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[硕士论文] 刘春
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:微小型行星齿轮传动系统作为机器人和其它微型精密机械的传动系统存在传动精度低、承载性能差、载荷分配不均等问题。鉴于此,本课题提出微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统模型,将传统单排平面均布的行星轮转变成双排空间均布的行星轮,成倍增加的行星轮进行误差补偿,提高传动精度,更多的轮齿进入啮合,载荷被更加均匀分配,改善均载性能;由于微小型行星传动的太阳轮尺寸小、齿数少,在长时间啮合后,轮齿可能会因疲劳而断裂,因此采用多模数设计方案,增强太阳轮的承载能力。
  本课题研究微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统传动原理,对微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统的几何参数进行计算,绘制出该传动系统的三维模型。
  建立微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统静力学模型,研究分析各齿轮及行星架的偏心误差对微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统静态均载系数的影响。
  基于弹性力学分析法,建立偏心误差对齿轮传动系统轮齿在啮合线方向的弹性形变的关系,推导出传动系统载荷分配系数公式,研究了偏心误差对该传动系统载荷分配系数的影响。
  建立微小型行星轮双排并联多模数齿轮传动系统与微小型行星轮单排同模数的齿轮传动系统的虚拟样机模型,对比仿真试验结果,分析研究在实际啮合过程中的齿间载荷的分配情况。
[硕士论文] 马强强
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:气动技术随着科技的进步得到广泛的应用,新型的气动工具逐步进入市场,其中气动葫芦具有很强的市场竞争力,在军工、石油、化工等具有易燃易爆的危险环境中被广泛使用,逐步取代了现有的手拉葫芦和电动葫芦。但通过对国内外气动葫芦研究现状的分析和实际调研发现,国内气动葫芦普遍存在壳体负载能力不足、制动性能差、马达噪声大、无限载限位保护等诸多问题,对其安全生产和推广使用产生了很大的影响。
  针对以上情况,本论文首先根据论文对气动葫芦技术指标的要求,对机械结构进行总体设计,分析了影响负载能力和提升速度的因素,依据气动马达的工作原理和结构特点,建立马达内部压力变化的数学模型和转矩平衡方程,并进行运动仿真分析,利用仿真结果修正马达结构参数以提高马达工作运行的平稳性;另外制动器被认为是气动葫芦安全生产中的关键部件,在对主体结构进行合理设计的同时,还对弹簧受力情况进行分析优化,得出弹簧的振动方程,提高了气动葫芦的制动效果。
  其次论文借助ANSYS Workbench分析软件,对气动葫芦的壳体进行了结构静力分析,虽然出现局部的应力集中现象,但是壳体在额定负载的情况下,最大应变值0.038mm小于壳体材料的弹性应变,可保证气动葫芦对壳体强度和刚度的要求;通过对制动器的瞬态分析,得出在外界突然制动的条件下摩擦片磨损对制动性能的影响情况,并根据仿真结果进一步提高制动器的制动性能;此外在对气动马达模态分析的同时,获得分析频率列表和模态云图,根据频率变化比较明显的模态发现:频率在539.78HZ和2404.3HZ工作气动马达振动最为剧烈,噪声最大,应当减小马达主轴圆切面的半径,降低马达对周围工作环境的影响。
  最后,利用建模仿真平台AMESim软件针对设计的气动系统搭建AMESim气动仿真模型,通过AMESim软件分析气动系统中制动器压力、响应速度以及马达主轴转矩随时间变化的情况,得出制动器可以在0.05s内瞬间达到3倍载荷的制动力,可保证系统在安全时间内能够迅速达到制动效果,且仿真模拟也表明,当负载超过额定载荷时马达的转矩将减至零,达到限载保护的目的,同时工业性试验也进一步表明了该气动系统的可靠性和稳定性。
[硕士论文] 代鹏
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:轴向柱塞泵/马达作为液压系统中的动力元件,其重要性不言而喻。随着现代工业的发展,对轴向柱塞泵/马达的性能提出了更高的要求。而一类具有高压、大流量、平衡性能好等优点的新型多排式轴向柱塞泵/马达将成为未来液压领域发展的趋势。因此,以普通轴向柱塞泵/马达的原理和设计理论为基础,提出了一种新型三排式轴向柱塞泵/马达,其特有的三排柱塞结构可更好地适用于高压、大功率等要求更高的工况环境。由于新型结构更加复杂,其对配流副的润滑性能也提出了更高的要求。本文以第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副油膜为研究对象,研究其润滑特性,主要工作如下:
