高速复合材料旋转圆筒结构设计

设计了工作转速1200 r/s的旋转圆筒。圆筒由玻璃纤维复合材料转筒与上、下铝合金端盖过盈装配而成。采用有限元方法计算出旋转圆筒不同转速时的结构应力场,对端盖-转筒的接触分析确定过盈量以及端盖相应的安全系数;对圆筒-支承系统进行动力学建模与仿真,计算出轴系模态振型、模态频率以及临界转速。结果表明端盖-转筒在工作转速时不会发生松脱、应力状态安全;圆筒升速至1200 r/s的过程中,只需经过两个极低的临界转速(6 r/s和9 r/s)。旋转圆筒结构力学与动力学设计合理。     

法兰芯轴过盈装配的有限元分析

过盈装配常应用于法兰、芯轴等类型机械结构装配过程中,装配力和压入深度的关系会因接触面积不断变化而表现出强烈的非线性。从弹性理论解、非线性有限元解两方面对法兰芯轴进行计算分析,通过理论解和有限元解对比,分析两者误差和引起误差的主要因素,并得出了法兰芯轴装配压力和拔出力随摩擦系数和过盈量之间的变化规律,对过盈装配力计算提供依据。     

锭脚与轴承座压配过盈量计算及有限元分析

介绍了锭脚与轴承座的结构特点,并将其简化为厚壁圆筒模型进行装配过盈量的理论计算。在此基础上通过Solid Works有限元分析得出了过盈配合的应力分布图,并针对轴承座加环槽和不加环槽两种结构对装配结合力的影响进行了有限元对比分析,剖析了轴承座外圆加工环槽的作用,为锭脚轴承座的结构设计和锭脚与轴本座压配过盈量的计算提供了参考。     

基于成形磨削的渐开线螺旋齿轮研究

以解析几何与齿轮啮合原理为理论基础,分析砂轮成形磨削渐开螺旋面工件时二者的相对位置关系,建立砂轮成形磨削数学模型,推导出砂轮回转面与工件螺旋面的接触条件及砂轮轴向截形方程,分析研究接触线与砂轮截形性质。结合实例,运用MATLAB计算出砂轮的轴向截形坐标,使用UG建立齿轮与砂轮三维装配模型。为验证砂轮截形数据的正确性,对螺旋齿轮进行磨削试验,试验表明对于成形磨削参数计算还需继续优化完善。     

圆锥面过盈配合微动损伤的机理研究

微动损伤广泛存在于工程中,它将降低构件的疲劳强度,减小构件的使用寿命。以承受弯曲旋转载荷的轴/套装配体为研究对象,建立圆锥面过盈配合的有限元模型,分析不同摩擦系数、过盈量、配合锥度对过盈配合的应力分布和接触状态的影响,讨论接触状态和应力分布随参数的变化规律,从而揭示微动损伤的机理。结果表明:过盈面的接触应力和摩擦切应力分布不均匀,接触应力沿轴线方向形成两端大中间小的变化规律;随着摩擦系数、过盈量、锥度的增加,摩擦切应力增大,接触面的磨损区域减小。     

压气机叶轮过盈配合研究及合理过盈量的确定

车用涡轮增压器的压气机叶轮一般采用过盈配合直接压装在叶轮轴上,通过一定的过盈量传递转矩,是典型的非线性接触问题。利用ANSYS软件,采用子模型结合网格随移技术的分析方法,针对不同过盈量,转速和摩擦系数进行了大量计算,获得了叶轮与轴之间的最大等效应力与最大法向接触应力的分布规律,并根据该规律计算出了可选择的装配过盈量的范围。研究结果表明,此分析方法能够有效反应叶轮与轴之间的受力情况,对实际装配过程具有一定的指导作用。     

基于圆筒力学的钢塑转换接头过盈量有限元分析

基于厚壁圆筒力学理论对钢塑转换接头的两个接触面的过盈量与接触应力之间的关系进行理论推导,并利用有限元软件求解钢塑转换接头的接触应力随两接触面的过盈量变化的分布情况.将接触应力的解析解与数值解进行比较,为钢塑转换接头过盈量的选取提供了一定的理论依据.     

