精密机床主轴轴承的预紧力控制

 以FL-1000型精密磨床主轴系统为对象,设计了一种精密机床主轴轴承预紧力实时控制系统.根据实际工况,确定该机床的最佳预紧力,对其控制原理和控制算法的设计进行了分析,并以FL-1000型精密磨床主轴系统为例验证了预紧力实时控制的可行性.     

高速球轴承主轴系统的动力学模型及其优化设计方法

提出和实现了角接触球轴承的动刚度计算方法,可以有效地考察轴承预紧力和转速对轴承动刚度的作用。提出了基于高速轴承动刚度的高速主轴系统动力学模型,以及高速主轴工作性能的综合优化设计方法。该方法通过综合考虑轴承动刚度、主轴轴承配置方式、工作转速受限系数、主轴结构参数、挠性接头细颈磨削工艺及其对高速主轴的精度要求等,快速解析影响主轴工作性能的重要因素及其耦合关系,准确发现高速主轴系统设计方案中的薄弱环节,并对重要影响因素及其取值进行有效的协调设计,为实现主轴系统高性能目标奠定基础。     

弱撞击式对接机构对接性能试验台六维力测量单元在线校准技术研究

分析研究了弱撞击式对接机构对接性能试验台在线校准技术,针对试验台六维力测量单元工作原理和试验台结构特点,开展试验台六维力测量单元在线校准方法研究。基于伺服电机控制器和行星丝杠结构的传力机构设计结构紧凑的高精度标准力源加载机构,并研制轻便可控、准确定位的六分量力计量工装来解决试验台六维力在线校准中平稳施力和基准同一的技术难点,研制六维力测量单元在线校准装置,实现对弱撞击式对接机构对接性能试验台六维力测量的量值溯源。     

转子系统变刚度动力吸振器试验研究

为实现转速变化转子系统的振动抑制,提出了一种新型的变刚度动力吸振器,采用永久磁铁组成的变刚度机构实现吸振器的刚度和固有频率可调。设计了吸振器结构,建立了转子-永磁变刚度吸振器的动力学方程并分析了吸振器的工作原理。搭建了转子-永磁变刚度吸振器试验台和控制系统,编制了PID控制程序。在试验台上进行了永磁变刚度机构有效性试验、扫频吸振效果验证试验、转子定转速控制试验等试验。研究结果表明,所设计的变刚度动力吸振器能够达到振动抑制效果。     

刚度主轴方位对模态耦合再生切削系统动态响应谐参数的影响

摘 要：综合考虑再生切削效应和模态耦合效应，建立了随机扰动激励下两自由度切削加工系统的时滞动力学模型。分析了刚度主轴方位对切削稳定性叶瓣的影响。将切削系统的动态响应作为观测数据，基于互四阶累积量的谐参数联合估计ESPRIT方法，考察了刚度主轴方位对模态耦合再生切削系统动态响应的互功率、频率和相移等谐参数的影响，揭示了这些谐参数关于刚度主轴方位角的一些新依赖特征。     

高速电主轴角接触球轴承刚度及其对电主轴临界转速的影响分析

针对高速电主轴角接触球轴承高转速的特点,建立角接触球轴承的拟静力学模型,分析径向力与电主轴转速对轴承滚珠与轴承沟道的接触角、接触力的影响;根据轴承与滚珠的受力平衡条件,研究角接触球轴承刚度受电主轴转速与预紧力的影响;基于Timoshenko梁理论,建立轴承-主轴的有限元模型,分析不同预紧力下角接触球轴承对电主轴临界转速的影响。结果表明:径向力与电主轴转速将改变轴承滚珠与轴承沟道的接触角与接触力,减小预紧力与升高转速会导致轴承的刚度降低,进而降低电主轴的临界转速;需要综合考虑角接触球轴承离心力、内圈膨胀和预紧力等影响因素,才能有效保障电主轴的安全运行。     

螺栓连接对燃机燃烧室结构模态的影响研究

针对螺栓联结带来的预紧力和摩擦系数对装配体模态影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略的问题,利用有限元分析方法、试验结合对比方法进行研究。以某型燃气轮机燃烧室作为研究对象,对重型燃机燃烧室实际模型进行建模,建立带有实体螺栓联结的有限元模型,考虑表面接触刚度、螺栓预紧力和摩擦系数等因素,重点分析预紧力和摩擦系数对结构模态的影响规律;并以该燃气轮机1:4缩比模型加工实体模型,利用锤击法对其进行模态试验,得出其固有频率并与仿真结果对比,验证仿真方法的有效性。     

