电潜螺杆泵传动轴多载荷作用力学特性与疲劳寿命分析

分析电潜螺杆泵举升过程传动轴断轴部位应力分布及疲劳寿命对提高传动机构可靠性和保障电潜螺杆泵连续稳定运行具有重要意义。针对传动轴断轴部位，提出传动轴多载荷作用力学特性分析和疲劳寿命预测方法。数值仿真和现场测试分析结果表明：各载荷单独作用时，销孔应力较大区域沿径向条状分布且应力分布较均匀，内螺纹应力较大区域沿径向自上向下逐渐减弱，且最大应力受扭矩作用最大而受狗腿度产生的弯矩作用最小；各载荷组合作用时，轴向力对销孔和内螺纹应力分布影响最大，且最大应力均小于许用应力而推断两处断轴原因不是超载导致的脆性断裂；内螺纹处疲劳寿命明显小于销孔处疲劳寿命，为传动轴优化设计提供依据。     

极限载荷下滚珠丝杠疲劳弹性寿命可靠性分析北大核心

为了提高极限工况下滚珠丝杠副的可靠性,对滚珠丝杠副疲劳弹性寿命可靠性进行了研究。根据现有的丝杠疲劳弹性寿命模型,基于不确定理论首先建立同时随机不确定性和认知不确定性的疲劳弹性寿命可靠性分析模型;引入两层参数不确定算法,并进行仿真计算,最后研究了各参数及其不确定度对寿命可靠度的影响程度。研究结果表明,参数的不确定性对可靠度影响较大,通过开展可靠性试验,发现试验结果与模型计算的可靠度非常接近,证明了模型的可行性。计算结果表明,轴向载荷的不确定性影响最小,其次是导程、滚珠直径、节圆直径、适应比,接触角的不确定性影响最大,且不确定度越大,对可靠度影响越大。     

轴向柱塞泵疲劳损伤分析及寿命预测

轴向柱塞泵工作环境恶劣、工况复杂,柱塞在柱塞腔内做往复直线运动,承受着复杂的交变应力,疲劳损伤是其常见的失效形式之一。为了分析柱塞泵的疲劳损伤、预测其剩余寿命,提高其运行的安全可靠性,提出柱塞泵疲劳损伤分析及寿命预测方法。建立柱塞泵的刚-柔-液耦合模型,进行联合仿真并分析;基于Miner疲劳累计损伤理论,运用ANSYS Workbench软件及nCode模块,得到柱塞的疲劳损伤云图和疲劳寿命云图,对柱塞泵疲劳损伤的薄弱部位以及剩余寿命进行分析,最后探究了主轴转速、工作压力对柱塞泵疲劳损伤及剩余寿命的影响。结果显示：在典型工况下,柱塞的疲劳寿命约为7 448.8 h,基本可以满足柱塞疲劳寿命要求。     

基于OptiStruct的开卷机主轴疲劳特性优化设计

为改善6 t级开卷机主轴在交变应力作用下引起的应力疲劳现象,运用Opti Struct对开卷机主轴的实际工况进行静力学分析,基于Hyper Mesh对其进行有限元前处理,运用Gerber法进行疲劳分析,并基于Opti Struct的应力雨流计数法和Miner理论求得开卷机主轴的疲劳损伤量和疲劳寿命。以主轴柔度最小化为目标函数,以疲劳寿命为约束条件,构建开卷机主轴的优化模型,并通过Opti Struct进行优化求解得到开卷机主轴的最佳形状。通过优化前后的力学和疲劳特性对比可得:优化后的开卷机主轴危险部位,应力集中现象降低的同时,疲劳寿命也显著提升。基于形状优化设计对开卷机主轴进行尺寸改进,有利于其力学、疲劳性能的改善,为改进开卷机主轴结构设计提供了理论依据。     

龙门起重机金属焊接结构疲劳寿命分析

根据50 t×35 m龙门起重机的实际运行工况,对其金属焊接结构进行了有限元分析和动态仿真分析,得到了各种工况下的应力分布以及力-时间历程;把静态应力与力-时间历程相结合,计算出动态应力.在此基础上,利用国际焊接学会提供的疲劳寿命S-N曲线,对金属焊接结构进行疲劳寿命分析,得出其疲劳寿命分布云图.结果表明:柔性腿上部变截面处为疲劳薄弱部位,节点5031疲劳损伤最为严重,寿命为1.09×106次循环.     

