为获得渐开线齿轮啮合传动时轮齿碰撞力的变化规律,提出基于动力学仿真的渐开线轮齿碰撞力计算方法。建立一对渐开线齿轮啮合传动的动力学模型,给出基于Hertz接触理论的齿轮啮合传动时轮齿碰撞力的计算方法。对齿轮啮合传动时的轮齿碰撞力、x向碰撞力和y向碰撞力的变化规律及其频谱特征进行仿真研究。仿真结果表明齿轮啮合传动时碰撞力的幅值波动显著,轮齿从啮入到啮出,碰撞力从0 kN增加到最大碰撞力后又减小至0 kN,具有明显的周期性;碰撞力频谱中会出现齿轮啮合频率的1倍频和2倍频;x向碰撞力和y向碰撞力幅值波动显著,具有相同的频谱特征,相位相差约90°;频谱中出现齿轮的旋转频率和啮合频率,存在明显的调制现象,其中载波为齿轮的啮合频率,调制波为齿轮的旋转频率。

为分析射流管伺服阀的前置级能量转换特性,基于动量守恒和能量守恒定理,建立射流管伺服阀前置级数学模型,并对高温下射流管伺服阀流量特性与前置级结构参数之间的关系进行分析;分别对2种不同型号的射流管伺服阀进行试验研究,得到常温下射流放大器的恢复压力特性以及2种型号伺服阀在30℃和150℃下的小信号空载流量特性。研究结果表明:高温下油液黏度降低导致射流速度增大,恢复压力增加,空载流量变大;前置级结构参数会影响高温下射流碰撞面积的变化幅度,进而影响恢复压力和空载流量。当射流孔与接收孔直径之比在0.69附近时,高温下射流碰撞面积的变化幅度最大,碰撞损失的动量增加,此时空载流量的变化最小。在相同温差下,若空载流量的变化幅度未达到最大,则射流喷嘴的自由射流距离会影响射流碰撞面积的变化,进而影响空载流量的变化。2...

通过建立包含夹杂物的二维金属板超声测量数值分析模型,研究超声信号随夹杂物的深度、厚度和类型等属性特征的变化规律,并通过超声显微镜和扫描电镜实验验证模型的有效性。研究结果表明纵波声速随夹杂物厚度的增加呈线性递增,含有Al2O3夹杂物的声速最大且增速最快,含有MnS夹杂物的声速最小且增速最慢,纵波声速可以作为判定内部是否存在夹杂物的参量;不同超声参量随入射波长的变化关系曲线,可用于判定夹杂物的厚度;当夹杂物深度位于钢板厚度的中间时,衰减系数最大,且含有MnS夹杂物引起的声波幅值衰减最严重,含有TiN夹杂物的声波幅值衰减最小。

为了探讨离合器摩擦副材料在高温下的摩擦磨损机制,采用30CrSiMoVM钢作为与铜基粉末冶金摩擦片配对使用的对偶钢片,在MMU-10G高温端面摩擦磨损试验机上,研究30CrSiMoVM钢和摩擦片组成的摩擦副在室温到600℃之间的摩擦磨损性能。研究结果表明：随着温度升高,材料的强度逐渐降低,摩擦界面氧化膜不断形成与脱落,使摩擦副摩擦因数和磨损量总体趋势逐渐增大。在温度为300-500℃时,摩擦副摩擦因数和磨损量均平稳增大,表明摩擦副材料在此温度段摩擦磨损性能较稳定,磨损机制表现为磨粒磨损、氧化磨损和疲劳磨损;在600℃时,摩擦副材料表层软化,摩擦片摩擦因数和磨损量急剧增大,对偶钢片因表层黏着磨损严重,相对磨损量较小,磨损机制表现为黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损。

针对扬矿电泵高扬程、粗颗粒过流及轴向流等问题,以深海采矿多级输送电泵整体设计为研究对象,通过对比国内外优秀的深海采矿泵模型,提出高扬程粗颗粒多级输送电泵的设计方法,并进行四级扬矿电泵设计。分析并计算多级输送电泵所受的外载荷、轴向力和螺栓承受的拉力,利用有限元分析软件对泵体的强度和刚度进行计算,最后对两级扬矿电泵的工作特性进行实验研究。研究结果表明：当设计流量为432 m3/h时,两级电泵的扬程为82 m;当结核浆体体积分数为0~10%时,泵的功率-流量曲线变化平缓,泵的颗粒过流能力强,泵的各部件均满足强度和刚度的要求,验证了多级输送电泵设计方法的有效性。

