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空间热泵气体静压止推轴承静动态性能研究

载人航天 2022年第5期28卷 653-659页

作者：容诚钧李育隆连华奇北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对应用于空间热泵压缩机的氟利昂气体静压止推轴承的设计,采用动网格仿真方法对R134a气体静压止推轴承的静态和动态性能进行研究,通过实验对单孔进气止推轴承动网格仿真结果进行对比,验证了动网格仿真方法的有效性。结果表明:减小气... 详细信息

针对应用于空间热泵压缩机的氟利昂气体静压止推轴承的设计,采用动网格仿真方法对R134a气体静压止推轴承的静态和动态性能进行研究,通过实验对单孔进气止推轴承动网格仿真结果进行对比,验证了动网格仿真方法的有效性。结果表明:减小气膜厚度和增大供气压力可有效增大止推轴承的承载力,在气膜厚度较小时,通过减小气膜厚度所带来的承载力增幅很小;止推轴承的静态刚度随着供气压力增大而增大,存在一个最佳的气膜厚度使静态刚度达到最大值;随着外界激励频率的增大,止推轴承的动态刚度增大,阻尼系数减小,最后趋近于0;在相同的激励频率下,动态刚度和阻尼系数随着气膜厚度的增大而减小。

关键词：热泵 R134a气体静压止推轴承静动态性能刚度阻尼系数

钢纤维树脂混凝土填充结构机床构件静动态性能研究

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制造技术与机床 2011年第4期 66-68,71页

作者：徐平盖巍巍于英华辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

为研究钢纤维树脂混凝土填充结构机床构件的性能,对钢纤维树脂混凝土结构、铸铁结构和钢纤维树脂混凝土填充结构进行了静力、模态和谐响应分析,通过对3种结构的动静态性能分析结果对比研究,最终验证了钢纤维树脂混凝土填充结构机床构件... 详细信息

为研究钢纤维树脂混凝土填充结构机床构件的性能,对钢纤维树脂混凝土结构、铸铁结构和钢纤维树脂混凝土填充结构进行了静力、模态和谐响应分析,通过对3种结构的动静态性能分析结果对比研究,最终验证了钢纤维树脂混凝土填充结构机床构件在动静态性能方面的优越性及其在机床产业中的应用前景。

关键词：钢纤维树脂混凝土填充结构机床构件静动态性能

基于ANSYS Workbench的高速电主轴静动态性能分析

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组合机床与自动化加工技术 2012年第12期 49-52页

作者：文怀兴崔康陕西科技大学机电工程学院西安710021

以高速加工中心电主轴为研究对象,建立了电主轴系统三维有限元模型,采用弹性支承模拟了轴承的支承,利用新一代的有限元分析软件ANSYS Workbench对电主轴进行了静力学分析和模态分析。分析结果表明:电主轴的静刚度能够满足要求;电主轴的... 详细信息

以高速加工中心电主轴为研究对象,建立了电主轴系统三维有限元模型,采用弹性支承模拟了轴承的支承,利用新一代的有限元分析软件ANSYS Workbench对电主轴进行了静力学分析和模态分析。分析结果表明:电主轴的静刚度能够满足要求;电主轴的最高工作转速远远低于其一阶临界转速,能有效避免共振的发生。从而验证了该电主轴设计的合理性,也为电主轴的优化设计以及力热耦合特性分析奠定了基础。

关键词：电主轴有限元分析 ANSYS Workbench 静动态性能

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平面静压气体轴承静动态性能研究

平面静压气体轴承静动态性能研究

作者：向洋华中科技大学

学位级别：硕士

静压气体轴承以其固有的无摩擦、高速高精度等优异性能而被广泛应用于超精密和超高速运动设备中的运动导向部件。但气体轴承因刚度低、阻尼小，以及稳定性较差等缺点限制了其应用。为了在提高轴承的承载力和刚度的同时实现更高的精度和... 详细信息

