为了研究齿轮副在实际工况下的啮合效率,对齿轮副接触面进行受力和运动学分析,结合弹流润滑理论对齿轮副的润滑状态进行判断,建立了在弹流润滑和混合润滑状态下的动态摩擦因数数学模型,得到齿轮副沿啮合线不同啮合位置的摩擦因数;从受力的角度出发,推导出齿轮副啮合效率计算式,引入动态滑动摩擦因数,得到符合实际工况的齿轮副啮合效率;结合Matlab仿真分析软件,分析了传动比和小齿轮齿数对滑动摩擦因数及齿轮副啮合效率的影响。结果表明,基于动态滑动摩擦因数的齿轮副啮合效率计算方法与实际工况具有良好的一致性,对齿轮传动设计具有一定的指导意义。

为研究圆柱滚子轴承摩擦生热特性,构建了一种考虑了主轴-轴承装配过盈量、离心力以及配合表面粗糙度的拟静力学分析模型。应用局部法计算得到轴承各部件间的摩擦生热量,通过实例分析了不同工况条件以及润滑参数对摩擦生热的影响。结果表明,轴承转速及外载荷对摩擦生热量有较大影响,转速越高,摩擦生热量增长越明显;润滑油动力黏度或油气比例系数的增大,均使得轴承摩擦生热量出现增长的趋势。

圆柱滚子轴承的刚度特性会对机床动态性能产生较大影响。在双列圆柱滚子轴承力学分析的基础上,综合赫兹接触与润滑油膜对轴承刚度的影响,分析了不同工况以及润滑参数下的轴承刚度变化特性。分析结果表明,弹流润滑产生的润滑油膜会使轴承综合刚度下降;随着外载荷的增大,赫兹刚度与油膜刚度均有所提升,轴承综合刚度提高;提升轴承预紧量有利于提高轴承综合刚度;随着转速的提升,轴承综合刚度呈下降趋势;润滑油动力黏度以及黏压系数的增大均使得轴承综合刚度下降。

为了解决盾构机推进系统运动学建模及正解求解困难等问题,采用简化等效模型法,构建了盾构机推进系统简化模型,将n-SPS的盾构并联推进系统简化为4-SPS的等效并联推进机构,并构建其运动学模型。根据建立的等效机构运动学模型,采用神经网络-牛顿混合算法求解盾构掘进位姿;利用神经网络的解域搜索功能,对初值进行预测并把预测结果代入牛顿迭代法进行计算求解,分析比较了单一神经网络预测值与BP神经网络-牛顿迭代混合算法计算结果的优劣性。研究发现,盾构机推进系统等效模型的建立可以大大简化运动学建模复杂度,而且利用混合算法求解运动学正解的求解精度更高,可以提高盾构机掘进位姿控制精度,从而提高掘进隧洞质量。

为了更加精确快速地求解盾构机在掘进过程中的姿态变化,采用基于空间齐次变换矩阵元素的位姿正解求解方法建立盾构机位姿正解解算模型,并利用牛顿拉夫逊算法对得到的以齐次变换矩阵元素为未知量的非线性方程组进行逐次迭代求解,得到齐次变换矩阵各元素数值解;然后,根据齐次变换矩阵各元素与位姿映射关系求解对应位姿。并根据各个液压缸杆长约束条件建立位姿反解数学模型,在Matlab中对位姿正反解进行求解,并分析比较正反解结果的吻合度。结果表明,其误差在0.018%左右,在误差允许范围内,证明了所建立的盾构掘进位姿正反解数学模型的正确性。

利用VB语言和ANSYS二次开发语言APDL,开发了起重机金属结构疲劳寿命评估系统。其中,VB平台用来设计方便友好的人机交互界面,采用APDL语言开发起重机金属结构强度参数化分析模块。在结构疲劳寿命评估工具中,提供了基于Paris公式、Paris公式与Miner线性累积损伤理论相结合、热点应力法的三种不同寿命估算模型。最后以某桥式起重机桥架结构为对象,对所开发的软件工具功能进行了具体验证,结果表明该工具可以为起重机金属结构的数字化设计提供帮助。

对以Hertz接触理论为基础的四种接触力模型进行了比较分析，并通过两球一次对心碰撞过程数值模拟结果来进一步说明不同接触力模型的特性，仿真结果表明：与纯弹性接触力模型相比，Hunt-Cmssley（H-C）接触力模型、Lankamni-Nikravesh（L-N）接触力模型以及Flores接触力模型由于考虑了碰撞过程中的能量损失，因此更加符合实际碰撞情形。此外后三种接触力模型中，H-C接触力模型和L-N接触力模型更适合用来处理大恢复系数的碰撞问题。在分析间隙机构的动力学特性时，可以为接触力模型的合理选择提供依据。

以曲柄滑块机构为研究对象,考虑机构除驱动转动副以外的所有运动副间隙,即剩余两处转动副间隙和滑块与轨道间移动副间隙,利用动力学分析软件ADAMS对机构进行动力学仿真分析,并将仿真结果与含有双转动副间隙的曲柄滑块机构动力学仿真结果进行对比,以确定全运动副间隙对机构动力学特性的影响。结果表明与含双转动副间隙相比,全运动副间隙增加了机构震荡的次数,降低了机构的稳定性。在机构设计时要综合考虑机构除驱动运动副以外的所有运动副间隙以提高机构的动力学性能。

国内对起重机的研究多以许用应力法为主,而最新的起重机设计规范提出了极限状态法,以载荷系数、材料强度系数和工作条件系数取代单一的安全系数,使得设计更加准确可靠。对32/5t桥式起重机葫芦式小车架端梁进行轻量化设计,通过ANSYS APDL建立端梁参数化模型并在不同工况下进行有限元静力学分析;对端梁几何尺寸进行灵敏度分析,分析出对其质量影响较大的几何尺寸作为设计变量;在满足设计要求的同时,对端梁进行优化设计,得到端梁质量最轻的设计方案,将其质量减轻了14.5%,为起重机金属结构轻量化研究提供了科学依据。

运动副的效率可以用功或力的方法来进行描述,渐开线齿轮副的啮合效率计算同样如此。首先,以节点和齿廓接触点间的距离为变量,分别从功和力的角度推导出了齿廓啮合的瞬时效率;然后,将瞬时效率在实际啮合线上进行平均,得到两种方法下的齿轮副啮合效率的表达式;最后,结合数值算例对两种方法进行了对比研究,分析了传动比、小齿轮齿数及齿面摩擦因数对齿轮副啮合效率的影响。结果表明,基于力的齿轮副啮合效率计算方法更为合理。