气缸套过盈装配有限元仿真

将气缸套与气缸假设为2个圆筒件,并在2个圆筒件接触面上施加过盈力,先采用理论计算的方法算出接触面上应力的大小,然后采用ABAQUS进行仿真分析,将理论计算结果与分析结果进行对比。结果表明0.05mm的过盈量选择合理,分段式缸套有利于减轻应力集中,求解缸套装配应力与变形可以采用有限元方法进行。     

直升机机匣轴承与支座刚度强度相互影响的有限元分析

采用ANSYS软件建立了轴-轴承-支座在装配状态下的有限元模型,模型中考虑了轴与轴承、轴承与支座的相互接触。计算了结构在给定装配过盈量时空载状态与受径向载荷状态下的结构的应力与变形,并进一步计算了不同装配过盈量和支座材料下,结构的应力和变形的变化,得到了轴与支座之间刚度与强度的相互影响规律。结果显示,过盈量与支座弹性模量对轴承与支座的应力、变形的影响各不相同。该分析结果为机匣轴承与支座的设计提供了重要参考依据。     

基于FEA的传动轴过盈配合精密分析

过盈连接大量应用于齿轮等与轴类的连接中,所以过盈配合状态的精密分析非常重要。介绍了使用三维建模软件Pro/E及其有限元分析模块Pro/MECHANICA对过盈配合进行精密三维仿真分析的方法。通过对轴与厚壁圆筒过盈配合进行有限元分析与理论计算结果的对比,表明有限元与理论计算结果相吻合,而且在接触边缘处有限元分析结果可以精确仿真出应力集中现象,更加符合实际。同时分析了离心力对过盈配合的影响,给出了一些有益的结论。     

Frictional evaluation of thermally sprayed coatings applied on the cylinder liner of a heavy duty diesel engine: Pilot tribometer analysis and full scale engine test

The piston system accounts for roughly half of the mechanical friction of an internal combustion engine, thus it is important to optimize. Different thermally sprayed cylinder liners were investigated in order to optimize the frictional impact of the contact between cylinder liner and piston ring/piston. A novel tribometer test setup was used to scan through different materials at different running conditions. Two cylinder liner materials showed significantly lower friction than the other tested materials, CrC–NiCr and MMC. All the thermally sprayed cylinder liners were worn significantly less than the reference material. Based on these results a full-scale single cylinder test was performed to validate the results from the rig. Comparing the thermally sprayed cylinder liner MMC with reference cylinder liner the test showed higher friction torque for the MMC cylinder liner except in one case; at low speed and high pressure. An analysis of the results between the tribometer and the engine points at the importance of the ratio between viscous and mechanical friction losses. The most probable cause of higher friction torque for the thermally sprayed coating (MMC) is that the functional surface of the cylinder liner promotes an increase in viscous friction.     

气缸密封性能的非线性接触分析

针对某高功率密度柴油机的气缸盖-气缸垫-气缸套-机体密封系统,建立装配体的有限元三维模型。采用非线性接触分析法,研究发动机功率密度提升后,在预紧工况下气缸垫参数设置对气缸密封仿真计算的影响,对气缸垫密封面的接触应力进行有限元分析,对结构的密封性能通过静态面压试验进行评价。结果表明:采用非线性接触边界条件进行有限元分析,更能体现气缸盖、气缸垫与机体接触面的真实应力,因此非线性接触分析法是研究气缸密封的一种有效途径。     

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小滑板的磨损率;接缝间隙较小时更容易刮伤接触线,造成犁削磨损。分析滑板磨损表面形貌发现:存在滑板间高度差时滑板会出现机械划痕,电气磨耗和接触线材料转移也比较严重。     

界面因素对机械结合面超声传播的影响

利用超声脉冲回波法可以测量机械结合面间的压力分布,但是其测量精度受界面接触条件的影响,如压力加载历史、表面粗糙度、接触介质等。根据超声在接触界面的传播机制,分析得到接触界面回波能量系数与界面接触压力之间的关系模型;搭建室内超声检测系统,加工不同粗糙度的接触表面,准备不同的润滑介质,对不同接触条件的试件进行压力加载试验,得到结合面回波能量系数随压力变化的曲线。结果表明：首次加载过程所得曲线明显区别于后几次加载,随循环次数的增加,所得曲线逐渐趋于重合;相同接触压力下,接触表面粗糙度越大,回波能量系数越大;相同接触压力下,接触介质的物质属性不同以及与不同粗糙度的表面相互作用时,回波能量系数有所不同。研究表明,载荷加载历史、接触表面形貌及接触介质都是影响超声在接触界面传播的主要因素,研究结果对结合面接触应力分布的准确测量具有参考价值。     

