基于工控机的汽车主锥预紧力测量机控制系统设计

该文分析了汽车主锥中圆锥滚子轴承的预紧力与轴向位移、压紧轴承的锁紧螺母拧紧力矩之间的关系,以及轴向位移量与启动摩擦力矩之间的内在联系,并研制出具有锁紧螺母预紧力矩和轴承启动摩擦力矩自动测量功能的主锥自动装配设备的控制系统。该系统以工控机为控制核心,以Visual C++作为软件开发工具,使系统既具有较高的稳定性及灵活性,又有直观、友好用户界面。控制系统对锁紧螺母拧紧力矩和轴承摩擦力矩采用闭环控制的实时测量,可精确控制轴承的预紧力,提高主锥总成的装配质量和生产效率。     

考虑摩擦特性时过盈量对轴承预紧力的影响

针对航天机构中轴承轴向预紧力精确确定的问题,基于静力学和弹性力学,在考虑配合尺寸、摩擦特性的基础上,研究了轴承预紧力与拧紧力矩的关系。利用锁紧螺母拧紧力矩与轴向力的关系,确定施加于轴承上的轴向力;根据摩擦力与摩擦特性及装配尺寸的关系,分析摩擦力对轴向力的截留作用;通过轴承力平衡方程组,对实际预紧力进行理论分析。文中研究了配合尺寸及摩擦特性对预紧力的影响,揭示了不同装配下预紧力随拧紧力矩的变化规律。研究结果表明:对轴承71807C预紧力结果进行分析,发现相同拧紧力矩下,过盈量增0.5μm,轴向力中约有123 N的力被截留;且摩擦系数增加0.05,轴向力截留率增大约13%。过盈量越大,轴承与主轴间摩擦力对轴向力的截留作用越大,预紧力对应的拧紧力矩越大;相比加热炉加热,油槽加热降低了配合区域的摩擦系数,加载相同的拧紧力矩时使轴承预紧力较大。经试验验证,该理论分析可以确定施加的预紧力,又可以提高装配质量。该研究建立预紧力测量的理论计算模型,并可用此模型较精确地确定预紧力,为轴承预紧力设计和装配提供参考。     

交变温度对航天轴承摩擦力矩的影响机理

针对空间环境温度在-60~80℃之间交替变化影响航天轴承摩擦力矩的问题,该文利用接触力学和运动学等理论,建立了固体润滑轴承摩擦力矩的数学模型,并分析了内、外圈的摩擦力矩。基于弹性力学、热学和变形协调关系,分析了交变温度影响航天轴承过盈量和预紧力的规律。在此基础上,结合摩擦力矩模型探究了交变温度对航天轴承摩擦力矩的影响机理。通过理论分析研究了交变温度对航天轴承的过盈量、预紧力的影响,进而揭示了交变温度对摩擦力矩的影响规律,并进行了试验验证。研究结果表明:交变温度与内圈过盈量负相关,与外圈过盈量正相关;过盈量增加引起内圈摩擦力矩增大量大于外圈;预紧力随交变温度升高而增大,当交变温度从-60升高到80℃时,与常温时相比预紧力变化范围为-40~40 N;预紧力、环境温度的增加都将引起摩擦力矩增大;摩擦力矩随交变温度增加而增大,随交变温度降低而变小,且摩擦力矩达不到初始时刻的最大值和最小值。研究结果为减缓摩擦力矩变化提供参考。     

基于乏信息理论的转盘轴承启动摩擦力矩变异分析

基于乏信息系统理论探讨转盘轴承启动摩擦力矩和载荷之间的关系,以揭示启动摩擦力矩估计真值、波动范围、信息熵、变异系数和概率密度函数的非线性演变特征。在模拟试验中,采用了2种不同的转盘轴承,对每种轴承改变载荷5次,同时测量内圈表面上均布6个点的启动摩擦力矩,并对试验数据进行变异分析。试验结果表明,随着载荷的增加,估计真值非线性增大,变异系数整体上呈现非线性衰减趋势;在变异系数的非线性衰减过程中有一个敏感点,在该点处变异系数异常增大。转盘轴承启动摩擦力矩具有变量不确定性和函数多变性。敏感点的发现可以为轴承的性能改进与测量系统分析提供参考。     