静压气体轴承以其固有的无摩擦、高速高精度等优异性能而被广泛应用于超精密和超高速运动设备中的运动导向部件。但气体轴承因刚度低、阻尼小，以及稳定性较差等缺点限制了其应用。为了在提高轴承的承载力和刚度的同时实现更高的精度和稳定性，国内外学者国内外学者们进行了广泛深入的研究。目前对静压气体轴承静动态性能的研究主要针对固有节流轴承和小孔节流轴承，而对沿圆周离散分布压力腔的小孔节流静压气体轴承静动态特性及稳定性的研究工作，尚未见诸报道。因此，本文主要针对圆形平面静压气体轴承静动态性能的数值计算方法及轴承参数对其静动态性能的影响规律进行了研究。本文首先建立了供气系统到节流孔之间的一元可压缩等熵流动模型并推导了描述气膜内压力分布的雷诺润滑方程，基于质量流量守恒原理并采用超松弛迭代数值算法求解了气膜内压力分布，进而计算了静承载力和静刚度等静态性能参数，分析了几何参数和工艺参数对其的影响规律。在气体轴承的静态性能分析基础上，利用摄动法并结合稳态雷诺方程，建立了气膜润滑的动态雷诺方程，推导出了圆形平面静压气体轴承的动态刚度系数和动态阻尼系数的计算方法。通过有限差分法进行数值计算得到了气膜压力动态分布，考察了气膜间隙、供气压力及扰动频率对轴承的动态性能的影响，并研究了各因素对气体轴承的稳定性影响规律。对平面静压气体轴承进行了实验测试，对比分析了实验数据和数值计算结果，验证了所建立数学模型和数值计算方法的准确性和采用该模型和计算方法进行动态性能研究的合理性。

关键词：静压气体轴承静动态性能摄动法有限差分法小孔节流

弹性薄板空气静压止推轴承静动态性能实验研究

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弹性薄板空气静压止推轴承静动态性能实验研究

作者：陈登弟西安工业大学

学位级别：硕士

空气静压轴承是一种以高压空气作为工作介质的运动部件,其能实现高精度、低摩擦的运动,所以在一些需要高精度运动的加工设备及测量仪器中得到了广泛运用;在这些精密设备中,外部的振动以及自身的振动是影响设备运动精度的主要因素,而空... 详细信息

空气静压轴承是一种以高压空气作为工作介质的运动部件,其能实现高精度、低摩擦的运动,所以在一些需要高精度运动的加工设备及测量仪器中得到了广泛运用;在这些精密设备中,外部的振动以及自身的振动是影响设备运动精度的主要因素,而空气静压轴承是这些精密设备中承受运动载荷的主要零部件,更需要研究其在振动状态下的工作情况。因此为了研究空气静压轴承的实际运行特性,本文以一种新型的空气静压轴承为对象,通过实验的方式研究空气静压轴承的实际工作特性。为了通过实验的方式研究轴承的静动态性能,首先,本文对于国内外的空气静压轴承性能的理论及实验研究现状进行了总结;基于现有的研究成果,提出了轴承静态测试及动态测试的原理方案,并对测试方案进行了选择;在静态性能测试中以气缸加载方式施加静态载荷,测量轴承的静态承载性能及刚度;在动态测试中以激振器作为振源,并测量轴承在振动状态下的气膜间隙变化及动态载荷变化。其次,基于上述测试方案,设计了一种可以测试空气静压轴承静态性能及动态性能的测试实验台,并对此实验台的机械系统和测试控制系统进行了安装调试;为了验证实验台的可靠性,开展了初步的测试实验。测试结果表明,设计的实验台能满足测试实验的要求。为了完善弹性薄板空气静压止推轴承的制造工艺;本文采用真空钎焊的方法对轴承铝合金本体及不锈钢薄板开展了焊接实验,对于焊接的相关参数进行了选择,并开展了焊接工艺实验。其次,由于弹性薄板轴承表面存在弹性均压槽,利用旋转研磨装置及平面研磨机采用通气研磨的方式加工轴承支承表面,并测量了承载表面的平面度。结果表明:承载面的平面度符合实验测试的要求。基于搭建完成的实验台,以弹性薄板空气静压止推轴承为实验对象;在静态性能实验方面,给出了实验测试方法,对相同结构参数的刚性均压槽空气静压轴承和弹性薄板空气静压轴承进行了静态承载实验对比。结果表明:弹性薄板空气静压轴承的承载力虽然不及刚性均压槽轴承,但在一定的气膜间隙内,弹性薄板空气静压轴承的刚度大于传统的刚性均压槽轴承。在动态性能实验方面,以正弦激振作为外部激振源,通过测试系统采集实验数据,通过实验测试了轴承在不同频率外部振动下的运行情况;并利用最小二乘法,对测试系统采集的数据进行了分析,求解出了空气静压轴承的动特性系数。结果表明:在动态负载幅值相同的前提下,随着外部动态负载的频率的增加,轴承的动态刚度呈逐渐增加的趋势、轴承的阻尼系数呈逐渐减小的趋势;其次,测试了轴承在不同工况下的动特性。

关键词：弹性薄板空气静压止推轴承静动态性能实验研究

大型泡生法蓝宝石晶体炉静动态性能分析及优化

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大型泡生法蓝宝石晶体炉静动态性能分析及优化

作者：李鑫西安理工大学

学位级别：硕士

蓝宝石晶体的机械、化学和光学等方面的性能突出,在航空航天、军用装备、LED照明等领域有非常多的应用。近些年来随着蓝宝石晶体市场需求快速扩大,对于晶体尺寸和晶体质量的要求也越来越高,如何提高现有晶体生长设备的性能以满足使用需... 详细信息