  分析了新型三排式轴向柱塞泵/马达的结构和原理,以普通轴向柱塞泵/马达配流盘的设计理论为研究基础,分析和设计出新型配流盘结构,并对其进行干涉校核。
  分析了第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副的泄漏途径,并建立楔形油膜体数学模型。对两种油膜体的泄漏量分别进行计算,并分析缸体倾角、密封带宽度等参数对泄漏量的影响。
  对第一类三排式轴向柱塞泵/马达平面配流副进行受力分析,并分别计算干摩擦和液体摩擦引起的摩擦转矩,得出了总摩擦转矩的计算公式。以已经建立的三维模型为例,计算和分析油膜厚度、缸体转速、工作压力等参数对总摩擦转矩的影响。
  基于Reynold润滑方程,运用牛顿-拉弗森迭代和边界条件积分两种求解方法对缝隙内各润滑区域的流场压力进行分析和求解。建立CFD基本方程和离散差分模型,通过CFD对第一类三排式轴向柱塞泵/马达配流副的压力场和速度场进行模拟仿真,分析其对泄漏特性及摩擦特性的影响。
[硕士论文] 冒鹏飞
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:精密定位技术是国家制造水平的一个重要标志,是精密驱动、精密测量、精密加工中的关键技术之一,在集成电路制造、超精密加工、数据存储技术、生物工程等领域均得到广泛应用。随着我国科技的高速发展,高尖装备特别是航空航天、精密加工、生物医疗以及微型操控机器人等领域,对定位的精密度提出了更高的挑战,传统的定位精度已经无法满足这些技术领域的要求,因此,利用现代精密驱动理论设计出行程大、性能高、可靠性强、定位速度快的定位平台成为这些技术领域突破的关键。
  论文基于超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)具有磁致伸缩应变大、能量密度高、响应速度快、输出力大、磁机耦合系数大、居里温度高并且能够实现电磁能-机械能的可逆转化等众多优点,设计出一种精密微定位驱动器,并以此为驱动源,设计出精密定位平台。主要工作以及结论如下:
  1、根据自由能极小值原理,阐述了超磁致伸缩材料的磁致伸缩机理。根据超磁致伸缩材料的材料特性,分别设计了超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive actuator,简称GMA)的磁场结构、预应力机构、温控系统等,并以此为基础,结合实际加工技术能力,设计了超磁致伸缩驱动器的整体结构,依据现有GMM棒的几何形状尺寸确定GMA的各部分的几何尺寸。
  2、借助柔性铰链单元材料受力产生的弹性变形具有运动分辨率高、无摩擦、无需润滑、制造工艺简单等独特优点,基于理论力学和材料力学理论建立了直圆形柔性铰链机构的静力学模型,获得了柔性铰链几何参数与柔性铰链平台输出位移之间的理论数学模型。运用Matlab数值仿真软件对柔性铰链平台的几何参数进行了优化,获得了柔性铰链定位平台最优的设计参数,分别是最小厚度t=0.8mm,切割圆半径R=2.5mm,高度h=10mm,工作平台宽度为60mm。通过有限元方法对所设计的柔性铰链定位平台结构进行仿真验证,结果表明理论分析和仿真结果的最大误差仅为3.06%,从而验证了静力学理论分析的正确性,为柔性铰链定位平台的结构优化设计提供了理论基础。通过有限元方法对所设计的柔性铰链定位平台进行模态分析,结果表明理论分析和仿真结果的最大误差仅为0.8%,从而验证了动力学理论分析的正确性。
  3、介绍了国内外学者针对GMM磁滞非线性所创建的Preisach模型、神经网络模型、Duhem模型、J-A模型、自由能模型这五种磁滞非线性模型,基于此,选取了Preisach模型,阐述了经典Preisach模型的含义,并在经典Preisach模型上,通过对Preisach模型的离散化,创建了GMA磁滞特性数值模型。根据所设计的GMA具体尺寸,求解出磁场模型(Id~H)、以及磁滞伸缩模型(λ~M),确定了GMA的位移输出模型。性能测试表明:磁场强度H的实验结果与理论计算的最大误差为2.43kA/m;偏置线圈,磁场强度H的实验结果与理论计算的最大误差为1.74kA/m,验证了所建磁场强度公式的正确性。随着偏置电流的逐渐增大,GMA在同等电流下的最大行程变小,这与GMM的磁滞回线一致;随着偏置电流的增大即偏置磁场的增大,GMA的回程误差减小;所设计的GMA在偏执电流为0.6A时其状态最佳,验证了GMA设计理论的正确性。位移测试平台实验结果与模型计算的结果基本吻合,证明所建模型能够较好的反映出GMA输出位移的实际情况,验证了所建Preisach模型的正确性。
[硕士论文] 邓月飞
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:轴向柱塞泵/马达是液压系统中广泛使用的元件之一,随着我国工业的不断发展,工业设备对轴向柱塞泵/马达性能要求越来越高,但传统的轴向柱塞泵在某些工业领域所表现出的性能也十分有限。本文提出了一种平衡式三排轴向柱塞泵/马达,在提高柱塞泵/马达性能的同时还能降低轴向柱塞泵/马达振动、噪声、摩擦磨损等问题,并能较好的改善缸体的平衡性。轴向柱塞泵中有三对重要的摩擦副,其中的柱塞副、配流副都包含缸体,故缸体是轴向柱塞泵/马达的主要部件,因此对新型的平衡式三排轴向柱塞泵/马达缸体特性的研究显得十分有必要,为此本论文进行了以下研究工作:
