少齿差星轮型减速器的弹性静力学分析

针对目前少齿差星轮型减速器在机械应用中行星轴承易烧毁的现象,对其进行力学分析以寻求解决的途径。综合考虑内啮合齿轮副、行星轴承的变形以及各轴的扭转变形,构造少齿差星轮型减速器的变形协调条件,并采用子结构法建立该类传动系统的弹性静力学模型。通过求解系统的弹性静力学方程,获得系统各环节的受力,并给出了一个运动周期内两相机构的齿轮啮合力、行星轴承力和各曲轴扭矩的变化规律。弹性静力学仿真表明,少齿差星轮型减速器两相机构各环节的受力均呈周期性变化,且二者的变化规律基本相同,仅存在180?相位差。两相机构中齿轮副的啮合较为平稳,其啮合力在一个运动周期内仅存在微小波动;但行星轴承的载荷状况较为恶劣,其中星轮轴行星轴承的载荷波动较大,而输入轴行星轴承的载荷幅值较大,这恰与星轮型减速器应用中行星轴承易烧蚀的现象相吻合。该研究可为少齿差星轮型减速器的强度设计和结构优化提供准确的力学依据。     

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。     

面向结构参数的滚珠丝杠副动态接触角建模

为研究滚珠丝杠副结构参数对接触角的影响,基于Hertz理论和滚道控制理论,综合考虑滚珠、螺母和丝杠滚道的结构参数,以间隙、公称直径、滚珠直径、螺旋升角及滚珠数量作为变量,建立滚珠丝杠动态接触角模型,得到面向结构参数的接触角非线性方程组,给出采用Newton-Raphson法进行迭代求解的流程。基于动态接触角模型进行讨论和实例分析,研究不同工况下的结构参数对滚珠丝杠副动态接触角的影响规律。结果表明:工作中的滚珠丝杠副丝杠侧的内接触角始终大于螺母侧外接触角;滚珠与滚道间隙量增大0.1 mm,内、外接触角增大约7°;公称直径增加则外接触角减小、内接触角增大;滚珠直径和滚珠数量的增大会导致外接触角减小、内接触角先减小后增大;螺旋升角对接触角影响很小,内、外接触角变化幅值均不到0.006°。该研究为滚珠丝杠副结构尺寸优化、动态特性分析、提高设计精度提供了参考。     

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。     

基于薄壁圆环理论的机器人用柔性轴承变形特征快速求解

谐波减速器内部柔性轴承是机器人关节的重要传动部件,因在工作中会产生较大的预变形而与普通轴承不同,导致传统轴承理论不适用,所以建立新的研究方法对其各项性能进行分析非常必要。该文通过建立柔性轴承的理论计算模型,求解计算柔性轴承工作时内部应力与变形特征,具体步骤包括:1)建立变形协调方程,并通过莫尔积分定理求解方程,得到变形过程中柔性轴承外圈的弯曲力矩;2)根据薄壁圆环理论,求得外圈的变形特征与内圈弯曲力矩;3)建立三弯矩方程,计算外载荷作用下柔性轴承外圈所承受的最大弯曲力矩。最后,建立柔性轴承有限元仿真模型对比验证理论模型,两者最大误差为7%,其中理论求解时间为5～8 min,有限元计算需4～5 h,通过理论模型可以快速求得柔性轴承内部变性特征与受力情况。计算结果表明,对于CSF-25-80型柔性轴承,外圈厚度设计在1.3～1.6 mm,宽度设计在9 mm左右,都可以有效改善外圈的应力状况。该研究可为对柔性轴承的设计和优化提供理论参考。     

多体动力学建模方法对发动机主轴承载荷计算影响

使用模态综合法,在ADAMS中建立刚柔混合的4100QB柴油机多体动力学模型,研究了多体动力学建模方法对发动机主轴承载荷计算的影响。通过比较不同模型间主轴承载荷的差异,探讨了发动机曲轴和机体的柔性、发动机安装方式和联轴节等建模因素对主轴承载荷计算的影响。结果表明:曲轴、机体柔性及发动机安装方式对轴承载荷计算影响显著;柔性联轴节对主轴承载荷的影响可以忽略。最后利用实测的气缸体表面节点振动数据验证了多体动力学计算结果的有效性。     

动静压液体轴承油膜承载特性的数值分析

液压动静压轴承的油膜状态,影响轴承的工作性能.研究动静压轴承油膜的上作性能,将丰富轴承设计理论,提高轴承设计水平.应用固力场和流体场耦合的有限元分析方法,分析了动静压轴承油膜的特性,计算并分析了典型的毛细管节流四腔轴承在各种设计参数下的轴承偏心率与偏位角及轴承偏心率与载荷力之间的关系.研究表明:轴承偏心率与载荷力几乎成一直线,而偏位角随着偏心率的变化较大.从数值上为动静压轴承建立完整的分析基础,提出了一种崭新的实用化的高速液体动静压轴承的理论设计方法.     

