率工况下链轮与链环接触的动力学特性,分析得出环链与链轮啮合过程中接触合力、接触切向力和接触法向力的变化规律及接触力的最大值和对应的位置,最后基于LS-DYNA软件对链轮链环啮合过程进行了接触应力进分析,得出链轮链环啮合过程中接触应力最大值和对应的位置,为链轮链环啮合接触研究提供了参考。     

船用万向联轴器滚子型线设计及试验验证

建立了某型船用万向联轴器的多体动力学分析模型，直观反映了十字轴承滚子的接触力分布情况，仿真结果符合十字轴承的损伤规律。在此基础上，开展了十字轴承滚子型线的设计研究，研究表明：采用凸度型线的滚子能有效改善滚子边缘效应，降低十字轴承的接触应力峰值水平，有效延长船用万向联轴器的使用寿命。研制了船用万向联轴器试验样机，开展了900小时对比运转试验，验证了凸度滚子型线设计的合理性和有效性，使得船用万向联轴器的使用寿命提高了20%以上，研究结果可为船用万向联轴器的设计提供参考。     

基于多轴附加运动优化的成形磨削修形齿面扭曲消减方法

针对齿向修形斜齿轮成形磨削时产生的齿面扭曲误差,提出一种基于多轴附加运动优化的齿面扭曲误差消减方法。基于五轴联动数控成形磨齿机建立成形砂轮与齿轮的空间啮合坐标系,求解理论修形齿面及实际修形齿面在多个位置处的接触线;定量分析了x,y,c轴附加运动对齿廓斜率偏差的影响规律,以多轴附加运动代替常规x轴附加运动进行齿向修形,并借助遗传算法对各个位置处的多轴附加运动量进行联合优化,使实际修形齿面接触线与理论修形齿面接触线匹配,从而提高修形齿面的理论磨削精度。通过仿真分析及磨削实验证明,该方法可以有效消减齿面扭曲误差,提高修形齿面的成形磨削精度。     

含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统动态误差与运动副磨损周期行为分析

传统旋转间隙关节接触模型假定销轴和衬套接触面形状是规则的并忽略了磨损效应的影响,降低了机构动力学模型预测精度。提出了一种含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆机构多体动力学建模、磨损预测和动态误差分析方法。为准确描述运动副元素间碰撞行为,考虑滑动轴承间隙关节的磨损效应,提出了一种非规则粗糙间隙表面铰链关节的改进接触模型。在此基础上,考虑柔性杆的影响,基于绝对节点坐标法建立了含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统多体动力学模型。与基于传统光滑间隙模型的结果相比,基于非规则粗糙间隙改进模型的多连杆机构动态响应更接近于试验值,验证了所提出计算方法的有效性。仿真结果表明,选用CuSn10P和CuPb30作为铰链衬套材料能够有效降低多连杆机构滑块动态响应偏差和提高机构的运动精度;表面粗糙度过高会导致运动副磨损加剧,过低则会降低间隙表面微凸体对碰撞能量的吸收。此外,磨损加剧了间隙表面轮廓不规则度,导致机构动态响应的不稳定性增大,运动精度降低。     

旋转轴唇形密封件磨损仿真分析

使用有限元分析软件Abaqus对旋转轴唇形密封件的磨损进行模拟,通过UMESHMOTION用户子程序来实现密封件的动态磨损过程和控制局部区域的网格自适应划分,并基于磨损因子模型来控制橡胶的磨损速率,得到了密封件唇口轮廓形状以及接触压力随时间的演化规律。通过计算所得的主唇口磨损深度与实验值进行对比,验证了仿真方法的有效性。结果表明:密封件唇口磨损可分为初期的快速磨损阶段和之后的稳定磨损阶段;在磨损初期磨损速率较大,密封圈与轴之间的过盈量减小,最大接触压力先迅速减小,而后变化逐渐趋于缓慢;随着磨损时间的增加,唇口轮廓逐渐变得平缓,并且防尘唇的磨损程度要比主唇口更高,说明磨损主要发生在空气侧。     

基于动力学特性的挖掘机工作装置端面摩擦副间隙磨损机理研究

机械动力装备中常因为作业工况恶劣导致关节端面摩擦副间隙处磨损严重,为了探讨关节端面摩擦副间隙处作业过程中磨损变化行为及作用机理,以某型号挖掘机为例,基于动力学模拟分析两种典型工况下得到动臂关节处动态载荷数据基础上,利用有限元数值模拟技术并修正Archard磨损模型计算得出端面摩擦副间隙处磨损深度与磨损次数的关系,在端面磨损试验机上验证两种工况下关节间隙处耐磨垫片磨损变化过程,在扫描电镜下观察磨损后的表面形貌分析磨损作用机理。结果表明：两种工况下,磨损区域均为环形区域;偏载工况磨损主要与接触应力值大小和偏载角度有关,磨损过程中表面产生锥刺凹坑和交叉犁沟等,磨损机制由疲劳磨损向黏着磨损转化,同时伴随有少量的磨粒磨损;满载启动回转工况磨损主要与接触碰撞程度有关,磨损形式主要为黏着磨损与磨粒磨损。此分析方法对工程机械行业分析其它动力装备关节摩擦副和工程应用具有较好的参考价值。     