蓝宝石晶体的机械、化学和光学等方面的性能突出,在航空航天、军用装备、LED照明等领域有非常多的应用。近些年来随着蓝宝石晶体市场需求快速扩大,对于晶体尺寸和晶体质量的要求也越来越高,如何提高现有晶体生长设备的性能以满足使用需求成为了一个亟待解决的问题。蓝宝石晶体生长过程中的振动会造成纹路、散射颗粒、位错等多种晶体缺陷,因此蓝宝石晶体炉在运行过程中的稳定性对于晶体炉的性能有着非常重要的影响,本文就针对晶体炉在运行过程中的振动问题,以西安蓝晶机械有限公司生产的LJ-P200型号的泡生法蓝宝石晶体炉为研究对象,着力于提高设备的静动态性能,具体进行了以下几个方面的研究:(1)对生长蓝宝石晶体过程中出现过的晶体缺陷进行了总结和原因分析;针对晶体炉运行过程中产生的振动进行了原因调查与分析,并提出了解决各种振动的措施。(2)介绍了 LJ-P200型号泡生法蓝宝石晶体炉的组成部件及其各部分功能,并使用Solidworks三维建模平台进行了晶体炉整机建模,在ANSYS Workbench中完成了整机有限元模型的建立。(3)基于结构静力学分析理论,对晶体炉的重要承载部件底座和提拉系统分别进行了引晶和长晶结束两种工况下的静力学仿真分析,得到了提拉系统和底座在两种工况下的静力变形情况和等效应力分布情况,这些仿真分析的结果为后续晶体炉系统中薄弱环节的识别提供了一定的参考。(4)基于动力学分析理论,对晶体炉整机进行了模态分析,获得了整机前六阶的固有频率和模态振型,在此基础上,再对晶体炉整机进行了在前、左、右三个方向的简谐力作用下的谐响应分析。综合两方面的分析结果,确定了晶体炉整机中需要进行优化的部分。(5)基于优化设计理论,使用ANSYS Workbench中的结构优化模块对晶体炉提拉系统进行了多目标尺寸优化,确定了最优尺寸方案,达到了在降低静力变形的前提下,提高整机前两阶固有频率的目的,避免出现共振的问题。

关键词：蓝宝石晶体炉共振静动态性能结构优化

离心力驱动液压膨胀式高速刀柄的静动态性能分析

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离心力驱动液压膨胀式高速刀柄的静动态性能分析

作者：任权国燕山大学

学位级别：硕士

刀柄作为工具系统的核心,对保证刀具在机床中的准确定位、确保加工质量具有重要作用。伴随高速加工技术的快速发展,HSK高速刀柄得到了广泛应用。在更高转速下受离心力的影响,HSK刀柄与主轴锥孔出现膨胀间隙导致刀柄的定位夹紧失效,故限... 详细信息

刀柄作为工具系统的核心,对保证刀具在机床中的准确定位、确保加工质量具有重要作用。伴随高速加工技术的快速发展,HSK高速刀柄得到了广泛应用。在更高转速下受离心力的影响,HSK刀柄与主轴锥孔出现膨胀间隙导致刀柄的定位夹紧失效,故限制了工具系统极限转速的进一步提高。针对此问题,设计了离心力驱动液压膨胀式高速刀柄,分析了其主要性能参数,为刀柄的实际应用提供依据。本文结合理论计算和数值分析对新型高速刀柄的静动态性能进行深入研究,研究内容具体如下:(1)通过数值分析得到新型工具系统接口上的接触压力随主轴转速提高的分布规律,确定了极限转速。建立了新型工具系统的刚度模型,通过理论计算得到了接口刚度和许用弯矩,并与数值分析结果相互验证。(2)针对新型高速刀柄潜在的不平衡情况,计算出了极限转速下的最大不平衡量,确定了动平衡精度等级。以不平衡量引起的惯性离心力为激励建立了刀柄的振动力学模型,通过求解系统的运动微分方程得到刀柄轴线的动挠度,分析了刀柄的振动规律并讨论了减振的措施。(3)研究了新型高速刀柄的液固(补偿系统液压油与刀柄体)耦合模态和谐响应,提取了刀柄前六阶模态和简谐载荷作用下活塞-弹簧及刀柄体的幅频响应曲线,并与无液压油作用刀柄和HSK-A63的模态和谐响应进行了对比,分析了液压油对新型高速刀柄动态性能的影响。