多层圆柱结构接触预紧力失效分析

多层圆柱结构的接触预紧问题,涉及到几何非线性和材料非线性以及接触面上摩擦力的影响。当材料间的刚度差别较大时,刚度低的材料呈现大变形特征,加大了几何非线性的程度。结构内部的预紧力的大小和分布与结构的整体刚度、结合部位的局部刚度、过盈配合间隙、接触面积等因素有关。本文对三层壳体在集中力作用下的应力和变形状态进行了数值分析。在模型建立中,接触面采用直接约束模型,摩擦力的模拟选用库仑摩擦模型,在施加预紧力时,采用了虚拟温度方法。根据数值计算结果,得到预紧力失效载荷与外壳厚度、垫块厚度和宽度、过盈配合间隙等参数的非线性关系。     

基于空间轴承寿命预测的预紧力优化分析

以航天机构中的精密轴系为研究对象,构建了空间轴承寿命预测的数学模型,提出适宜于固体润滑轴承初始预紧力优化的方法,为其预紧力的设计和选择提供理论指导。基于滚动轴承的运动学、拟静力学和Archard磨损模型,综合考虑支撑刚度和润滑膜抗压极限强度要求,确定了预紧力的许用范围。以使用寿命最长为优化目标,优化了空间轴承71807C的初始预紧力。研究结果表明:空间轴承初始预紧力的选择范围为70 N~200 N;在磨损过程中,磨损深度和残余预紧力相互影响、相互作用;基于使用寿命最长的优化目标,优化得到156 N的初始预紧力为精密轴系组件的最优预紧力,并探究了不同预紧力下空间轴承的失效机理。     

拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

新型自适应变刚度隔震装置的力学模型和地震响应分析

基于负刚度系统的力学性能特点,研发了自适应变刚度隔震装置。基于该装置的组成构造和变形机理,提出了其理论力学模型,给出了装置简化的三阶段变刚度模型。对自适应变刚度装置进行的竖向压缩拟静力试验结果表明,理论力学模型与试验力学模型的三阶段刚度基本一致,可有效模拟装置的变刚度力学特性。通过自适应变刚度装置与铅芯橡胶支座组合,给出了变刚度隔震系统的力学模型,对某地图书馆进行的地震响应分析认为,新装置可适应不同水准抗震性能设计要求,降低隔震结构的加速度响应,同时避免隔震层位移过大,有效提升系统的稳定性和隔震效率。     

半主动天车升沉补偿试验平台设计与分析

半主动天车升沉补偿装置是一种实现浮式钻井平台升沉运动的节能高效装备，但其相关技术被国外厂商封锁且国内尚缺乏准确有效的试验支撑，为此建立了补偿作用下的四自由度钻柱纵向振动模型以揭示半主动天车升沉补偿机理，并以此为理论依据设计了半主动天车升沉补偿试验平台及其机械结构、液压系统和控制系统。该试验平台的主要设计参数包括补偿载荷、最大补偿行程以及最大补偿速度，从工况模拟能力、补偿缸载荷以及补偿效率这3个方面综合分析了平台的试验能力。结果表明：通过控制浮动天车位移可以明显降低升沉运动对钻压的不利影响；主、被动补偿缸分别承担了补偿过程中的动、静载荷；设计的试验平台不仅能模拟满足实际要求的补偿工况，而且在最大补偿工况下的补偿效率为93.14%，说明它具备良好的试验能力。研究成果为半主动天车升沉补偿技术的研究提供了可靠的理论和试验依据。     

高速电主轴转子—轴承系统动态特性分析

基于滚动轴承受力分析的拟静力学模型,通过变换求解变量,提出以接触角作为初始变量求解轴承动态特性方程组的简化求解方法和电主轴轴承对转子的支撑刚度,分析影响轴承支撑刚度的内外部因素。建立电主轴转子―轴承系统的简化模型,在考虑轴承动态支撑刚度的基础上,用有限元的方法进行分析,得到不同转速和轴向预紧力下轴承的支撑刚度及系统的1、2阶固有频率。最后进行电主轴静态锤击实验,实验结果和理论结果基本一致,验证理论分析的正确性。     

工艺系统刚度主轴方位对切削过程稳定性影响的研究

本文系统地讨论了工艺系统刚度主轴方位对切削过程稳定性影响的规律.理论分析和试验结果证明,工艺系统刚度主轴方位对系统稳定性的影响与切削过程动态切削力的构成有关.动态切削力的构成不同,工艺系统刚度主轴的最佳方位也不同.     