  1.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是在普通轴向柱塞泵的基础上,吸取具有单斜面双排柱塞结构的两排轴向柱塞泵设计经验。采用双斜面的斜盘,内中外排柱塞交错排列的缸体,异侧同排高低压油口对称分布。对普通单排轴向柱塞泵的设计公式进行修正,并对修正后的公式进行二次推导,继而对关键零部件的结构尺寸如缸体中心孔直径d、柱塞的分布圆半径R、吸排油窗孔的面积f0、缸体壁厚δ等进行参数优化,并最终设计出平衡式三排轴向柱塞泵的整体结构,最后对缸体的强度与刚度进行了校核。
  2.平衡式三排轴向柱塞泵/马达是一种新型的多排柱塞泵/马达,其缸体上多排柱塞孔交错设置,配流盘的高低压油口对称分布决定了其流量脉动情况与普通单排轴向柱塞泵及普通双排轴向柱塞泵有所区别。对三排泵的流量脉动公式进行推导。以内中外排柱塞数为7、7、14与柱塞数为8、8、16为例,运用MATLAB编程绘制出内排、中排、外排以及总的瞬态流量。分析不同柱塞数目及不同柱塞布置条件下整泵的流量脉动的情况。
  3.对缸体的动力学特性进行分析,推导出平衡式三排轴向柱塞泵缸体的倾覆力矩的公式,对内中外排柱塞数分别为奇数、奇数、偶数与内中外排柱塞数全部为偶数两种情况的倾覆力矩进行推导,并采用MATLAB编程,探究内中排柱塞数为相同奇数,外排柱塞数为偶数,与内中排柱塞数为相同偶数,且外排柱塞数也为偶数两种情况下缸体的平衡性。
  4.以平衡式三排轴向柱塞泵缸体为研究对象,通过设计不同的输入输出参数,运用有限元软件中优化模块下的Response Surfaces优化缸体应力参数。与原设计结构相比,优化设计后使得应力减少11.7%。
  5.建立了平衡式三排轴向柱塞泵配流副平行油膜与楔形油膜泄漏量的数学模型,通过MATLAB编程计算平行油膜泄漏量与楔形油膜的泄漏量腰型槽中心角、油膜中心厚度、密封带压差、密封带半径,分析了上述参数对配流副泄漏量静态特性的影响,并以此为基础进一步探究了配流副泄漏量特性与波动周期、缸体转速、波动幅值之间的关系。
[硕士论文] 陈健康
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机是世界上最主要的散状物料运输设备之一,已广泛运用于化工、港口、物流和煤矿等领域。当带式输送机直接启动时,会对电网造成冲击,降低带式输送机使用寿命,这就要求驱动系统提供可调节的速度与转矩,本文将提出一种新型调速型装置,矿用带式输送机可控永磁涡流调速系统,与现有调速装置相比具有无法比拟的优势,将磁力耦合器运用在带式输送机上,具有结构简单、安装方便、安全可靠、绿色环保等优势,主要研究内容和特色如下:
  1.根据双盘磁力耦合器的结构,分析了双盘磁力耦合器的工作原理,基于磁路法建立双盘调速型磁力耦合器的数学模型,推导出功率损耗、输出扭矩的基本规律,并联立三相异步电机、减速器和带式输送机,建立了矿用带式输送机可控永磁涡流调速系统的数学模型。
  2.对带式输送机可控永磁涡流调速控制系统进行分析,运用Matlab Simulink建立矿用带式输送机永磁涡流系统的模型,并仿真模拟研究带式输送机以Harrison曲线启动,实验结果表明可以通过调节铜盘和永磁体盘之间的气隙实现带式输送机的软启动;同时对将磁力耦合器运用在带式输送机上的多机功率平衡过程进行理论研究和分析。
  3.建立磁力耦合器三维模型,运用Ansoft Maxwell三维有限元软件对磁力耦合器的进行仿真,探讨分析不同铜盘和永磁体盘间气隙、永磁体个数及截面面积、永磁体盘厚度和铜盘厚度在恒负载工况下对磁力耦合器输出速度的影响。
  4.在永磁涡流实验台上进行实验研究。首先对磁力耦合器在恒力矩情况下的通过气隙调节转速进行实验研究,通过气隙调节可以很好实现速度调节;接着模拟带式输送机可控永磁涡流的软启动过程,通过调节气隙实现带式输送机输出转速近似Harrison曲线启动,得到实际运行曲线;同时对磁力耦合器滑脱点进行测量,对带式输送机发生堵转进行实验,随着气隙的增加,所能带动的最大稳定扭矩减小;同时对带式输送机可控永磁涡流的恒负载启动电流进行实验研究,结果表明带式输送机运用磁力耦合器启动时,启动电流很低,对电网冲击很小,磁力耦合器自带“延时启动”;最后对带式输送机的功率平衡过程进行实验。
[硕士论文] 王方涛
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机是工业生产中一种常见的物料运输机械,被广泛地应用于经济生产的各个行业。但传统带式输送机采用托辊支撑结构,运行阻力较大,研究表明与托辊相关的阻力约占输送机主要阻力的70%,近年来出现的永磁悬浮带式输送机采用无托辊结构,具有摩擦耗能少、维修费用低、制造成本低、运行稳定、工作可靠等优势,其利用相同磁极间的磁斥力支承物料和输送带,因此其悬浮力是磁悬浮带式输送机系统的重要参数。