关键词：高速刀柄工具系统静动态性能液固耦合 FEM

M7130矩台磨床的静动态性能分析及结构改进

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M7130矩台磨床的静动态性能分析及结构改进

作者：韩鹏太原理工大学

学位级别：硕士

磨床作为一种重要的机加工设备,广泛应用于加工尺寸精度和表面质量要求较高的机械零件。而实现高速高精的加工要求需要磨床具有良好的静动态特性。因此,采用基于虚拟样机技术和有限元法相结合的设计方法来分析磨床关键部件和整机的静动... 详细信息

磨床作为一种重要的机加工设备,广泛应用于加工尺寸精度和表面质量要求较高的机械零件。而实现高速高精的加工要求需要磨床具有良好的静动态特性。因此,采用基于虚拟样机技术和有限元法相结合的设计方法来分析磨床关键部件和整机的静动态特性和进行结构改进已成为现代磨床设计的重要手段。本文分析总结了国内外机床静动特性分析和结构改进设计技术研究进展情况,结合结构静动力学原理,以M7130平面磨床作为研究对象,利用ANSYS软件分析平面磨床的静动态特性,并对关键部件进行了结构改进研究。本文首先运用三维建模软件Pro/E建立了磨床结构简化实体模型,并利用软件接口导入ANSYS中建立了磨床关键部件及整机的有限元模型。利用有限元法对磨床关键部件进行了静力学分析和模态分析,得到磨床各部件的位移云图、应力分布云图、固有频率和振型。在此基础上,分别利用参数讨论法、元结构分解法和灵敏度分析法对磨床床身、立柱和磨头进行单件结构改进,在降低部件总质量的同时提高该部件的低阶固有频率。最后在对结合面进行简化的基础上,对原磨床与改进后的磨床整机进行静动态性能指标的比较。新方案较原方案相比,不仅减轻了重量,还有效提高整机的静动态性能,取得了很好的效果。本文对平面磨床的静动态特性分析和结构改进技术的研究应用可为实际工程设计提供有效的参考。

关键词：磨床有限元法静动态性能模态分析结构改进

面向数控车床床身静动态性能的近似模型及多目标优化研究

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面向数控车床床身静动态性能的近似模型及多目标优化研究

作者：洪后紧江苏大学

学位级别：硕士

床身作为车床的关键承载部件,其静动态性能直接影响着车床对工件的加工质量。随着车床转速与加工精度的提高,对床身各方面性能均提出了更高的要求。研究表明,优化床身结构及其参数是改善车床整机性能的有效途径之一。鉴于此,本文以某企... 详细信息

床身作为车床的关键承载部件,其静动态性能直接影响着车床对工件的加工质量。随着车床转速与加工精度的提高,对床身各方面性能均提出了更高的要求。研究表明,优化床身结构及其参数是改善车床整机性能的有效途径之一。鉴于此,本文以某企业数控卧式车床为对象,开展了面向床身静动态性能的研究工作。具体研究内容如下:首先,分析了数控车床床身结构特点;探讨了床身载荷的分布情况,建立了床身力学模型;借助ANSYS软件,进行了床身的静力学和模态分析,提取了床身性能参数,找出了床身结构的薄弱部位。其次,总结了床身静动态性能改进方法,并对床身薄弱部位进行改进。结果表明:改进后的床身静态变形减少了15.24%,一阶模态频率提高了3.43%,质量却增加了99.3Kg,即床身仍具有优化空间,需对其进行二次优化;针对改进后的床身,初步选定17个结构参数作为待优化变量;基于Morris的灵敏度分析结果筛选出了13对床身各性能指标影响较大的参数;借助最优拉丁超立方设计方法获取了样本信息。再次,分析了5种常用的近似模型参数选择方法、精度影响因素,及其在MATLAB中的构建方法,并提出将交叉验证、循环结构以及遗传算法用于模型参数的优化当中,提高了模型的泛化能力;将各种近似模型用于表达床身结构参数与性能指标之间的非线性关系,并对模型的预测精度进行对比分析。结果表明:床身质量、静态总变形、一阶模态频率分别选用二阶多项式响应面模型、回归项为一次多项式型的Kriging模型、回归项为常数型的Kriging模型精度最高。最后,为实现兼顾床身静动态性能的轻量化设计,提出了一种以质量、静态总变形和一阶模态频率为目标的优化设计方法。基于近似模型技术建立了床身多目标优化数学模型,运用基于NSGA-II的gamultiobj函数进行优化求解,得到了Pareto最优解集,并利用TOPSIS方法从中挑选出一组最佳设计方案。将床身优化结果进行前后对比分析,结果表明:优化后的床身3个性能指标均得到了改善。综上所述,本文提出将近似模型与智能算法相结合的床身结构参数多目标优化方法,达到了指导床身设计与优化的目的。

关键词：数控车床近似模型多目标优化遗传算法静动态性能