屏蔽泵轴向力平衡新方法

屏蔽泵的轴向力平衡成为影响屏蔽泵使用寿命和效率的关键因素。由于传统平衡方法难以完全解决屏蔽泵轴向力平衡问题,因此,采用新的轴向力平衡结构及方法显得十分必要。该文通过对屏蔽泵轴向力的特点分析与计算,采用校核计算的方法设计一个副叶轮,由副叶轮带动冷却液在冷却回路中循环流动,并产生一个与主叶轮产生的轴向力及转子重力等合力大小相等,方向相反的轴向力,从而消除轴向力。通过轴向力平衡计算和试验测量,屏蔽泵残余轴向力较小,满足规定要求,计算结果与试验测量结果基本一致。应用实例表明,屏蔽泵轴向力平衡新方法可靠,计算过程正确,能基本消除残余的轴向力,使轴承的负荷减小,延长轴承使用寿命,实现了屏蔽泵的安全可靠运行,具有一定的工程应用价值。     

立式屏蔽泵的轴向力及石墨轴承耐磨性试验研究

对影响立式屏蔽泵使用寿命的两个关键问题--泵的轴向力和石墨轴承的耐磨性进行了研究.建立了轴向力测量装置,研究屏蔽泵的密封环结构形式和运行工况对轴向力的影响关系,发现双端面密封和平衡孔配合使用可以有效减少轴向力;在Falex摩擦磨损机上对普通石墨材料和浸润树脂石墨材料进行了磨损实验,并利用CSM950扫描电子显微镜对其磨损表面作了形貌分析,试验表明,浸润树脂石墨材料的耐磨性能明显高于普通石墨材料.以上的研究结果对屏蔽泵的设计有指导作用.     

基于PWM信号的农用柔性底盘驱动与转向协同控制特性试验

针对四轮独立驱动独立转向的农用柔性底盘驱动转向时需要同时打开和锁紧电磁摩擦锁的矛盾,该文提出一种基于脉冲宽度调制信号(pulse width modulation,PWM)的电磁摩擦锁控制方法来实现偏置转向轴机构的分时步进驱动和转向,并利用自制偏置转向轴试验台,采用双因素试验测试了PWM波频率和占空比对偏置转向轴电磁摩擦锁脉冲锁紧力矩的影响,采用三元二次正交旋转组合试验测试了分时步进驱动和转向时频率、占空比和轮毂电机转速对转向特性的影响。双因素试验结果表明:频率、占空比及其交互作用对脉冲锁紧力矩均有极显著影响(P0.01);在频率4~24 Hz、占空比20%~80%时,锁紧力矩变化范围为6.822~40.046 N·m;旋转组合试验结果表明:频率、占空比、两者交互作用及轮毂电机初始转速对分时步进转向时转向平均角速度均有显著影响(P0.05),转向平均角速度随占空比和轮毂电机初始转速增大而减小,随频率增大而缓慢增大,在频率4~24 Hz、占空比20%~80%、初始转速30~120 r/min时,转向平均角速度变化范围为0~0.514 rad/s。该结论可为农用柔性底盘驱动与转向协同控制提供参考。     

PBN65-40-250型屏蔽泵轴向力平衡计算及其试验

屏蔽泵的轴向力能否很好的平衡直接影响到屏蔽泵的安全可靠运行。屏蔽泵轴向力平衡设计技术已成为制约其大型化的难题之一。对PBN65-40-250型屏蔽泵转子的轴向受力全面分析计算,综合屏蔽泵轴向力产生的各种原因,采用调整叶轮后密封环尺寸和平衡孔过流面积的方法,能有效地实现轴向力平衡设计。为了实测屏蔽泵的轴向力,设计了轴向力的测量装置和轴向力试验系统。通过平衡计算和试验验证,理论计算值与实测值基本一致。综合受力计算,轴向力平衡的设计计算方法具有很好的实用价值。     