基于改进的运动学法,利用啮合不变矩阵建立公切线双圆弧柔轮齿廓弧长参数方程和理论啮合方程,可求得理论共轭啮合区以及刚轮齿廓参数。综合考虑真实表面粗糙度、载荷、轮齿几何接触、卷吸速度等,建立双圆弧齿廓谐波减速器柔轮与刚轮在共轭啮合区域的混合润滑数学模型。分析啮合区域不同齿廓参数对于谐波传动装置润滑性能的影响。研究结果表明在设计柔轮齿廓的时候,合理增加凸圆弧齿廓的半径有利于改善接触区域润滑状态。在工况不变的情况下特别是在中高速的工况下,加大柔轮凸圆弧齿廓半径可以增加接触区油膜厚度,增大膜厚比,且改善的效果随着转速的增加而增大,但当凸齿廓半径增大到很接近凹齿廓半径时,继续增加几乎不改善润滑条件。

针对气力式油雾器，设计气力式油雾器雾化性能测试系统。通过测量油雾器产生的油雾质量浓度，研究其在不同进出口压差、进口压力、油膜厚度以及油温条件下的雾化性能。研究结果表明：增大进出口压差可以显著提高气力式油雾器的油雾质量浓度和流量；在进出口压差一定时，进口压力升高会导致油雾质量浓度降低；油箱内油膜厚度亦会影响油液雾化效果，随着油膜厚度的减小，气流阻力减小，油雾质量浓度增大；在进出口压差和进口压力不变时，升高油温能够降低油液的黏度，有利于油液雾化。

采用LS-DYNA软件建立玻璃纤维增强热塑性复合材料(GFRTP)的自冲铆接(SPR)有限元模型,对SPR过程进行数值模拟和实验验证。通过比较应力分布、钉腿张开度及接头强度,分析底座几何形状及铆钉材料对GFRTP工件SPR过程及接头强度的影响。研究结果表明与金属SPR接头钉腿被下工件完全包裹而形成自锁结构不同,GFRTP工件SPR接头的形成机理是钉腿穿透下工件而向外翻卷,与钉头一起形成机械锁。连接条件对GFRTP工件SPR性能有显著影响。在一定范围内,增大底座凸台倾角有助于提高SPR的自锁性能;增加铆钉材料强度,可有效提升SPR接头的强度。

针对现有金属件增材制造技术存在成本高、效率低的问题,提出一种低熔点金属熔融三维直写技术,并适用于汽车、机床等行业中试制金属模具及零部件的小批量、多品种、高效率、直接增材制造。首先介绍金属熔融三维直写技术原理,然后分析直写喷头的结构以及使用过程中的温度分布情况。最后采用有限元模拟和工艺试验相结合的方法,对薄壁金属件的三维直写过程进行研究。研究结果表明金属熔融三维直写喷头使用过程中的温度沿高度呈抛物线分布,且喷头能较好地实现连续导丝和高效熔丝的功能;金属熔融三维直写过程中温度场分布极不均匀,且随着成形高度增加,高温热影响区持续扩大,散热路径加长;在直写过程中,成形件上节点处的循环性温度变化可使得相邻两层间在该节点处实现层间重熔;采用金属熔融三维直写工艺可以实现薄壁金属件的增材制...

针对复杂结构优化设计中常出现的低效率、低精度问题,提出支持向量回归机(SVR)响应面与进化多目标优化算法相耦合的优化系统。基于结构风险最小化推导SVR响应面建立原理,采用具有异点预测值可对比特色的正交旋转组合设计作为样本点选取法,以获得最优试验区。基于NSGA-Ⅱ范式原理建立区间偏好进化优化算法并构建优化系统框架。以45t门机主梁为研究对象,指定5个几何参数为设计变量,对最大位移、应力进行约束,以轻量化及首阶固有频率为双目标,利用所构建的优化系统进行优化求解。研究结果表明主梁总质量减少15.9%,首阶固有频率减少9.2%。通过不同响应面模型的效果对比、灵敏度分析及优化方案检验,验证出优化系统的高效可行性。