本文以阶梯立柱作为力学模型,导出了两端球铰的伸缩油缸临界力基本计算公式(单级油缸临界力计算公式是它的特例)。由于该公式是一超越方程式,无法直接求解,为此,作者又从数学上作了适当的函数变换,通过变换,最后建立了两端球铰的伸缩油缸临界力的计算公式。

本文针对大型快锻压机主缸工作过程中出现的密封漏油、铜套、柱塞损伤等情况,首先从主缸球铰结构抗偏载保护机制中确定了对双球铰抗偏载保护机制有影响作用的球铰结构设计参数,并分析了该参数对双球铰抗偏载保护机制的影响规律;然后建立了双球铰主缸的工作受力模型,采用平面力学法,得出了主缸柱塞对导套及密封的最大侧推力及双球铰对侧推力的影响规律,结果表明实际工作中,球铰的最大张角对主缸的抗偏载能力影响较大,且现有大型主缸的球铰设计最大张角对主缸的抗偏载保护不利。

采用球铰支撑可以极大地提高大孔径反射镜工作的可靠性,但必须对这种支撑方式进行合理的稳定性分析.球铰支撑方式的有限元分析必须围绕其支撑方式所具有的严格而又明显的接触特性、顶丝预紧力作用、具有相对滑动趋势而产生的摩擦这三大基本特征展开.应用传统的线性有限元分析手段对大孔径反射镜球铰方式支撑的尺寸稳定性分析具有较大的局限性.为提高分析精度,采用了非线性分析方法,最大程度地模拟实际结构,并将罚函数的摩擦形式引进到了摩擦接触对中,并对其进行了实际模型的解算,使得分析结果更加精确,并依据分析结果,对预紧力进行了合理地选取,使反射镜在一定的工作环境下能够稳定地工作,满足系统成像的需要.

大孔径光学反射镜的支撑技术作为高分辨力相机的关键技术,既要兼顾反射镜的支撑刚度同时又要具有一定的柔性,能够适应温度变化对镜面的影响。大孔径光学反射镜采用球铰支撑可以极大地提高大孔径反射镜工作的可靠性,增强了反射镜的适应能力。本文通过几种反射镜支撑方式的比较,对大孔径光学反射镜球铰支撑的结构设计进行了论述,同时为了验证设计的可行性采用了非线性分析方法,对实际模型进行解算,确定了球铰支撑预紧力的选取范围为5～1500N。通过模拟件试验验证了采用球铰支撑的反射镜能够满足倾斜量〈5″的设计要求,使反射镜在一定的工作环境中能够稳定地工作,满足系统成像的需要。本文可为大孔径光学反射镜支撑技术提供一定的参考和借鉴。

为探求轴向柱塞泵回程球铰副中球铰的受力情况,建立吸排油2个区的柱塞和球铰的力学模型,并对球铰受到的法向压力进行分析计算。结果表明:回程球铰副受力最大区域分布在吸油区,适当的进油压力能改善回程球铰副的受力状况,提高泵的使用寿命。排油区柱塞受到的影响相对较小,球铰受到的最大法向压力约为吸油区的1/2;当回程球铰副出现磨损情况时应多从吸油区柱塞受力方面进行分析。研究结论对回程球铰副设计和配对材料的选择具有一定的指导意义。

基于自由度解耦工装设计方法,设计了具有四个方向同时加载、且四个方向运动独立的四轴球铰磨损实验装置。论述了球铰磨损的道路实验和室内模拟实验的关系,和对球铰进行室内道路模拟实验的方法。利用开发的球铰四轴磨损的实验装置,将采集到的球铰载荷谱作用于球铰上,分别模拟球铰在汽车转向、制动及转弯等工况下的球铰磨损。采用远程参数控制技术对球铰进行磨损模拟实验,在一个可控的环境下了对球铰进行了磨损实验测试,对磨损前后球铰的性能参数进行了进行了分析讨论。结果表明,球铰的磨损性能合格,且所设计的球铰试验台能够实现球铰磨损情况的复现。设计球铰四轴磨损的试验装置所采用的自由度分析方法,相关自由度解耦工装设计方法,可应用到其他零件的多轴加载工装设计中。

1 杯式缸筒结构的斜轴泵/马达的演变杯式缸筒斜轴泵/马达结构如图1 所示，该结构是由1939 年的美国专利US2146133 所提出的。与当代的斜轴式液压泵/马达最大的不同，缸筒不是一个整体，而是由一个个独立的杯式缸筒42 组成，实际上杯式缸筒是由一根根钢管制造的，其一端包在球铰头40上，构成一个球面副。球铰40 采用中空结构，用于进出油。球铰40 固定在配流盘32 上，在泵工况下，配流盘32 由输入轴14 驱动，同时通过万向铰48 驱动同步驱动盘76，盘76 上固定有球头80，活塞82 也是由钢管制造，其一端包在球铰头80上构成另一个球面副。

针对液压升降机的结构和工作特点及存在问题，作了改进设计。驱动缸采用垂直布置，并通过U形连接架驱动剪叉臂和工作台，连接架的侧板与内侧剪叉臂的横梁间的筋板用销轴转动连接，焊装在缸底及活塞杆端部的钢球嵌装在连接架横撑上的球窝中，构成球铰实现高约束的转动连接，保证外载荷始终作用在液压缸的纵轴线上，消除偏载；采用插装阀构成液压系统，提高液压系统可靠性、效率和抗污染能力，并解决了阀集成安装的问题，提高了液压系统的工效；用蓄能器回收及再利用势能，降低了能耗。

将虚拟样机技术应用于轴向柱塞泵球铰-回程盘相对运动关系的研究。根据柱塞泵的物理模型参数，并利用直角坐怀系和球面坐标系间的转换关系，建立球铰-回程盘相对运动关系的数学模型；基于MSC-ADAMS和AMESim环境，通过构建柱塞泵固液耦合的虚拟样机模型来模拟二者间的实际相对运动情况。综合两种模型的分析结果表明：回程盘锥度、球铰半径、泵轴转速以及斜盘倾角是影响球铰-回程盘相对运动轨迹及相对运动速度的重要参数。

针对现有技术的不足，对驱动油缸垂直安装的剪叉式液压升降机做了改进设计，采用U形连接架将驱动油缸同剪叉臂的横梁相连接．连接架的横撑同油缸两端采用球铰实现可靠地转动连接，以减小偏载；用插装阀设计了一种可回收重力势能液压系统，以提高液压系统的抗污染能力、工作可靠性和效率，降低能耗。