基于Excel的拦沙工程调洪演算程序编制

将调洪演算过程重构成时刻末水位与时刻末库容的函数关系,通过水量平衡法以及库容曲线法2种计算方法作差实现试算过程,利用Excel内置的“规划求解”功能完成调洪演算试算的关键环节,通过VBA编程调用“规划求解”命令,采取循环结构,完成拦沙坝调洪演算的全流程自动化计算,可保证计算过程稳定、计算结果正确,同时提高程序运行效率。初始输入条件以及其他函数过程采用插值表形式输入,通过VBA编程自定义插值函数引用,延拓程序的适用面。全过程基于Excel实现,该方法在保证拦沙坝调洪演算精度及效率的前提下,操作简单、易于推广。     

三自由度并联机械腿静力学分析与优化

为了对六足机器人的并联机械腿进行静力学优化设计,提出了一种同时考虑约束力映射关系和驱动力映射关系的腿部机构静力学优化设计方法,进而对结构参数进行了优化。在对腿部机构进行了驱动、约束映射分析的基础上,分别建立了腿部机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵;基于驱动雅可比矩阵建立了腿部机构的驱动静力传递平衡方程,定义了驱动静力学性能评价指标并绘制了评价指标分布图,分析了结构参数与驱动静力评价指标之间的关系;基于约束雅可比矩阵建立了腿部机构的约束静力传递平衡方程,定义了约束静力学性能评价指标,分析了结构参数与约束静力评价指标之间的关系;基于驱动、约束静力学性能评价指标,采用蒙特卡罗法对结构参数进行了优化设计,计算结果表明,固定平台结构参数为200mm、中间连接杆结构参数为70mm、运动平台结构参数为50mm、支链1和3的最小杆长为530mm、支链2的最小杆长为330mm、支链1和3的最大杆长为900mm、支链2的最大杆长为600mm时腿部机构的静力学综合性能最好。本文分析结果为六足步行机器人的进一步分析研究奠定了基础。     

基于水量平衡原理的畦灌水流推进简化解析模型研究

畦灌水流推进过程计算模型对确定灌水技术要素、田间平均入渗率和糙率有十分重要的作用。该文依据水量平衡模型,分析畦灌下渗水形状系数、地表储水形状系数的变化规律,结果表明下渗水形状系数受地表水推进过程中的推进距离和时间的幂指数影响很小,可用一个稳定值代替,由此建立了基于水量平衡原理的畦灌水流推进简化解析模型。结合已有文献资料和田间试验对模型进行检验,表明该模型具有计算求解方便、精度较高的优点,可用于畦灌合理灌水技术指标的确定。     

剥皮机挤压揉搓机构中曲沟球轴承的试制及其承载能力

为了满足剥皮机的挤压揉搓作业效果,简化机械结构,设计了一种曲沟球轴承。建立曲沟球轴承受力分析模型,分析了不同加载力下滚动体与外圈滚道的峰顶到谷底之间5个接触点的接触应力,得到滚动体与外圈之间的接触应力从峰顶到谷底逐渐减小、随着加载力的增大而增加的趋势;在此基础上,试制了外圈为三维正弦曲线环形圆弧滚道,内圈为定点窝眼滚珠结构的曲沟球轴承,用自制的试验台对试制的曲沟球轴承进行了测试。结果表明:加载力增大,轴承外圈的温升幅度增高,温升速度加快,经过10 min后,温升曲线趋于平缓,基本达到了热平衡状态。研究成果为曲沟球轴承的结构优化、定型生产及后续的推广应用提供了参考。     

具有塑性变形的转盘轴承有限元分析方法

为了计算考虑支撑结构柔度和材料塑性变形影响的大型重载转盘轴承内部载荷分布和接触应力,将内外圈滚道与滚动体接触等效成单向压缩弹簧,从而建立包括支撑结构在内的轴承整体简化有限元模型.等效弹簧系数由单个滚动体的载荷-弹塑性变形关系曲线确定,而单个滚动体的载荷-弹塑性变形关系应用有限元接触分析法求得.算例分析表明对于具有塑性变形的转盘轴承,接触变形、滚动体载荷分布、内外圈应力、接触应力等赫兹理论计算结果与有限元弹塑性分析法计算结果存在较大差异.因此,对于大型重载转盘轴承不适合采用赫兹理论进行分析计算.     