  本文结合相关学科相关知识,主要对永磁带式输送机的永磁悬浮装置产生的悬浮力进行研究分析,并搭建永磁悬浮带式输送机模型进行验证。首先本文以永磁悬浮系统为主要研究对象,介绍了两种计算悬浮力的方法,结合磁悬浮的理论基础,建立了永磁悬浮支撑系统的数学模型,给出了永磁悬浮支撑系统空间磁场悬浮力的计算公式;其次建立永磁悬浮装置的仿真模型,运用FEM方法,通过Maxwell软件对影响永磁体悬浮力的主要因素:永磁体体积、间隙、气隙、形状、磁化现象、漏磁等进行仿真分析,得出结论:当永磁体的体积一定时,选用长方体钕铁硼永磁体进行不规则排列,并适当调整永磁体分块数目和磁体间的间隙,平衡磁化和漏磁的影响,永磁悬浮装置所产生的悬浮力最大;根据已得出的结论,对工程实例进行优化,通过SPSS对多组实验数据线性回归分析,求出不同影响因素与悬浮力的线性关系,运用MATLAB工具优化箱,找出最优方案;搭建满足本课题的永磁带式输送机样机,验证理论研究有效性。
  本文对永磁悬浮带式输送机的永磁悬浮装置进行设计研究,并搭建出相应的试验台。该课题的研究对新型磁悬浮带式输送机的设计和开发具有一定的参考意义。
[硕士论文] 李长鹏
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:现阶段前混合磨料射流切割系统的工作压力大致在30-50MPa的压力范围内,已经难以满足实际工况的需求,为此提出建立100MPa的超高压前混合磨料射流切割装置已经势在必行。超高压前混合磨料射流的核心所在于磨料混合装置。水经泵出后,沿着胶管注入超高压前混合磨料罐中进行水与磨料的混合,形成局部流态化,水与磨料充分混合后途经喷嘴喷射而出,形成超高压前混合磨料射流。超高压前混合磨料罐作为一种压力容器,不仅要储存磨料,还要承载磨料与水混合形成局部流态化时产生的压力,为此对超高压前混合磨料罐的强度具有十分高的要求,需要对其进行合理的设计与研究,由此引出本课题。本论文对超高压前混合磨料罐的进行了理论设计和研究。主要做了以下工作:
  对纤维缠绕超高压前混合磨料罐进行了力学分析,通过网格理论设计方法分析磨料罐纤维铺层筒身段和封头段力学特性,推导出磨料罐筒身段及罐体段缠绕纤维厚度及缠绕角的计算方程,为纤维缠绕超高压前混合磨料罐的有限元建模提供理论基础。
  通过solidworks软件建立磨料罐三维模型,运用ANSYS软件的APDL参数化语言完成纤维缠绕超高压前混合磨料罐的有限元分析。因为磨料罐的几何结构、约束条件以及载荷参数等存在对称性,所以选择磨料罐的1/4模型进行有限元分析计算,得到纤维缠绕超高压前混合磨料罐在100MPa(工作压力)和120MPa(安全压力)两种工作环境下磨料罐以及纤维缠绕层的应力应变情况,并对结果进行分析研究。
  优化磨料罐上罐口结构,将上罐口由外螺纹连接结构改为内螺纹连接结构,通过solidworks建立结构模型,运用ANSYS软件对其进行有限元分析,分析结果,并与传统结构磨料罐的分析结果进行对比分析,发现优化上罐口结构的纤维缠绕超高压前混合磨料罐所受到的最大等效应力值、最大等效应变值、最大节点位移值整体上小于传统结构的纤维缠绕超高压前混合磨料罐,最终确定优化结构的超高压前混合磨料罐的内径300mm,内衬壁厚6mm,碳纤维铺层层数为18层,采用正反螺旋缠绕的缠绕方式。
[硕士论文] 刘杨
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机具有运量大、运输距离长、可连续运输等特点,被广泛应用于煤炭等领域,但输送带易跑偏,托辊与输送带之间的摩擦会使输送带磨损严重,并易使输送带过热,形成火灾和爆炸的隐患。因此,采用无托辊的支撑结构是解决上述问题的关键。永磁悬浮带式输送机是近年来出现的一种极具发展潜力的新型低阻力无辊带式输送机,要实现永磁悬浮带式输送机的稳定运行,其核心问题就是要保证磁性输送带—永磁悬浮支撑系统的平衡及稳定。
  本文以永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统稳定性问题为研究对象,介绍了永磁体空间磁场三种计算方法,在前人研究基础上,建立了永磁悬浮支撑系统的三维模型,推导出永磁悬浮支撑系统磁性输送带在正常运行、跑偏和侧倾三种情况下所受的悬浮力和侧向力公式。
  通过FEM有限元分析方法计算出磁性带各方向上的磁场力,与推导的公式进行对比,并对公式进行修正,对比了平型、槽型和V型三种输送带跑偏时所受的侧向力,找到稳定性较好的带型,通过对比下方永磁体几种不同布置形式下的受力,得到稳定性较好的方案,在此基础上提出了物理阻断防跑偏、增大拉紧力以及自动控制调偏三种防跑偏措施。
  建立了悬浮支撑系统竖向振动模型,并对该模型进行仿真,提出了几种防止系统过载的稳定措施,对悬浮支撑系统进行开发实例研究,得到改进后的方案;通过对永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统稳定性的研究,设计并搭建出满足本课题需要跑偏后能够自动回正的样机。
[硕士论文] 丁冉
