固液两相磨料流的微小孔精密研抛行为

首先,采用计算流体动力学方法对固液两相磨料流精密研抛微小孔进行数值模拟,探讨了入口速度、磨料浓度、磨粒粒径对磨料流精密研抛行为的影响,分析发现入口速度是影响磨料流抛光效果的最主要因素。然后,为了更好地研究磨料流对微小孔的精密研抛行为,进行了正交试验验证。试验结果表明:经磨料流精密研抛后的小孔壁面粗糙度Ra由磨料流研抛前的1.044μm降低至研抛后的0.272μm,小孔壁面变得光滑均匀,获得了理想的小孔表面精度。通过正交试验极差分析和方差分析可知:影响磨料流精密研抛微小孔工件表面粗糙度的因素从高到低依次为:入口速度、磨料浓度和磨粒粒径。磨料流精密研抛技术可有效提高微小孔工件的内表面精度,通过磨料流与壁面的摩擦磨损作用可获得高质量的内表面。     

离散相磨粒粒径对磨粒流研抛共轨管质量的影响

为研究磨粒粒径对磨粒流研抛质量的影响,以共轨管为研究对象,通过计算模拟不同磨粒粒径下磨粒流的状态,分别从流场动压力、速度场、磨粒的运动轨迹、湍流动能进行不同场的离散相分析。从数值分析可知,随着磨粒粒径增大,动压力、速度和湍流动能降低,磨削效果减弱。对经磨粒流研抛前后的共轨管工件进行了表面粗糙度和表面形貌的检测,测得磨粒流研抛前的表面粗糙度为3.401μm,研抛后的表面粗糙度为1.138μm,从而确认了磨粒流研抛具有内通道结构的工件的有效性,也证实了数值模拟的正确性,为磨粒流研抛技术的发展提供了理论支持。     

多物理耦合场磨粒流加工温度对点胶头研抛质量的影响数值分析

为研究加工温度对磨粒流研抛质量的影响,对多物理耦合场的磨粒流加工过程进行数值分析,选取高精密点胶头作为磨粒流磨削对象,通过设定不同的磨粒流加工温度对磨粒流精密加工过程进行数值分析,可获得不同加工温度条件下多物理耦合场下的流体湍流强度能与颗粒动能、湍流粘度云图与速度仿真云图。通过对数值仿真云图的分析可知:在温度为300K~310K条件下,磨粒流的光整加工质量达到最好。研究成果可为促进磨粒流精密加工技术的不断改善提供理论依据,也可为磨粒流精密研抛高精密点胶头提供理论基础和技术支持。     

软性磨粒流加工方法及近壁区域特性

为了解决模具细微结构化表面难以光整加工的问题,提出固 液两相软性磨粒流（SAF）无工具精密加工方法.通过为结构化表面配以约束模块,以构建磨粒流湍流流道,利用软性磨粒流与被加工表面的“无缝”接触特性及壁面效应,实现模具表面的无工具无死角光整加工.以Nikuradse实验方法为理论依据,分析软性磨粒流中固体相在近壁区的运动学和力学特性,得到适用于软性磨粒流加工的摩擦系数公式.采用标准k-ε模型和欧拉多相流模型对软性磨粒流进行数学描述;利用压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,对不同入口速度时流道内的固体相压力分布进行数值分析研究.数值模拟结果表明,软性磨粒流固体相的压力衰减程度与入口速度成反比,并且固体相在流道内的运动轨迹呈无序状态.利用动态分析三维显示系统对流道内的颗粒运动轨迹进行实验研究.结果显示,固体颗粒运动轨迹呈无序漩涡状,符合湍流形态的运动规律.搭建软性磨粒流加工平台并进行加工实验.实验结果表明,采用软性磨粒流的加工方法能够使工件表面粗糙度达到61.8 nm.     

水平管螺旋流中均匀固粒的分布

文章讨论了水平管螺旋流中的均匀固粒接近均匀分布这一重要性质，从动力学与运动学原理分析原因，并以初步试验结果作了验证，从而为提高流体输移固粒的浓度开辟了新的途径。     

超声辅助抛光过程中流体性能仿真分析

为探究超声辅助抛光过程中流体特性对抛光性能的影响,分析超声辅助对试件表面材料去除率的影响机理,分别对光滑及多孔抛光垫建立不同膜厚尺度下超声振动抛光过程的FLUENT仿真模型,分析不同变量对流体的压力分布、速度分布、气相分布等特性的影响规律.仿真结果表明:超声振动会使试件表面的流体剧烈变化,在横向产生高速流动;工具与研抛表面之间的液膜越薄,在试件表面产生的压力越大,流体横向流动越强,加工效率越高;抛光垫上的小孔会使液膜中的压力分布出现阶跃变化,产生更多有利于提高材料去除率的超声空化.     