某型机构弹簧刚度和预压力与碰撞力关系分析

目的研究用于某型精密球形电机中球形转子的杠杆型释放机构的可行性,以及解脱弹簧的最优刚度和预压力。方法首先对杠杆型压紧释放机构进行结构设计,然后对将该释放机构分析模型进行简化,最后采用刚体动力学分析软件ADAMS进行解脱弹簧不同刚度和预压力的动力学仿真。结果仿真结果表明,杠杆型释放机构可满足精密球形电机球形转子固定的指标要求,解脱弹簧最优刚度为1.98 N/mm,最优预压力为4~5 N。结论采用合理的弹簧刚度和预压力,能够降低释放过程中产生的碰撞力。     

橡胶热氧老化条件下不同预载的压缩机隔振脚垫动态特性研究

揭示热氧老化条件下不同预载的隔振脚垫动态特性机理是空调器压缩机隔振系统匹配的关键所在。该文引入Peck模型表征热氧老化因子,并运用包含热氧老化因子的分数导数Kelvin-Voigt摄动模型和Coulomb摩擦摄动模型分别描述其频率依赖性和振幅依赖性,建立了考虑变预载影响的隔振脚垫热氧老化-动态特性模型。进一步辨识了不同预载条件下的模型参数,通过试验数据验证了模型的正确性,创新提出了刚度转变点和刚度转变频率的概念以更好地描述服役后变预载、变振幅工况下橡胶隔振脚垫的软化效应。为深入研究空调压缩机与隔振脚垫的刚度匹配与橡胶配方的优化设计奠定理论基础。     

新型微纳测头刚度模型及变刚度特性分析

微纳测头是精密测量机的关键部件,其刚度特性直接影响坐标测量机的整体性能。基于压杆失稳原理,构造一种具有变刚度特性的新型微纳测头。利用压电装置驱动柔性机构变形以改变柔性支撑梁的轴向受力和横向刚度,从而改变约束支撑机构的整体刚度。综合考虑测头的刚度特性、结构稳定性和解耦性等因素,构造出基于十字交叉型悬臂梁支撑的变刚度微纳测头。利用最小势能原理构建微纳测头约束支撑机构的刚度模型,基于模型获得所需压电驱动力大小。通过有限元仿真得到测头刚度随压电驱动力变化的曲线。对比刚度理论计算值与仿真值,分别得到微纳测头约束支撑机构的轴向刚度及横向刚度的平均相对误差。仿真结果表明,建立的刚度理论模型具有较高的准确性。研究结果为该新型微纳测头的变刚度控制奠定了理论基础。     

基于ANSYS的汽车变速器检测试验台架有限元分析

本文运用Solidworks软件对汽车变速器检测试验台架进行了三维建模,通过ANSYS软件进行瞬态分析和模态分析,得到了汽车变速器检测试验台架的应力云图,识别出试验台架结构的模态参数,得出台架的固有频率和振型特征。为进一步研究汽车变速器检测试验台振动、疲劳和噪声等奠定了基础,也为汽车变速器检测试验台架结构的优化设计提供了参考依据。     

一种车用膜式空气弹簧有效面积的预测方法

空气弹簧帘线-橡胶复合材料结构具有刚度可变、轻量化、高度可调、隔振效果好等优势,在汽车“新四化”的发展趋势下,车用空气弹簧力学成为学术和工程研究热点。但其受力的“有效面积”这一重要参数还未建立完善理论模型。结合复合材料力学特性与几何学特征,提出一种车用膜式空气弹簧有效面积理论分析与预测方法。给出了空气弹簧有效面积理论预测表达式,体现了空气弹簧气囊内压强、空气弹簧高度等因素对有效面积的综合影响。利用力学综合实验台架设计实验,对某型号空气弹簧进行有效面积测量,实验结果与理论分析的对比显示在实验测量的范围内,理论预测的有效面积误差在1%以内,表明了这种理论分析方法的合理性。这种方法对进行有效面积的预测、空气弹簧的准确建模及进一步进行高精度的车高控制具有一定的指导意义。