卧式柴油机主轴承润滑特性的影响因素分析

针对自主开发的2D25卧式柴油机,基于弹性流体动力润滑理论,采用AVL Excite Power Unit软件建立了主轴承润滑仿真模型,在考虑内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度的基础上,研究了轴承间隙、轴承宽度、进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响。研究结果表明:在分析的4个结构参数中,轴承间隙和轴承宽度对主轴承润滑特性影响较大,是主要影响因素,进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响相对较小,是次要影响因素。随着轴承间隙的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量增加,最小油膜厚度和平均摩擦功耗降低。随着轴承宽度的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量减小,最小油膜厚度和平均摩擦功耗增加。进油口位置和油槽宽度对轴承润滑特性的影响不呈现明显的变化规律。     

多级离心泵轴向力平衡装置的设计与分析

可靠的轴向力平衡装置是高压多级离心泵实现平稳可靠运行的重要机构。针对反渗透海水淡化高压泵对结构和运行可靠性的特殊要求,设计了一种用于节段式多级离心泵的新型轴向力平衡装置。基于计算流体力学（CFD）方法研究了平衡装置内部的流场结构及其轴向力平衡机理,分析了不同轴向间隙、径向间隙以及滑动轴承长径比条件下的轴向力平衡特性。结果表明,不同进出口压差条件下,滑动轴承间隙内流动结构存在明显区别,轴承支撑机理发生变化;平衡力和相对泄漏量随轴向、径向间隙的增大呈非线性增大,平衡力随长径比增大近似呈线性增大,相对泄漏量随长径比增大近似呈线性减小。对径向、轴向间隙和长径比进行各种组合分析计算,得到轴向间隙0.2 mm、径向间隙0.3 mm、长径比为1的结构优化的新型机构,该机构既可以很好地平衡轴向力,又提高了多级泵的可靠性。     

斜齿交错-非圆锥齿轮行星系水稻宽窄行分插机构设计与优化

为获取一般性的空间行星轮系传动比,以达到直取秧和小穴口的插秧要求,在斜齿交错椭圆锥行星轮系分插机构的基础上,引入非圆锥齿轮,得到一种斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构,并应用于高速宽窄行插秧机当中。建立了非圆锥齿轮副节曲线的数学表达式和机构的运动学模型;基于Matlab开发平台开发了机构参数优化软件,利用该软件分析了节曲线形状、行星架初始安装角、斜齿轮螺旋角和非圆锥齿轮锥距对理想轨迹姿态、直取秧特征和穴口大小的影响,并以理想轨迹姿态、直取秧、小穴口等要求为目标,通过人机交互方式优选机构参数;与斜齿交错-椭圆锥行星轮系分插机构形成的总传动比及其轨迹进行对比,并得出了斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构轨迹在改进直取秧姿态、降低伤苗率等方面作业性能更优的结论。利用仿真软件Adams进行了机构的运动学仿真,加工分插机构实物,利用通用分插机构试验台完成机构插秧轨迹测试,得出斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构可以更好的满足水稻宽窄行插秧的要求,从而验证了非圆锥齿轮在宽窄行分插机构中应用的优越性。     

基于球面曲线的空间非匀速行星轮系分插机构逆向设计

针对目前非圆锥齿轮行星系分插机构运动轨迹、姿态设计中存在的对机构参数选择和参数对设计目标影响的不确定性问题,提出一种基于球面曲线的空间行星轮系机构逆向设计方法。在利用样条曲线描述光滑、连续、封闭理想平面插秧轨迹的基础上,采用保测地曲率投影方式将平面轨迹映射到给定球面获得目标球面轨迹;由二杆三自由度空间开式机构复演球面轨迹,并根据杆件的空间几何关系建立行星轮系机构的总传动比反求模型;通过在杆件上依附非圆锥齿轮、非圆齿轮,实现基于给定运动要求的各级传动比分配和齿轮节曲线再现;利用Matlab编写反求程序,并在高速水稻宽窄行分插机构的设计中,实现非圆齿轮—非圆锥齿轮行星轮系宽窄行分插机构的参数反求。最后,通过设计并加工机构实物进行台架试验,由高速摄像技术测试并得到了与给定球面轨迹一致的插秧轨迹,验证了方法的可行性,为宽窄行分插机构设计提供了新的方法。     

