制备非晶薄带冷却辊流动换热特性及协同优化

为改善平面流铸冷却辊的换热特性,提高Fe-Si-B非晶薄带的横向厚度均匀性,建立了冷却辊轴向换热通道数值计算模型。在分析现有通道流动换热特性基础上,提出一种球面形换热通道设计方法。基于场协同理论,综合换热与流阻,对所提球面形通道进行优化,并进行实验验证。结果表明:通道内冷却水换热效率沿水流方向逐渐下降,与冷却辊换热主要发生在靠近冷却辊内壁位置,现有冷却辊宽度中部温度远大于两端,轴向温差明显;球面形通道可以加强冷却辊中部换热,降低外壁温度、热变形和轴向变形差,进而改善非晶薄带横向厚度均匀性;随着球面半径的减小,通道中部换热明显增强,但流阻随之急剧增大;综合流阻与换热特性,存在最优通道优化半径。     

电动静液作动器热特性分析与结构优化

电动静液作动系统(Electro-Hydrostatic Actuator System,EHAS)是多电飞机关键子系统之一,系统结构紧凑,换热能力差,影响飞行安全,因此EHA热特性研究是一个具有现实意义的课题。通过对EHA整体结构进行简化处理,得到热特性分析模型,运用有限元仿真软件进行热特性仿真。对比实验结果,验证了该分析方法的准确性,并提出了结构优化方案。通过优化建模,运用仿真得到优化后模型的热特性,并与原模型特性对比得出,EHA结构整体稳态热分析最高点温度降低29.5%,瞬态分析最高点温度降低22.3%。该研究为求解EHA热特性提供了一种方法,对现有EHA的结构布局提出一种优化改进方案,提升了EHA的热特性,有助于电作动新产品的开发设计。     

数控机床电主轴单元热-结构特性动态分析

分析了高速电主轴单元热变形机理与散热机制,对主轴单元热态特性要求进行了描述,利用AN-SYS对高速电主轴进行了热-结构耦合分析。通过改变电主轴有限元模型中的边界条件,对不同转速、润滑方式、冷却结构设计、内装式电机选择条件下电主轴热-结构特性进行了对比分析。根据分析结果,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考。     

薄板TIG堆焊屈曲变形的预测

针对TIG堆焊所引起的薄板复杂屈曲变形问题,采用基于热弹塑性理论的有限元法建立薄板焊接变形预测模型,提出了数字图像相关法对预测屈曲模型进行试验验证并设计了薄板焊接变形检测试验装置. 结果表明,基于数字图像相关技术的非接触变形检测方法能够全场动态获取堆焊屈曲变形数据,全面验证了焊接变形有限元预测模型,基于高斯热源模型、非线性瞬态热传导边界条件、材料高温性能参数等的热?力耦合热弹塑性预测模型具有较高的精度.薄板焊接变形冷却后呈马鞍形,结合动态温度场与应力场,对揭示焊接马鞍形屈曲变形机理具有重要的意义.     

数控机床主轴热误差测温优化布点方案的研究

论文首先介绍了数控机床主轴热误差测温系统的软硬件结构,接着采用主因素策略和互不相关策略对机床的14个测温点进行了优化布点,最终选出了4个优化后的测温点。利用基于最小二乘法的多元线性回归方法对主轴的热变形进行估计后,发现模型的估计效果很好,验证了测温点优化的必要性。     

TK69落地铣镗床滑枕热力学性能分析及实验研究

在对TK69数控落地铣镗床滑枕热源分析的基础上,计算出相关热源的发热量。利用Pro/E对滑枕进行三维建模,借助有限元分析软件对其进行热力学性能分析,分别研究滑枕伸出长度对热变形的影响,主轴转速对滑枕温度场和热变形的影响。并通过相关的实验对分析的结果进行验证,对比发现分析的结果和实验的结果相差不大。为了进一步提高滑枕的热力学性能,对其结构进行改进,通过对改进后的结构进行验证,表明改进后的模型的热力学性能同改进前相比有很大的提高。     