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:普通带式输送机存在摩擦力大、能耗高等缺点。现有的无托辊式带式输送机,存在沿线气压损失、液体浸湿输送带、难以调节和控制等问题。针对上述问题,本文提出了一类新型的特种带式输送机:电磁吸力式磁悬浮带式输送机。该带式输送机可实现无接触支撑,稳定可控悬浮。具体研究内容如下:
  对电磁吸力式磁悬浮带式输送机输送带进行力学分析,给出了输送带稳定悬浮的必要条件,分析表明除输送方向外,该悬浮支撑结构,可限制输送带各方向位移,可实现稳定悬浮。建立单点电磁悬浮系统的数学模型,即其动力学方程与电路方程。对其支撑装置承载特性进行了分析,分析不同扰动对电磁力和稳定性的影响,得出了无控制时系统的刚度,分析表明对系统稳定性影响最大的扰动是绕y轴的转动。
  建立单点电磁悬浮系统线性化与非线性化模型,建立单点磁悬浮系统Simulink仿真模型。设计了单点磁悬浮系统的PD、改进PD和PID控制器,得到PD控制器参数的选定范围,得到不同稳定气隙下,改进PD控制器的参数。采用线性二次型最优控制指标,得到最优PID控制系统参数为:Ki=425470m.s,Kp=908432V/m,Kd=13297/m,Kc=800Ω。仿真表明上述控制器在不同悬浮气隙与负载下,都可实现系统的稳定悬浮,PD控制器存在静差,改进PD则有更快的调节速度,PID控制器的静态差较小。
  自行设计小型模拟实验台。仿真结果表明:设定稳定悬浮气隙为5mm,负载为20N,启动气隙为10mm,在300ms以内,能够在5mm的气隙处稳定悬浮。
  通过合理的电磁铁布置和电磁控制系统设计,电磁吸力式磁悬浮带式输送机可以实现无接触支撑,且输送带能够稳定的悬浮。该研究对带式输送机的发展有一定的参考意义。
[硕士论文] 姚畅
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文所关注的内容是以大批量散状颗粒物产品分拣设备的设计为研究目标,这种级别产品的分拣设备由于研发和生产成本问题的制约,一般不被人们所重视。市场上的产品分拣主要集中在大体积产品如物流快递等的分拣行业。其根源主要是很多生产散状颗粒物的企业无科研和经济实力开发分拣设备,依旧使用传统的人工分拣等方法,这严重影响了生产效率和分拣的准确率。本论文以纽扣分拣设备为研究对象,通过对该类产品的开发,使人们了解到散状颗粒物分拣相关技术,并可对该行业技术的提升具有一定的技术参考价值。围绕这一中心本论文所做的工作如下:
  基于运动学和力学的基本理论及原理,结合散状颗粒物的结构特点,利用图形识别技术,提出了该类产品的分拣原理及分拣设备的设计方法及原理,给出了具体的结构形式及相关关键的选型方法;针对大批量产品的生产特点,结合现代图形识别技术,提出了采用机器视觉的方法,总结出各类相关智能元器件的选型原则;基于机、电、气一体的原理,针对本研究对象,概述了其控制气动系统的设计方法。
  通过机械结构设计与电器、气动技术的结合,并采用机器视觉技术,设计了一台自动进行纽扣分拣的设备,设备分拣效率可达到24粒/s,大大提高了纽扣分拣效率,促进了散状颗粒物分拣行业自动化水平的提高。
[硕士论文] 高小成
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着大型钢结构体系中高强度螺栓连接的广泛应用,对高强度螺栓的设计、施工提出了更高的要求。在实际工程中,因种种原因螺栓扩孔时有发生,影响结构的安全。国内外针对扩孔的研究集中于高强度螺栓承压型连接和标准扩孔对节点耗能变形的影响,对摩擦型螺栓连接扩孔后的承载能力研究较少。本文在总结国内外已有规范和研究成果的基础上,对摩擦型高强度螺栓在抗剪连接中的承载能力性能以及不同扩孔方式对其承载能力影响进行了数值模拟计算分析。
  本文通过建立Ansys模型对在抗剪连接中的摩擦型高强度螺栓进行模拟。探究了在不同板厚、抗滑移系数、钢材强度等参数下螺栓的连接性能。计算结果显示,除规范中定义的摩擦系数及预紧力大小对承载能力的影响外,连接板的厚度对承载能力同样有较大影响。对于M30螺栓,在标准栓孔下中间板的板厚取值宜大于20mm,拼接板的板厚宜大于12mm。而钢材强度对板件承载能力的影响较小。
  通过对标准栓孔进行孔型为同心圆的扩大孔处理,探究了采用不同扩孔面积及对不同板件进行扩孔时螺栓连接构件的抗剪承载能力及预紧力松弛状况,给出了扩孔试件的折减设计方法。计算结果表明,扩孔面积越大承载能力越小,预紧力松弛越多。不同板件扩孔时,采用拼接板与中间板全部扩孔对承载力的折减最大,仅拼接板扩孔时折减次之,两者均可取0.85,仅中间板扩孔对承载能力的影响最小,可取0.9的折减。
  本文同时还研究了当采用非标准孔扩孔时,新旧栓孔之间的圆心距以及扩孔与原孔的位置关系对承载能力的影响。研究表明,开孔距离越大承载能力越小,扩孔圆心距应小于0.2倍的螺栓直径,此时折减系数在0.9以上,圆心距大于此值时,板件承载力折减较大,影响结构体系安全,因而不建议采用。同时本文定义了应力分布均匀系数这一评判指标,对新旧栓孔的位置关系对承载能力的影响进行评判。计算结果表明,开孔位置平行于荷载方向时承载能力折减较大,开孔位置垂直于荷载方向时折减较小,其余位于两者之间。
  本文的研究成果能够在一定程度上解决高强度螺栓扩孔对承载能力影响大小的问题,为设计人员提供设计依据。