芡实机械脱壳中的摩擦特性试验研究

为给芡实脱壳后的分离工艺和机械设计提供相关的物料性能数据,利用剪切仪、自制的斜面仪、休止角测定装置等设备,对不同成熟度、不同粒径大小的芡实颗粒的内摩擦系数、静滚动稳定角、休止角等摩擦特性进行了测定。结果表明,芡实颗粒越小、成熟度越低、接触表面粗糙度越大,则颗粒之间的摩擦力越大、颗粒与接触材料的摩擦力越大,其内摩擦系数、静滚动稳定角、休止角越大;利用斜度14.7～21.5°的斜面仪能够分离出芡壳,但不能对芡仁和带壳芡实整粒进行有效分离;采用橡胶板分离芡壳、芡仁效果最好。研究结果可为芡实脱壳、分离等相关机械的研发提供参考。     

球面圆弧锥齿轮接触点轨迹方程

为了提高农业机械等领域的中央传动系统中齿轮的承载能力,减小中央传动的总体尺寸,降低机构的离地间隙,研究了一类理想状态下的球面圆弧锥齿轮。该文根据圆弧锥齿轮的啮合原理、坐标转换以及球面三角几何的方法,确定了球面圆弧锥齿轮接触点轨迹方程和齿轮副圆弧齿廓齿面方程,进一步完善了球面圆弧锥齿轮的设计理论,并根据研究出的方程,进行了齿轮的三维造型,为正确的设计和加工大端面呈理想球面且螺旋齿形端面为圆弧齿廓的球面圆弧螺旋锥齿轮提供了理论基础,也为后续的球面圆弧锥齿轮的参数化设计和数字化加工提供了研究基础。     

非圆锥齿轮球面齿廓数值计算方法

非圆锥齿轮传动是宽窄行分插机构实现空间插秧轨迹的重要组成部分,而满足不同机型的宽窄行分插机构需要设计不同参数的非圆锥齿轮。针对目前设计不同非圆锥齿轮需建立不同齿廓计算模型的问题,该文开展了基于样条曲线拟合封闭球面曲线的非圆锥齿轮大端齿廓数值计算方法研究,利用三次Nurbs曲线拟合方法建立了球面节曲线的统一表达式;根据齿形法线法和球面三角形性质建立了大端齿廓和齿根过渡曲线的数值计算模型,编写了基于Matlab的非圆锥齿轮大端齿廓计算程序;以一种步行式宽窄行分插机构的传动齿轮为例,当节点数取720时,齿槽齿厚差值可达到0.0037 mm,可以满足加工要求;并在ADAMS软件中采用齿间加载接触力的方式得到了与理论计算结果相吻合的齿轮传动比,验证了该齿廓计算方法的正确性,从而实现了非圆锥齿轮的通用化设计,为行星轮系式的宽窄行分插机构、取苗机构、植苗机构等种植机械关键部件实现期望运动轨迹提供技术支持。     

2BZ-2型谷子精少量播种机的研制

针对北方丘陵山地谷子种植地块小而分散的特点,根据谷子精少量播种农艺要求,研制了2BZ-2型谷子精少量播种机,并根据国标设计进行了排种性能试验和田间试验。设计了倾斜圆盘式谷子精少量排种器、船型铲式开沟器、刮板式覆土器、连接架和传动系统,可将排种器、开沟器、覆土器安装在连接架上后一并装配在机架主梁上,设计传动系统单向传动,避免排种器倒转。排种性能试验表明,该播种机的各行排量一致性变异系数小于等于1.10%,总排量稳定性变异系数小于等于0.66%,种子破损率小于等于0.05%。田间试验表明,该播种机的播种穴距合格指数大于83%,重播指数小于7%,漏播指数小于12%,合格穴距变异系数小于10%,播深变异系数小于1.5%,满足国家标准要求。该研究可为丘陵山地谷子精少量播种机具的研发提供参考。     