数控机床电主轴热误差建模算法研究

为了减少电主轴在长时间运行过程中因热变形所产生的误差、提升数控成形磨齿机的加工精度,提出了基于多元二次回归理论的电主轴热误差建模方法。以某成形磨齿机的电主轴为研究对象,通过进行基于工况条件的热误差实验,检测电主轴径向、轴向热误差与温度变化之间的关系;然后运用多元二次回归建模方法并结合最小二乘法理论,建立了其轴向、径向热误差模型。实验结果表明该误差模型的预测精确度高、适用性好,对促进成形磨齿机加工精度的提升具有较好的参考意义和实用价值。     

基于接触热阻的机床热特性研究

考虑机床结合面接触热阻利用有限单元法对机床整机热特性进行了深入研究。以立式加工中心整机为研究对象,建立了机床热边界条件,并对机床整机模型在有、无接触热阻两种情况下的温度场分析结果进行比较,论证了接触热阻对整机温度场分布的重要性。基于机床工作空间的形成,选定了机床整机典型位置工况,利用典型位置工况下的整机温度场分析结果,并通过热结构耦合分析方法对整机进行热变形分析。引用国家机床几何精度检验标准中的线性偏差与角度偏差评价机床整机热变形规律,结果表明机床沿Z坐标方向的热变形较大,故需对该向零部件结构或参数予以着重优化改进。     

龙门五轴加工中心薄弱环节的改进设计

以某型龙门五轴加工中心为研究对象,采用有限元分析的基本理论对整机进行动静态特性分析。建立了有限元模型,并对其进行了3个方向静刚度的对比分析,结合前4阶模态振型找出了影响整机动静态特性的薄弱环节——横梁,在不改变原有横梁结构基础上提出了3种优化方案。结果表明:改进结构3最为合理,并通过静变形量实验验证了改进后结构的正确性,从而提高了整机的动静态特性。     

大型机床床身热变形及其结构优化

在采用Pro/Engineer软件建立大型床身三维几何模型的基础上,运用Pro/Mechanica模块对该模型进行了热变形有限元分析,获得了热平衡状态下的床身温度场分布情况以及床身沿Y、Z方向的热变形量。依据分析结果,对床身的内部结构进行优化并增添外部冷却装置,然后再次进行热变形有限元分析和效果验证。在以上研究的基础上,进行了床身温升与热变形实验。研究结果表明,有限元分析值与检测值一致性较佳,经过优化设计的床身热变形量明显减小,既有效提升了工作效率,又降低了生产成本,使机床精度进一步提升。     

冷却液二次热源效应对磨齿机热特性的影响

为了提高大型磨齿机的热刚度,通过建立热-结构耦合有限元分析方法,研究了冷却液对其热特性的影响。研究结果表明:由于吸收磨削热的冷却液喷淋在前后床身的结合处、旋转工作台以及工件立柱的3个侧面,导致整机在长度和高度方向有较大的温度梯度,工件立柱和立柱均出现了"后仰"现象;随冷却液温度的增大,主轴端面和工作台中心的相对总变形呈现增大趋势,最大变形可达174.6μm。     

大型数控成形磨齿机床流体系统能耗研究

流体系统作为数控机床的重要能耗部件,节能降耗潜力巨大。以大型数控成形磨齿机床作为研究对象,阐述机床流体系统的组成及功能,提出流体系统能耗测量与评价方法,并通过一组成形磨齿试验进行能耗分析。结果表明:流体系统能耗超过了机床总能耗的40%,其中液压系统和冷却系统的能耗都在20%左右,润滑系统能耗最低。后续要进一步控制热变形的精确能量需求,精准控制流体系统的运行,从而降低机床整体能耗。     

基于VERICUT的数控成形磨齿加工仿真

在数控机床研发阶段引入加工仿真可以检验机床的结构设计,验证数控加工程序,缩短开发周期.通过分析一种数控成形磨齿机床的结构和运动,基于齿轮啮合原理推导了砂轮与螺旋面之间的接触线方程,建立了计算砂轮廓形和机床运动参数的数学模型.基于VERICUT软件平台,建立了精确的砂轮修整和磨齿加工仿真模型,并设计了完整的加工仿真流程.在此基础上,针对一个渐开线斜齿轮,实现了砂轮修整和磨齿的加工仿真.结果表明这种数控成形磨齿机床能够满足功能要求,结构设计是合理的.比较了仿真结果与理论模型之间的误差,证明数控加工程序和加工仿真模型是正确的,并且精度都很高.     