[硕士论文] 徐海林
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:泥浆泵是机械工程钻探领域机械设备的重要组成部分,广泛应用于石油钻井。泥浆泵主要起到循环泥浆,冷却钻头,把岩屑传送回地面等作用。随着深井、超深井的出现,钻探深度的增加,对泥浆泵的功率、压力等性能的要求越来越高,泥浆泵不断地向着大功率、大排量的方向发展。同时,泥浆泵野外工作条件的复杂和恶劣,使得人们越来越关注泥浆泵的使用性能和使用寿命。连杆和曲轴作为泥浆泵动力端的核心组成部分,其结构参数,结构强度以及疲劳寿命很大程度上决定了泥浆泵整体的大小与轻重、承载能力和使用寿命。泥浆泵在循环载荷的反复的持续的作用下,零部件容易发生疲劳失效,而这种失效形式具有隐蔽性,直到损伤累积到一定程度发生质变,引起突发性的断裂与破坏,造成严重的后果与经济损失。为了预防事故的发生,对泥浆泵动力端的主要零部件进行动力学分析和疲劳寿命预测就显得格外重要。
  运用理论力学知识分析泥浆泵动力端曲柄连杆机构的运动规律和受力情况,并绘制成图直观地显示各个构件在一个周期内所受的作用力的变化情况和运动规律。运用有限元软件ANSYS创建泥浆泵动力端的有限元模型,对泥浆泵动力端主要结构做静力学分析,找到容易产生应力集中的部位,计算出最大应力。为了更好地还原泥浆泵动力端的真实工作状况,应该把曲柄连杆作为柔性体来看待,运用ADAMS动力学软件创建泥浆泵动力端的刚柔耦合模型,分别对连杆与曲轴进行动力学模拟仿真,分析连杆和曲轴的动应力状态。连杆曲柄承受着循环交变应力的反复作用容易产生疲劳损伤,损伤累积到一定程度会导致零件的损坏,利用MSC.fatigue软件米分析和预测连杆与曲柄的疲劳寿命,找到发生破坏前疲劳寿命最短的部位,计算出最小总应力循环次数。虽然连杆和曲轴受到的最大应力值均远远小于其各自的材料屈服强度极限,但是在循环载荷的长时间作用下仍然会发生疲劳失效,最终引起零部件突发性的断裂,带来严重的后果与经济损失。对曲轴连杆进行动力学分析及疲劳寿命预测,为连杆与曲轴的设计或改进奠定了基础。
[硕士论文] 郭靖
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:减速器回差是影响其传动精度的重要因素之一,回差的大小将直接影响到减速器整体传动性能。增大齿轮同时啮合的齿数可以对齿轮副之间的侧隙起到补偿作用,减小回差进而提高减速器的传动精度。本文提出一种行星轮并联均布齿轮传动系统,根据技术要求对其结构进行设计;通过理论计算分析了各齿轮的受力情况,校核齿轮和行星架等关键零件的强度;借助ANSYS软件对齿轮和行星架等关键零部件,进行强度和模态分析;通过理论计算,对传动系统回差进行分析;借助ADAMS软件对行星传动系统进行动力学仿真与分析。
  根据行星轮并联均布齿轮传动系统的技术要求,进行了配齿计算、传动形式分析、传动比计算、装配条件计算,确定了各个齿轮、轴、行星架、机座等主要零部件的设计参数;通过理论计算对太阳轮和行星轮分别进行接触强度和齿根弯曲强度的校核分析;设计了可以满足双排行星齿轮安装的三壁整体式行星架,通过理论计算对行星架的形变量和歪斜角进行校核分析。
  借助有限元分析的方法,对行星轮并联均布齿轮传动系统太阳轮和行星轮的接触强度及齿根弯曲强度进行的仿真分析;对三壁整体式行星架进行受力分析,将仿真结果的形变量与理论计算值进行对比分析;分别对传动系统齿轮系部分、三壁整体式行星架、输入端传动轴系以及输入轴等关键零部件进行模态分析。
  综合考虑了齿轮偏心误差和工作载荷对于行星传动系统回差的影响,通过概率统计的方法得到行星传动系统的回差公式,计算并分析传动系统回差。对行星轮并联均布齿轮传动系统不同齿轮的偏心误差与回差之间的关系,进行进一步的分析。
  通过ADAMS软件对该传动系统进行动力学仿真,并对仿真结果进行分析。通过仿真结果的对比分析,验证了行星传动系统回差理论分析部分的结论。所设计的行星轮并联均布齿轮传动系统回差较传统NGW行星传动系统,具有回差小、传动精度高、传动平稳性好等特点。
[硕士论文] 杨晴晴
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:针对传统往复泵的输出流量波动较大问题,论文设计一种盘形凹槽凸轮,其可以在不借助外部设备实现恒流量输出并且活塞运动过程中不存在加速度突变的现象,本文选取卧式三缸单作用盘形凹槽凸轮结构恒流量往复泵动力端作为研究对象。
  通过获得活塞组件速度的曲线,计算得到泵的瞬时流量曲线,进而通过调整曲线的形状,使得三缸往复泵工作时其输出流量叠加为一个恒定值。根据活塞组件的运动速度曲线推导出盘形凹槽凸轮的轮廓线方程,从而得到盘形凹槽凸轮的外形曲线。
  对盘形凹槽凸轮恒流量往复泵动力端中齿轮副和活塞组件进行设计计算并通过仿真结果对其进行校核验证设计的合理性。
  利用SOLIDWORKS软件建立往复泵的三维模型,使用ADAMS软件仿真出活塞组件的速度、加速度曲线,以及在施加载荷时盘形凹槽凸轮与活塞组件接触点的受力情况。在仿真的结果中,活塞组件的速度、加速度曲线与理论曲线基本一致;在受力仿真中,设置的活塞组件与盘形凹槽凸轮第三接触点受力最大,利用此点受力对盘形凹槽凸轮进行再次校核。