直线滚动导轨结合部的静刚度解析

介绍了影响结合部静态特性的主要因素及接触理论,并通过非线性接触表面层理论对直线滚动导轨圆柱结合部的接触变形进行了解析计算,可为机械结构的静态特性提供结合部的边界条件。     

基于修正Iwan模型的螺栓结合面非线性建模研究

准确建立高保真的螺栓结合面非线性力学模型是分析高端装备的前提和基础。针对螺栓结合面的迟滞非线性力学问题,提出了一种修正Iwan模型的力学建模方法,使得传统唯象的Iwan模型各参数物理意义更加明确。首先,根据多尺度理论和数理统计方法,建立了具有连续光滑接触特性的结合面法向接触模型;然后,通过考虑动态和静态摩擦因数的差异并利用库仑摩擦定律,将修正后的Iwan唯象模型与具体的法向接触模型联系起来,提出了新的螺栓结合面切向响应模型;最后,基于Matlab仿真和已有的试验数据,验证了所建模型的正确性,并探究了加载条件、塑性指数和动静摩擦因数比对结合面接触特性的影响。研究表明：一个周期加、卸载的能量耗散是随着位移幅值的增加而递增;相比于塑性指数,动静摩擦因数比的改变对结合面切向载荷的影响更为显著,在后续研究中需重点考虑;微凸体临界滑移力分布受其他因素的影响主要体现在接触微凸体的数目、峰值点的位置以及曲线收敛速度的改变。     

Thermoelastic Stress Analysis of the contact between a flat plate and a cylinder

In the frame of intercomparison testing among different optical full-field measurement techniques, the crucial aspect concerning contact problems between bodies has been extensively analyzed through thermoelasticity. This technique has allowed us to obtain stress patterns in terms of the first stress invariant by measuring temperature fluctuation on the surface of a cyclically loaded mechanical component.For the present study, a special-purpose test bench was assembled to be used within a round robin test, so as to properly load the sample. The test case taken into account is the very well-known contact problem between a cylinder and a flat plate. The results obtained from thermoelasticity through the use of a zoom lens, were compared to classical Hertz theory prediction and FEA models.     

Comparison of threshold galling results from two testing methods

In this investigation, threshold galling tests were performed on several types of stainless steel using area contact and line contact testing procedures. The area contact test method employed was the ASTM standard G98, button-on-block test. In this test method, the end of a cylindrical button is placed in contact with a flat block at a desired contact pressure. The button specimen is rotated through one revolution and both specimens are visually inspected for the presence of galling. The line contact test method used was the button-on-cylinder test where the end of a stationary button contacts a cylinder along its length. After a given load is applied, the cylinder is rotated for a fixed number of cycles and the wear surfaces are inspected for galling. A comparison of the threshold galling results from each of the test methods is discussed in this report. Various testing conditions that influence the onset of galling are discussed, including sliding distance, surface oxide layer thickness, and stress distribution as well as the impact of the interpretation of experimental data on reported galling threshold magnitudes.     

基于域扩展因子和微凸体相互作用的结合面接触刚度模型研究

结合面接触刚度直接影响了机械设备的整机动态特性,为了建立更为准确的接触刚度模型,以分形几何理论为基础,利用单一微凸体承受局部载荷时的弹性变形特性,并基于域扩展因子引入微接触截面积分布函数,推导了考虑表面微凸体相互作用影响的结合面接触刚度分形模型。为了验证所提出模型的准确性,通过三维非接触式测量,获得了试验试样的表面轮廓数据,并根据结构函数法,计算了各个试样的表面分形参数,进而将理论接触刚度与试验结果对比分析,结果表明：法向接触刚度的增长速率与粗糙面表面临界接触面积有关,临界接触面积决定了结合面内的弹性变形占比。考虑微凸体相互作用后,所提出模型的预测曲线更加符合试验中法向载荷与接触刚度的关系。     

气缸盖螺栓密封圈密封性有限元分析与试验研究

运用有限元理论与ABAQUS分析计算软件,建立某乘用车发动机气缸盖螺栓密封圈与缸体装配体的有限元计算模型,计算密封圈在装配状态下的最大接触压力和Von Mises应力,并采用静态面压试验进行验证。结果表明,该密封圈满足密封性与强度设计要求,具有足够的安全裕度;仿真分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析方法的合理性。分析密封圈与缸体的摩擦因数与密封介质压力对密封性能的影响。结果表明,密封圈与缸体的摩擦因数对密封性能影响较小;接触面上的最大接触压力随着密封介质压力的增大而增大,密封性能随之增强。