基于ANSYS的斗齿疲劳寿命预测

疲劳破坏是斗轮堆取料机用斗齿在实际工况下主要的失效形式之一。通过有限元分析软件ANSYS建立斗齿的有限元模型,对其进行静力强度计算,得出斗齿在服役中的应力最大节点和应力集中区域。通过名义应力法并且结合ZGMn 13材料的S-N曲线,利用ANSYS中的Fatigue模块进行斗齿结构的疲劳寿命计算,预测其疲劳寿命,为斗齿的可靠性设计和结构优化提供依据。     

加工中心主轴系统的可靠性分析

对国外高档加工中心进行现场跟踪,采集并记录使用过程中的故障数据。为了科学、全面的考虑加工中心发生故障的不确定性,采用模糊综合评判法进行了分析,求得主轴系统的危害度。并应用Matlab软件对主轴系统的故障数据进行了分析,得到故障首次间隔时间服从二参数威布尔分布,根据得到的可靠性指标对主轴系统进行可靠性评价。     

波纹板组件焊点结构优化及疲劳仿真

针对空预器波纹板组件(简称波纹板)焊点的数量及排数对波纹板静强度和疲劳强度的影响进行了仿真研究并以此优化波纹板焊点的结构参数。首先,针对不同焊点数量及排数连接方式下,在Workbench中对波纹板进行静强度模拟仿真。然后对仿真结果进行分析与处理,结果表明:采用3排焊接,焊点左右边距10 mm,上下边距2 mm,水平间距54. 4 mm时,波纹板等效应力最小,为43. 12 MPa。在此基础上,波纹板疲劳寿命模拟仿真结果为2. 84×10~6次,满足实际工况对其疲劳强度的要求。这为后续进行与波纹板疲劳性能有关的试验研究奠定了一定的理论基础。     

基于nCode Design-Life的永磁同步电机主轴的疲劳特性分析

针对某型号永磁同步电机主轴局部出现裂纹或断裂现象展开了分析研究。首先用解析法和数值法对电机主轴进行了二维电磁力计算分析,确定了作用在主轴上的载荷谱。然后利用n Code Design-Life中的S-N分析方法,对永磁同步电机的主轴进行疲劳特性分析。得到主轴的疲劳损伤云图,结果显示在主轴输出端第一变截面处出现了应力集中。在瞬态电磁力和输出脉动转矩循环作用下,存在断轴隐患。提出了在变截面处采用凹圆角的加工方法,可有效的减少应力集中,提高主轴寿命。为永磁同步电机的可靠性设计提供了参考。     

表面喷丸改善耐热钢主轴疲劳性能的试验研究

对1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢主轴试件引入表面喷丸处理工艺,借助无损残余应力测试手段分析喷丸强度与喷丸覆盖率对试件表层残余应力分布的影响,并研究不同工况下的疲劳性能改善效果。结果表明,二者主要作用是在保持高应力峰值的基础上增大或巩固残余应力影响深度与应力峰值所在层深,但也增加了应力敏感性,造成应力大幅松弛。试件的疲劳寿命在室温下主要由喷丸强度控制,而在高温下还将受喷丸覆盖率的显著影响。     

圆角半径对输出轴断裂的影响研究

在试验过程中输出齿轮轴发生断裂,断面磨损严重。本研究先对该轴的断裂失效进行了分析,确定断裂性质为旋转弯曲高周疲劳,理化检测指标符合图纸要求,而圆角半径实测数据比设计要求小。为了查找疲劳失效原因,对实测圆角半径和设计要求圆角半径所造成的应力集中进行应力计算,得到不同圆角半径对应的实际旋转弯曲疲劳极限强度,发现该输出轴断裂处的实际旋转弯曲疲劳极限强度比设计要求降低了一半。在工作载荷作用下实际旋转弯曲疲劳强度的降低,使该输出齿轮轴的实际疲劳寿命相比设计寿命大大降低,导致该输出齿轮轴工作中提前失效。     

基于ANSYS/FE-SAFE的快速地铁车辆一系钢圆弹簧疲劳寿命分析

以某快速地铁车辆的一系钢圆弹簧为研究对象,开展疲劳寿命预测分析.通过有限元软件ANSYS建立一系钢圆弹簧模型,分析它在最大工作载荷下的应力分布;通过动力学分析软件SIMPACK建立快速地铁车辆模型,得出弹簧在纵向、横向和垂向振动位移时间历程;基于Miner线性疲劳损伤理论,以一系钢圆弹簧的应力和载荷谱为输入,结合疲劳寿...     