  对动力端中的盘形凹槽凸轮进行模态分析,得到各阶的固有频率,以便避开往复泵工作时的共振频率。
[硕士论文] 王军
机械工程;机械电子工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:角接触轴承的运行状况是机械部件能否正常运转、实现预定功能和达到预期寿命的关键环节。本文以应用于空间环境的角接触轴承为对象进行空间状态下轴承运行失效机理和状态的研究。由于空间在轨环境中无法获取轴承运行状态信息,亟需在地面模拟空间环境下开展轴承寿命评估试验,从大量候选滚动轴承中筛选出最优性能轴承安装到空间飞行器中。
  目前模拟空间环境下的固体润滑滚动轴承寿命状态监测手段有摩擦力矩测试和温度测试。由于摩擦力矩和温度测试所包含轴承特征信息单一,不能完整的反映轴承的运行特点,从而不能有效反映轴承性能的退化趋势,因此振动测试作为模拟空间环境下固体润滑滚动轴承的手段逐渐得以关注,在固体润滑滚动轴承的寿命表征和预测方面具有很好的潜力。
  论文针对空间滚动轴承精度失效,寿命状态难以评估的难题,以振动信号为落脚点,开展了地面模拟空间滚动轴承动力学模型的建立和失效机理的分析,总结了轴承精度失效振动信号的主要特点、分析了轴承振动信号随磨损状态的演变过程、并进行了建模,进而对比实测地面模拟真空环境下轴承的振动数据进行了分析验证,具体研究内容如下:
  1.角接触轴承载荷、转速的波动以及磨损的加剧造成了轴承的失效,论文通过角接触轴承的分析理论基础计算了轴承曲率半径的变化、接触力、接触力矩的变化等静态情况下分析了轴承磨损状态下振动信号的变化情况,可以对轴承基本的运行性能进行揭示。
  2.研究了稳态EHL状态下角接触球轴承的油膜厚度,详细讨论了钢球—滚道接触副的刚度特性和阻尼特性,并确定角接触球轴承系统的总刚度和总阻尼,得到了角接触球轴承的振动方程。
  3.在静力学分析理论基础上,论文建立了角接触轴承的动力学模型,针对钢球的接触角呈现瞬时变化的特点,分析钢球与滚道接触所产生的牵引力和相互作用力,并分析其将对轴承的运行特性造成的影响。
  4.为了实现对地面模拟真空环境下轴承的动力学特性分析,将固体润滑颗粒的性能进行了讨论,建立广义雷诺方程分析了固体润滑轴承椭圆接触区域的牵引力变化模型,实现了固体润滑空间滚动轴承接触形式的精确描述。
  5.通过角接触球轴承振动测试系统采集轴承振动信号,分析振动信号的时域特征和频域特征,并结合所建立的模型分析角接触球轴承的振动频谱,为下一步更细致的分析轴承频谱建立基础。
  文章最后对本文的工作进行了总结,并展望下一步的研究方向。
[硕士论文] 谷俊
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会的发展,各种材料制作的工件被使用在各个领域。工件在制造和使用中难免会有一些损害,如果置之不顾,极易对以后的生产生活造成安全隐患。这时对工件进行缺陷检测显得尤为重要。近些年超声检测技术发展快速,已被广泛应用在各个领域。而超声水浸检测技术是一项可以明显提高超声检测效率和检测质量的方法,超声水浸法的自动化对于实现智能化的超声检测具有一定的意义。精准控制的超声水浸检测系统可以为材料缺陷的检测和缺陷的分析提供很大的帮助。
  本论文首先对超声波无损检测技术做了详细的介绍,详细阐述了超声无损检测技术的国内外研究现状和发展趋势以及基本原理、应用范围、在缺陷检测方面的优点。并对基于超声检测的超声水浸法的概念和原理进行说明,阐述了其与一般超声检测方法所具有的优势。为下文对超声检测技术的实际运用提供理论支撑。
  首先利用手持探头的方法对自制金属杆状试件进行缺陷检测,其中介绍了探头和耦合剂的选择方式以及实验器材参数的简单说明。发现手持探头直接接触试件的方法操作不便,且在实际检测中由于环境以及试件位置不理想导致检测人员难以用手持探头的方法进行检测,而超声水浸法相对于直接接触法具有许多突出的优点,所以设计了一种用PLC控制的行走机构夹持探头代替人工的方法来对杆状金属试件利用超声水浸法进行缺陷检测。其中对于检测系统中的行走机构、PLC控制的软件系统以及数据采集系统作了详细阐述。收集到缺陷波形后再利用Born近似法对收集到的数据信息用MATLAB7.0编程进行缺陷重构。重构结果表明基本可以判断试件缺陷的形状,这对杆状工件缺陷检测的应用具有一定的实际意义。
[硕士论文] 周劲
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:舱门密封件是汽车、飞机、工程机械等装备产品的关键部件。随着科技水平的提高,用户对舱门密封件的密封性能、密封可靠性要求越来越高。舱门密封性能的好坏直接影响着机械设备的使用寿命,舱门密封性的设计一定需要高度的重视。因此舱门密封的密封件截面工艺参数的优化方法和参数的确定是密封件设计的关键。
  本文以某工程机械舱门密封件为研究对象,对密封件截面形状分析、优化从以下几个方面进行:
  1.其密封件材料硅橡胶为超弹性材料一种,其应力-应变曲线通过单轴压缩实验测得,并通过有限元法中两种常用超弹性材料本构模型验证,最终确定ogden模型计算结果与实验最为接近。