转动副间隙对曲柄摇杆式分插机构性能的影响分析与试验

为了研究转动副间隙对曲柄摇杆式分插机构的影响,该文基于动力学理论及Lankarani-Nikravesh接触力模型,建立了含转动副间隙的曲柄摇杆式分插机构的动力学模型,并通过四阶龙格库塔法求解动力学模型。通过MATLAB仿真分析了转动副间隙对秧针尖的轨迹、速度、加速度和取秧位置的影响以及不同间隙大小和不同转动副含间隙对秧针尖加速度的影响。仿真分析结果表明,转动副间隙对秧针尖轨迹、速度和取秧位置的影响较小,对加速度的影响较大;随着转动副间隙的增大,分插机构取秧位置的偏离会增大,秧针尖的加速度的幅值和波动幅度会增大;在分析的3个转动副中,曲柄与连杆之间的转动副含间隙对秧针尖加速度的影响最大。通过试验与仿真对比得到基于Lankarani-Nikravesh接触力模型比基于连续接触模型更适用于含转动副间隙机构的分析。试验结果验证了基于Lankarani-Nikravesh接触力模型的仿真分析的正确性。研究结果为分插机构的结构优化设计和精度分配提供了参考。     

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。     

轴颈倾斜时滚柱轴承动态接触特性的有限元分析

针对滚柱轴承工作时存在轴颈倾斜的情况,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件开展不同轴颈倾斜角下滚动轴承动态接触特性的数值模拟研究,通过对比分析接触部位应力值和变形的差别,考察倾斜角大小对轴承动态接触特性影响情况。结果表明,考虑轴颈倾斜时滚子组最大等效应力、最大剪切应力仿真结果明显大于非倾斜状态下得到的结果,在倾斜角为0°、0.1°和0.5°等3种情况下,滚子组等效应力分别为700MPa、2.73GPa和4.0GPa;同时,滚子端面单元应力值和接触部位应力分布等仿真结果均随倾角增大而差异更加明显;但轴心在径向载荷方向的位移受倾斜角的影响不明显,均分布在-0.2～0.3mm范围内。研究结论可以为实际工作过程中考虑轴颈倾斜时滚柱轴承动态特性的研究和轴承结构优化设计提供参考。     

雷沃ZP9500高地隙喷雾机的GNSS自动导航作业系统设计

为减少农药喷雾作业对人体造成的化学损害,该研究以雷沃高地隙喷杆喷雾机为平台,基于GNSS开发了自动导航作业系统,实现喷雾机在极少人工干预情况下的自动导航作业。通过对平台的机-电-液改造,实现了喷雾机作业系统的电气化控制。基于简化的二自由度车辆转向模型设计了以位置偏差和航向偏差为状态变量的直线路径跟踪控制算法,基于纯追踪模型设计了曲线路径跟踪控制算法。根据喷雾机田间作业需要设计了喷雾机一体化自动导航作业控制方法,使系统能够自动控制喷雾机完成直线、地头转弯行驶和喷雾作业,油门调节以及车辆启停控制。在1.3 m/s左右的前进速度条件下,分别在水泥路面、旱田、水田环境中进行了试验,测试结果表明:水泥路面车身横滚在–1.6?~1.5?范围,直线路径跟踪误差最大值为3.9 cm,平均值为-0.15 cm,标准差为1.0 cm;旱田地块车身横滚在–1.4?~3.3?范围,跟踪误差最大值为9.8 cm,平均值为1.3 cm,标准差为3.3 cm;水田环境车身横滚在–2.4?~5.2?范围,跟踪误差最大值为17.5 cm,平均值为2.2 cm,标准差为4.4 cm。试验数据表明,所设计的自动导航作业系统初始上线快速、地头转弯对行平顺、各设计功能执行可靠;导航系统具有良好的稳定性和控制精度,能够满足水田、旱田环境下的喷雾作业要求。     

高地隙折腰式水田多功能动力底盘设计与试验

针对目前水田农用底盘通用性差、转弯半径大、离地间隙低、田间行驶及爬坡越埂稳定性差等问题,结合东北地区水稻种植模式和农艺要求,该文设计了一种高地隙折腰式水田多功能动力底盘,阐述分析了底盘整体结构、传动系统与工作原理.在静态弯曲和扭转工况下进行了有限元分析,得到了满载量化状态下车架载荷分布和薄弱部位,有限元分析表明:在满载弯曲工况下,车架所受最大应力发生在平衡装置摇摆轴处为130.70 MPa,最大位移发生在后车架发动机安装梁处为1.56 mm;在满载扭转工况下,车架所受最大应力发生在右后悬架与纵梁连接处为255.44MPa,最大位移发生在车架左纵梁与后横梁连接处为9.44 mm,为后续开展车架薄弱区域的改进与轻量化设计提供重要依据.在此基础上,对动力底盘的转向性能、行驶性能和越埂性能进行了理论分析,并以行驶速度、最小转弯半径、最大爬坡角和最大越埂高度为试验指标,进行了田间性能试验.试验结果表明:多功能动力底盘田间道路行驶速度范围为1～14 km/h,水田行驶速度范围为1～6 km/h,水田行驶最小转弯半径为3 200mm,最大爬坡角为56°,最大越埂高度为533mm,整机工作性能满足田间管理作业要求,提高了水田综合作业的高效性和适用性,实现动力底盘的一机多用.该研究可为水田田间管理作业的有效实施提供综合应用平台和技术支撑.