汽轮机给水泵机组双联泵失效分析

为研究某汽轮机给水泵机组双联泵的失效原因,对双联泵进行解体检查,发现其轴断裂,轴承及轴上连接部件等也有不同程度的损坏。对双联泵主要受损部件进行宏观检查,对断轴的化学成分、金相组织、力学性能、断口形貌进行系统的分析,并对轴、键、轴承等部件进行了失效分析及计算。结果表明:双联泵轴承轴向预紧力过大,降低了轴承工作寿命,导致接触疲劳失效,引起轴倾斜,使得轴上转子卡住,最后轴因负载过大被扭断。研究结果为分析类似轴断裂原因提供参考。     

基于有限元法的发动机二级从动齿轮疲劳裂纹故障分析研究

为研究涡桨发动机减速器齿轮传动组件的疲劳失效机理,以提高其工作可靠性及使用寿命,开展减速器桨轴组件的高低周复合疲劳试验。结果显示,二级从动齿轮陪试件卡槽处出现沿齿轮轴子午面扩展的疲劳裂纹。为了进一步明确疲劳裂纹产生的机理,建立桨轴组件三维有限元模型,利用有限元软件Ansys对试验条件下二级从动齿轮陪试件进行应力计算,根据计算结果分析影响陪试件卡槽应力状态的各个因素及其影响规律。结果表明:装配过盈量和卡槽倒圆尺寸是造成陪试件卡槽应力过大的主要因素。最后基于数值模拟分析结果提出改进措施,为故障排除提供有力依据。     

大型行星轮系功率分流分析与疲劳可靠性研究

行星轮间的功率分流行为使得行星机构具有较高的能量传输密度，但偏载会导致行星机构的功率无法按照理想状态分配，增大齿轮间的啮合力，影响整个系统的使用寿命和可靠性。基于某型号重型直升机行星减速器的结构特征，构建大型行星轮系的有限元仿真模型，对行星传动系统进行准静态力学和运动学分析，获得系统中各类齿轮的危险应力历程，为可靠性分析模型提供载荷输入变量，以弯曲疲劳试验获得的齿轮强度数据作为可靠性分析模型的强度输入变量。使用统计学最小样本量的概念进行齿轮和轮齿寿命转换，建立行星齿轮系统可靠性分析模型，完成行星系统不同状态下疲劳可靠度的数学映射。偏载状态下，行星齿轮系统可靠度为92.32%,证明偏载会影响系统疲劳可靠性，降低齿轮的有效使用寿命。     

传动轴断裂原因分析

某公司一45Cr钢传动轴仅仅使用了50 h即断裂。对断裂的传动轴进行了宏观检查、表面硬度检测、金相检验、化学成分分析和断口分析。结果表明:传动轴的表面硬度远低于要求值,显微组织为珠光体和铁素体,也不符合要求,说明该传动轴未经过调质处理,因此其力学性能差;此外,传动轴表面粗糙,有机加工痕迹。不良的力学性能和粗糙的表面导致传动轴过早疲劳断裂。     

起动发电机弹性轴断裂分析

针对起动发电机发生的弹性轴断裂故障,通过采用对断裂弹性轴进行宏微观观察、金相组织分析、硬度检测等方法,综合分析判断该发电机弹性轴断裂性质为扭转疲劳断裂失效,弹性轴锥体与转子空心轴之间配合不良是弹性轴发生扭转疲劳断裂的根本原因。进一步研究发现:起动发电机弹性轴采用锥面贴合的方式来传递扭矩,而在实际制造及修理过程中锥面贴合度难以保证,导致工艺可控性差、产品可靠性偏低,存在结构设计不合理的问题。提出将弹性轴锥体结构改成花键结构的建议,以避免故障再次发生。     

45钢轴的疲劳断裂分析

45钢轴在台架试验过程中发生断裂,对失效件进行外观观察、断口宏微观观察,结合零件在试验过程中的受力状况,判断该轴属扭转疲劳断裂,断裂位于沟槽处,该部位存在应力集中效应,且表面未经强化处理,并对轴的最大切应力和疲劳寿命的安全系数进行计算。结果表明:轴的疲劳开裂与沟槽导致的应力集中系数提高以及表面未经强化有关,随着循环载荷的作用,裂纹不断扩展直至断裂。