以TBT-ML500深孔钻床主轴箱为研究对象,考虑随机因素的影响,通过基于变密度法的可靠性拓扑优化设计方法,进行了考虑可靠性和稳定性要求的结构轻量化设计。在传统拓扑优化的基础上增加概率约束,建立了应力和位移约束下的可靠性拓扑优化模型;以可靠性指标为约束条件,使用一阶可靠性法和Roenblatt逆变换将可靠性拓扑优化问题解耦为可靠性分析和确定性拓扑优化,最后进行变密度拓扑优化。算例分析结果表明:此方法在实现轻量化的同时更好地满足了实际应用中的安全要求,同时为深孔钻床其他基础件的可靠性拓扑优化提供了参考。

研究深孔钻杆系统中非线性流体力的分布特性。采用有限差分法求解非线性流体力控制方程，分析偏心率、长径比、涡动速度和振动速度对非线性流体力分布的影响。研究结果表明：非线性流体力随着偏心率的增大而增大，而随着长径比的增大变化不明显，尤其是对于大的长径比：随着正向涡动速度的增大，收敛区的非线性体力而增大，发散区的非线性流体力减小，而反向涡动速度对非线性体力的影响规律恰好相反：非线性流体力随着正向振动速度的增大而增大，随反向振动速度的增大而减小，此外，在最小间隙处的压力因振动速度的改变而出现极值。从而导致收敛区和发散区压力分布的反对称特性消失。

齿轮的参数化修形设计可以快速、有效地改善轮齿啮合性能。在UG中建立全参数化的直齿圆柱齿轮模型,针对某一工况进行参数化的齿廓与螺旋线联合修形,在Hypermesh和Workbench中对其进行有限元仿真,获得不同修形情况的齿轮啮合特性。对比仿真结果可知,针对同一工况,选择合适的修形方式、修形参数值可以明显改善啮合效果。同时,通过齿轮台架试验,对比修形前后的齿轮振动数据,发现经过修形的齿轮振动特性明显优于未修形齿轮。结合仿真与试验结果分析可得,螺旋线鼓形修形对于齿面偏载有较好的改善效果;齿廓修形能明显改善轮齿间的载荷分配;综合齿廓与螺旋线修形可以快速得到最佳修形方式及修形量,缩短研发周期。研究为实际工程提供了重要理论参考。

文中建立了单刃刚性镗铰刀的数学模型,分析了单刃刚性镗铰刀铰削加工中自激振动的产生机理,研究了导向块与孔壁间的摩擦特性对自激振动的影响,为抑制自激振动提供依据。