航天器用超低黏度齿轮泵轻量化设计

为追求航天器用超低黏度介质齿轮泵较好的容积率和较低的发射成本,该文在创建容积率和新重合度公式的基础上,采用最优化设计方法,通过泵的单位排量体积或单位排量质量最小化,实现了90%的最小容积率和质量最轻化,分析了结构参数对优化结果的影响。结果表明:采用齿顶重合度优化设计后的根切重合度为–0.3429,不能保证连续传动要求;压力角、轴半径、齿条刀具齿顶圆角半径和过渡区起始角对优化结果,分别有6.07%、7.8%、2.9%和6.4%的影响,总体上影响不大;径向、轴向间隙的影响很大,并具有0.04、0.07 mm的影响转折点,该转折点为径向、轴向间隙的取值上限提供了依据。初次针对航天用齿轮泵的优化设计尝试,阐明了超低黏度介质同样适用于齿轮泵。该研究可为提高其他行业用超低黏度液压泵的研发提供参考。     

自走式拱棚机连续插架装置设计与试验

针对目前拱棚搭建机械停机插架作业效率低的问题，本文研制了自走式拱棚机的连续插架装置。此装置设计行星轮系反向传动机构和弯折部件，行星轮系反向传动机构带动弯折部件转动可实现弯杆、压杆等动作。“棚杆-土壤”离散元仿真分析确定插入土壤最大深度10 cm时，棚杆所受土壤阻力为51 N；为确保棚杆成功插入土壤，对棚杆及弯折部件的压杆臂进行应力仿真分析，仿真结果表明，在保证压杆臂不会发生断裂的前提下，压杆臂与棚杆之间的摩擦力为168 N，远大于棚杆所受土壤阻力，且棚杆应力在屈服强度内，此时棚杆弯折且不断裂；通过分析弯折部件的弯折压板运动轨迹，根据小拱棚插架深度、间距的农艺需求，确定弯折支架最优长度为27 cm，中心转轴的速度与车体行进速度比值为0.85。田间试验结果显示，棚杆平均插架深度为7.04 cm，平均插架间距为74.11 cm，两侧插架深度的平均误差0.09 cm，平均插架间距偏差为0.16 cm，连续插架装置作业效果满足小拱棚搭建的农艺要求，进一步验证了连续插架装置设计的合理性和作业的稳定性。研究结果可为连续插架覆膜拱棚机的研制提供理论基础。     

双离合自动变速器预选挡特性分析及控制策略

针对双离合自动变速器奇偶挡位分属不同离合器的结构特点,在对其预选挡原理分析的基础上,提出了能够发挥结构优势的预选挡策略,在特定工况通过对目标挡位离合器的压力控制,实现待结合齿圈所在齿轴的调速,从而尽可能减小同步器主从动部分转速差,提高预选挡品质;随后从运动学与动力学角度,分别对挂挡、摘挡特性进行分析,揭示了同步力与同步时长的关系,建立了预选挡过程阻力模型;选取冲击度和滑磨功为预选挡品质评价指标,结合换挡阻力,得到各阶段换挡力;基于拨叉位置-换挡力特性,制定预选挡过程换挡拨叉目标位置,提出了拨叉位置闭环预选挡模糊控制策略;最后分别在搭载6速双离合自动变速器的某试验车和试验台架上进行摘挂挡测试和耐久试验,试验结果表明预选挡阻力模型接近实际阻力特性,换挡拨叉实际位置对目标位置的跟踪误差不超过4.67%,预选挡过程迅速平稳,冲击度和滑磨功率符合预期目标。该研究为双离合自动变速器预选挡特性及控制研究提供了参考。