  2.对比分析了三种密封件截面形状,通过有限元法模拟三种截面形状的工作性能,比较三种截面形状工作表面的应力应变情况,确定了单爪型密封截面的优越性。
  3.分析密封件截面形状对关门作用力的影响,研究每一个工艺参数对单爪型密封件的影响程度,最终确定影响最大的四个工艺参数,对四个参数进行参数优化,根据优化结果确定了最佳的密封件截面工艺参数。
  4.分析了单爪型密封件截而工艺参数对密封件性能的影响,并基于线性回归单爪型密封件截面工艺参数尺寸的预测,对类似产品研发具有一定的指导意义。
[硕士论文] 刁鹏
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:课题来源于国家自然科学基金项目“超大功率多行星轮柔性销轴风电齿轮箱均载机理及构型研究”(51405048)。行星齿轮传动系统具有结构紧凑、传动比大、能实现运动的合成和分解和功率分流等诸多优点,被广泛应用于舰船传动、风电装备、核能装备、海洋平台等诸多国家重大装备工程领域。为适应装备的大型化发展,行星齿轮传动系统也向着大功率、重载化方向发展。同时行星齿轮结构复杂,非线性因素丰富,大功率下系统还会发生不可忽略的热变形,加剧行星齿轮传动系统的振动和啮合冲击。
  本文以大功率行星齿轮传动系统为研究对象,针对啮合冲击和振动问题,综合考虑热弹耦合和啮合错位因素,对行星齿轮传动系统进行修形设计,通过热弹耦合接触分析、齿廓偏差下的啮合刚度和传递误差分析、行星齿轮系统动态特性分析、响应面模型分析,得到热弹耦合下修形参数对行星齿轮系统动态特性的影响规律,并通过优化设计得到最佳的修形参数组合。
  论文主要研究内容如下:
  1)综合行星齿轮系统传动原理、结构参数、轮齿修形原理和齿面温度场分析理论,建立行星齿轮系统热弹耦合分析模型。选取合理的修形设计参数,对行星齿轮系统进行热弹耦合接触分析,分析系统齿面载荷分布,判断啮合冲击情况,分析齿面温度场分布;研究热弹耦合下的齿廓和齿向修形参数对系统内外啮合副齿面载荷分布和齿面温度场的影响。
  2)推导温度场引起的热变形、齿廓修形、齿向修形和齿轮轴不平行造成的齿廓偏差分布;建立含齿廓偏差的直齿轮啮合刚度和传递误差分析模型;分析热弹因素对啮合刚度和传递误差的影响,研究热弹耦合下齿廓和齿向修形参数对内外啮合副啮合刚度和传递误差的影响。
  3)建立行星齿轮系统动力学分析模型,以啮合刚度和传递误差作为系统激励,分析热弹因素对系统动态特性的影响,研究热弹耦合下的齿廓和齿向修形参数对行星齿轮系统动态特性的影响。
  4)把响应面法引入行星齿轮系统动态特性优化分析中,根据热弹耦合下的动态特性分析结果,选取合适目标函数、设计变量和响应面参数,建立基于响应面法的行星齿轮动态特性优化模型,确定优化目标并获得最优的修形参数组合。
[硕士论文] 杨望
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:课题来源于国家自然科学基金项目“超大功率多行星轮柔性销轴风电齿轮箱均载机理及构型研究”(51405048)。行星传动系统具有结构紧凑、质量小、承载能力强、能量密度高、传动效率高、传动比大、抗冲击振动能力强等诸多优势。作为传动重要部件的行星齿轮系统向着兆瓦级的大功率方向逐渐发展,行星齿轮所承受的载荷也随之不断增大。载荷在行星齿轮系统中是否均匀分配将直接影响行星齿轮系统的工作稳定性和工作寿命。因此研究不同影响因素作用下行星齿轮系统均载性能变化情况具有重要理论意义和工程实用价值。
  论文基于齿轮啮合原理、轮齿接触分析、摩擦学、传热学、系统非线性动力学等理论,使用理论分析、有限元等方式,对行星齿轮系统运行过程中,诸如系统中位置误差大小、系统支撑刚度、输入载荷大小、系统构件变形情况等影响因素对系统均载性能造成影响进行理论分析并进行试验验证。
  论文主要研究内容如下:
  1考虑行星齿轮系统中存在的摩擦和热影响,确定系统中啮合相位、摩擦力矩、啮合刚度对系统的影响方式,并建立考虑以上影响因素的系统动力学分析模型。进一步,对动力学模型求解方法进行研究。
  2基于模型对行星齿轮传动系统进行参数识别,提取系统中由摩擦产生的齿面热流量和热,得到齿面热分布规律;研究齿轮热变形对齿轮啮合刚度的影响,提取齿轮受热变形后齿面啮合刚度。
  3对柔性部件作用下的行星齿轮系统进行均载性能分析。分析存在柔性支撑的行星齿轮传动系统中误差、浮动部件支撑刚度、外载荷、热变形等影响因素对系统均载性能的影响,得到系统均载性能随不同系统参数和运行参数影响的变化趋势;研究系统均载对不同浮动支撑形式的灵敏度,基于均载性能对系统进行参数匹配;对比相同系统参数和运行参数下系统存在不同个数行星轮时行星齿轮传动系统均载性能,得到系统均载情况随行星轮个数变化趋势。
  4对行星齿轮系统均载性能进行试验测试。在所搭建的兆瓦级齿轮箱试验台上研究柔性支撑行星齿轮系统存在误差影响情况下,运行参数的改变对系统均载性能的影响,验证理论分析的正确性。
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