Applied mechanics in grinding-V. Thermal residual stresses

The objective of this part of the series research is to investigate the correlation between the thermal residual stresses and conditions of surface grinding. The heat generated in grinding was modelled by a moving band heat source with a triangular profile. The effect of a coolant was simulated by heat convection. To obtain a reliable figure of thermal residual stresses induced by grinding, temperature-dependent properties of work materials were taken into account and a non-uniform convection model with an effective cooling factor was introduced. A thorough analysis using the finite element method showed that the predictions based on the temperature-independent properties always underestimate thermal deformation, that the effective cooling factor in the grinding zone should be maintained beyond a critical value, and that the Peclet number has a significant effect on the selection of critical grinding conditions. The paper offers an insight into the mechanism understanding of thermal residual stresses induced by surface grinding.     

基于Workbench的磨齿机主轴系统动态特性研究

主轴系统是磨齿机的重要组成部分,主轴的动态特性对齿轮的磨削精度与生产效率有着很大的影响。以磨齿机的主轴系统为研究对象,在SolidWorks中建立模型,并通过有限元软件Workbench对其进行模态分析,得出了主轴系统的固有频率和最大偏振量。分析了主轴系统在不同跨距和不同主轴材料弹性模量等条件下对主轴动态特性的影响。结果表明：1023号碳板钢的最大变形量相对较小,可作为主轴材料;模态频率随支承间距的增加而提高;主轴系统的最大变形量随支承间距的增加减小,最佳支承间距为240 mm。     

MQ6820插齿刀刃磨机床的设计

介绍了插齿刀加工过程中表面磨损的特点,分析了插齿刀刃磨机设计的必要性和可能性,提出了大直径插齿刀刃磨机床的设计方案,并确定了砂轮直径及磨削用量。实际运行情况表明,该插齿刀刃磨机床刃磨质量和效率能够满足生产要求。     

汽车齿轮车削和滚齿复合机床研究

根据汽车行业对高精度齿轮的需求,通过自主创新的途径,重点攻克了车削和滚齿复合机床总体结构、机床数控系统、高速干式滚切工艺系统温度场控制、硬质合金高速干切滚刀等关键技术难题,研发一种汽车齿轮高精度高速车削和滚齿复合机床。机床采用基于运动控制卡的开放式数控系统,采用3种方法减少滚齿加工机床热误差变形,采用三合一组合齿轮加工刀具。将齿轮加工的全部工艺集成在一台机床内,能通过一次装夹完成车削、滚齿和去毛刺加工。由于节省了上下料时间,生产效益得到了很大的提高,实现了齿轮滚切高效、高精度、节能环保加工。     

汽车变速器齿轮高精度磨齿机床研究

面向汽车变速器行业对高精度齿轮的需求,开发一种蜗杆和成型砂轮复合磨削的双工件主轴磨齿机床。该机床具备全自动更换刀具和全自动装卸被加工齿轮功能,可使用通用修整器同时修整蜗杆砂轮和成形砂轮;采用双工件主轴结构,节省了上下料装载时间,加工效率大幅提升,比单主轴效率高出30%左右;在合适的粗磨和精磨砂轮颗粒的作用下,蜗杆砂轮和成形砂轮磨削的结合使磨削时间减少了50%左右;自带齿轮检测设备,能够在线检测齿轮磨削加工量是否达到加工工艺要求,实现了齿轮磨削高效、高精度、节能环保加工。     

负压力角弧齿离合器铣齿机关键结构设计与加工仿真

负压力角弧齿离合器因承载能力强、啮合性能好、传动可靠性高等优势,被广泛应用于重型卡车驱动桥主减速器总成中。对负压力角弧齿离合器加工用的专用铣齿机的关键部件设计技术进行研究,构建铣齿加工数学模型,根据加工特点开展刀具箱、工件箱的结构功能分析,基于仿真软件建立等效机床模型,编制加工程序完成凸面齿与凹面齿的加工仿真与分析,验证了铣齿机设计方案的正确性。