固液两相磨粒流研抛变口径管的数值模拟研究

为了探讨磨粒流对变口径类零件的抛光效果的影响,以变口径管零件为研究对象,选用固液两相磨粒流,对磨粒流抛光变口径管零件的加工过程进行数值模拟研究,分析了不同磨料浓度和不同入口压力条件下,变口径管零件内磨粒流的静态压力、动态压力、速度、湍流强度、湍流动能、湍流粘度的分布情况。通过对比分析,研究分析了磨粒流抛光变口径管零件的有效性,可为促进磨粒流超精密加工技术的不断改善提供理论依据,使工件疲劳强度得到改善,增强工件的可靠性,延长工件的使用寿命。     

晶片行星式研磨抛光机运动模拟研究

针对单晶硅片高精度研磨抛光中存在的问题 ,从摩擦学理论出发计算模拟了磨粒平均相对速度、研磨盘磨损的变化过程 ,揭示了运动参数对研抛的表面质量、纹理方向的影响规律 ,对晶片研抛机运动参数的合理选择具有普遍的意义     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响。模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀。与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算。     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响.模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀.与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算.     

高速列车齿轮箱内部流场数值分析

针对某型高速列车齿轮箱,建立其内部流场的理论计算模型,为获得齿轮箱内部流场的变化规律,利用流体仿真软件FLUENT对理论模型数值求解.在ANSYS的DM模块中建立齿轮箱内部流域的三维模型,通过加载UDF实现对齿轮转动的模拟,采用动网格、标准湍流仿真模型以及标准壁面函数法和VOF两相流模型对某工况齿轮箱内部流体流动进行仿真分析.结果表明:齿轮轮齿进入啮合瞬时,挤压箱内流体,使得压力增大;脱离啮合瞬时,齿轮轮齿附近容积增大,压力骤降出现负压;齿轮啮合处箱体内部流体瞬时流速最高;润滑油可以在齿轮搅油和重力作用下,进入流道对齿轮轴承进行润滑.     

立方抛物线形渠道水力最优断面的计算

根据明渠均匀流理论,推求了立方抛物线形渠道正常水深与流量关系的计算公式及其水力最优断面所满足的条件.与其他形式断面渠道的比较结果表明,立方抛物线形断面渠道也是一种水力较优的输水渠道.     

提高相配多头蜗轮副接触面积的方法

本文研究了使用单头滚刀加工多头蜗轮副的工艺,初步摸清了与用单头滚刀加工出的蜗轮相共轭的多头蜗杆曲面上各点的导程变化规律,提出了用改变相配多头蜗杆导程的方法来扩大蜗轮副的接触面积,实现了所谓的瞬时双点接触,从而能够获得较高的接触精度。     

基于ANSYS的渐开线斜齿轮有限元分析

利用斜齿轮端面渐开线和螺旋线的方程,通过坐标转换方法得到在ANSYS环境下适用的关键点,从而建立比较精确的斜齿轮三维模型。并对建立的模型进行模态分析和齿根弯曲应力分析。经过有限元分析后,可以证实利用该方法建立的模型是比较精确的。建立比较精确的分析模型,对于掌握斜齿轮的齿根弯曲应力的特点和固有频率有着重要意义。     