Dynamic analysis of cross shaft type universal joint with clearance

Cross shaft type universal joint is widely used in ground vehicles to transfer torque between two intersecting axes, and its transmission feature can make a great contribution to NVH performance of the vehicle. We looked at the assembling clearance at cross shaft neck, and presented a dynamic model of cross shaft type universal joint with clearance at cross shaft neck. Two-state model is applied to describe the contact force between the cross shaft and driving joint fork based on Hertz theorem, and lumped mass method is applied to build up the dynamic model of the universal joint. Based on this model, numerical analysis is carried out to discuss the transmission feature of the universal joint with clearance at cross shaft neck, and the influence of clearance on the dynamic behavior of the system is evaluated with numerical results based on time history, power spectrum, and phase portrait. The method and conclusions presented are helpful to improvement of the transmission feature of cross shaft type universal joint.     

齿轮传动多体接触动力学模型

基于多体接触动力学理论,对齿轮传动动力学模型进行了研究,给出了模型参数的确定方法.以开发的混合型齿轮传动为对象,在ADAMS软件环境中建立了其多体接触动力学模型.在仿真环境下直观动态地描述了齿轮啮合接触过程,计算出齿轮传动在给定输入转速和载荷作用下各级齿轮的动态啮合力.仿真分析结果揭示了齿轮传动的刚度激励与啮合冲击激励引起响应的周期性波动的现象.     

TC4合金冲击磨损性能与机制的研究

固定冲击频率,在3组大小不同的冲击力下,在自制的小载荷冲击磨损实验机上对TC4合金进行了系列周次的冲击试验,研究了TC4合金的冲击磨损性能与磨损机制.结果表明:试样的整个冲击磨损过程可分为3个阶段,即无磨损阶段、微量磨损阶段和严重磨损阶段,增加冲击力将缩小前2个阶段的进程,加速材料的磨损;在各冲击力下磨痕轮廓及形貌的变化规律基本一致.TC4合金的磨损过程是接触表面硬化、启裂、疲劳剥落的过程,其磨损机制主要表现为塑性变形和疲劳剥落.     

组装式滑板对地铁接触线犁削磨损的影响

在弓网载流摩擦磨损实验台上,用直流恒流电源对组装式浸金属碳滑板以及银铜合金接触线进行摩擦磨损试验,研究组装式碳滑板的接缝间隙和滑板间高度差对地铁接触线犁削磨损及滑板异常磨耗现象的影响.试验结果表明:组装式碳滑板高度差会严重刮伤接触线,是接触线犁削磨损的主要原因,而接缝间隙仅会轻微划伤接触线;80 N以上的法向力会显著减...     

考虑变工况冲击的齿轮动态啮合力分析

为研究变工况冲击对齿轮传动系统动特性影响,基于弹塑性接触理论,给出一种可以考虑变工况冲击、啮入冲击、节点冲击的齿轮接触碰撞力参数预估算法,并结合多体动力学软件建立柔性齿轮传动系统动力学模型。该模型和算法可用于大接触变形和承受频繁冲击齿轮传动系统稳态和瞬态动特性分析。研究表明:与啮入冲击导致的稳态动态啮合力相比,变工况冲击引起的瞬态动态啮合力具有幅值大、冲击时间短等特点;在不同工况下,啮入冲击会引起不同周期的齿轮动态啮合力波动;滑动摩擦系数对齿轮切向摩擦力的节点冲击影响更大。研究结果对齿轮的接触碰撞力参数预估及全面认识齿轮传动系统瞬态动特性等研究具有积极的意义。     

钴基合金的滑动磨损行为及仿真预测

以销—盘滑动模型为对象,研究钴基合金的摩擦磨损行为,预测大尺寸接触对的磨损状况。通过自主研发的磨损试验机获得钴基合金Stellite6材料的磨损量随磨程、速度和压力的变化规律;在试验与模拟相结合的基础上,建立滑动磨损过程的预测模型,实现节点移动和单元更新过程的自动递推,完成磨损各个阶段的动态仿真,并构建实现磨损过程全自动数值仿真的平台,应用于大尺寸耳轴—轴套模型的磨损预测。结果表明,基于销—盘滑动试验,采用有限元法来离散磨损过程,通过非线性计算实现的磨损仿真结果具有较高的可靠性和有效性。     

Envelope-approximation theory of manufacture technology for point-contact tooth surface on six-axis CNC hypoid generator

A new generation method for point-contact tooth surface is proposed based on the six-axis movement of CNC machine. The new method is derived from the idea of motion of Darboux-Frenet trihedron along a predesigned path of contact on the predesigned (theoretical) tooth surface. The generated tooth surface provided by the new method has tangency of second order with the predesigned (theoretical) surface along the predesigned path of contact and the predesigned (least) warping in regions that differ from the path of contact. This means that the new method can reliably control meshing characteristics at each contact point. In contrast, the previous method can only control meshing characteristics at a mean contact point and make correction by observing the contact-bearing condition to determine meshing characteristics at other contact points. Different from the previous CNC generation method translated from the cradle-style universal hypoid generator, the developed method directly suits the six-axis movement of CNC machine to identify the relative motion between the tool and the workpiece based on the predesigned meshing characteristics of the gear being generated. A numerical example is given to prove that the above-mentioned manufacture method is accurate and feasible.