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。     

交错轴变传动比齿轮副变传动比齿轮数字设计方法研究

汽车转向器的传动比是影响车辆转向轻便性和灵敏性的重要因素之一,车辆在转向时为了获得轻便性和灵敏性的统一需要采用变传动比转向器。通过综合分析机械式变传动比转向器的重要部件交错轴变传动比齿轮副的啮合特点,基于包络原理提出了一种全新的变传动比齿轮数字设计方法,此方法将交错轴变传动比齿轮副中斜齿轮看作由垂直于其轴线的无限接近的平面集合与其截交后截平面的集合,每个截平面称为"齿轮元",交错轴变传动比齿轮副的啮合传动可看作齿轮元的集合与变传动比齿轮的啮合,变传动比齿轮齿廓上每个齿廓点的高度值,是过此点且垂直于齿条运动方向及斜齿轮轴线的直线随此点一起啮合传动时,与此点啮合过程中遍历齿轮元集交点高度值中的最小值。基于上述方法,建立了交错轴变传动比齿轮副变传动比齿轮齿廓点高度值计算的数学模型,开发了求解算法,得到了变传动比齿轮的齿廓点云,并将此方法成功应用到了某型变传动比转向器的研制中,通过样件试制及测试验证了该方法的正确性。     

斜齿轮传动的啮合刚度计算及其主共振分析

斜齿轮是机械装备的重要传动元件,其啮合刚度的准确计算和传动系统的稳定性分析具有重要的实际意义。根据斜齿轮轮齿接触线的变化规律,结合斜齿轮单对齿单位长度啮合刚度变化规律和ISO刚度计算准则,提出一种斜齿轮啮合刚度计算方法,分析了不同参数下斜齿轮传动的啮合刚度波动特性;基于分析所得的啮合刚度变化规律建立了斜齿轮传动的动力学模型,并利用多尺度法对动力学模型进行了求解,研究了外加载荷和啮合刚度波动对斜齿轮传动主共振的影响。结果表明：给出的斜齿轮啮合刚度计算方法能够较快速、准确地获取啮合刚度波动变化规律,将其引入斜齿轮动态特性分析中,能够更加准确地反映斜齿轮啮合刚度波动和载荷波动对系统主共振稳定性的影响规律;在其他条件不变时,斜齿轮主共振稳定性随静载荷和啮合刚度波动增加而增加,但较大静载荷会导致主共振频率增大,而且在高频激励下,即使较小的啮合刚度波动也会触发主共振的不稳定;载荷波动增加会使斜齿轮主共振幅值增大,使系统稳定性变差。     

基于抛物线修形的斜齿轮传动啮合特性研究

齿面修形是提高齿轮副啮合性能的重要手段.为了提高啮合传动特性,对斜齿轮采用沿齿廓方向抛物线修形的齿面结构.结果表明,修形的斜齿轮传动啮合特性明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,恰当选择修形因数,可有效避免边缘接触;在存在轴夹角误差的条件下,几何传动误差为不连续直线段,因而振动和噪声不可避免;啮合区域对安装误差不敏感,在未对准安装的条件下,啮合印痕向轮齿两端仅有较小的偏移.     

齿轮箱飞溅润滑流场分布和搅油力矩损失

齿轮箱飞溅润滑具有齿轮旋转、两相流及流场分布复杂等特点,难以通过理论或实验进行研究;在计算流体动力学方法上,传统的网格法存在动网格处理困难、计算成本高的弊端.针对以上问题,提出运用移动粒子半隐式法(MPS)对齿轮箱飞溅润滑开展仿真分析. 在低转速时,设置不同润滑油型号和温度工况,发现润滑油流场分布情况与试验结果较一致. 在高转速时,设置不同的油温工况,发现相对光滑粒子流体动力学方法(SPH),基于MPS方法数值计算所得的齿轮搅油力矩损失准确度更高,能够准确预测力矩损失变化趋势,但力矩损失预测误差较大,须进一步改进和完善. MPS方法严格保证了流体的不可压缩性,易于追踪捕捉大变形和强非线性化的自由液面,能够较好地分析预测齿轮箱飞溅润滑流场的分布效果.     

内齿轮剃齿刀齿向最小修形量的计算

本文采用单自由度线接触的方法和共轭曲面的运动学原理建立了计算内齿轮剃齿刀齿向最小修形量的数学模型,并进行了实例计算。由计算结果分析可知:内齿轮剃齿刀的齿向曲线已经不是螺旋线了,而是一个中凸的空间曲线,即是说,刀齿在齿长方向是变齿厚的。因此,内齿轮剃齿刀的齿面已不是螺旋面了。但由计算的结果可知:理论的内齿轮剃齿刀的齿向曲线与标准的螺旋线的偏离是很小的。因此,内齿轮剃齿刀的齿向曲线完全可以由标准的渐开螺旋面修磨而得到,从而为内齿轮剃齿刀的设计与制造提供了理论依据。