胡鹏浩[1]2001年在《非均匀温度场中机械零部件热变形的理论及应用研究》文中提出随着精密加工、精密测试技术的发展，纳米技术的兴起，热变形误差已成为这些领域提高测量精度和加工精度的关键技术障碍。本文在综合国内外研究成果和本单位热变形研究成果的基础上，在国家自然科学基金等项目的支持下，首次将热传导理论、弹性理论和热弹性理论系统、深入地引进到研究之中，研究了零部件不同状态下（使用中，加工中）的非均匀温度场理论模型，在此基础上对零部件的热变形、热应力做了系统的理论分析和实验验证，取得了一些成果，其中有些观点是创新的。 本文的主要内容及创新包括： 在综合国内外现有热变形研究成果的基础上，主要研究了非均匀温度场中机械零部件的热变形，采用了与均匀温度场的热变形研究有本质区别的新技术路线和新的理论基础。工作中的机械设备大多是处于非均匀、稳定温度场中的，因此研究非均匀温度场的热变形更具有应用价值和实际意义。其研究成果和我们已完成的均匀温度场中的热变形成果前后呼应、互相补充，既拓宽了热变形的研究领域、又为机械热变形的进一步研究构筑了更加全面的、完整的理论基础。 根据热传导理论，本文独立完成机械零部件典型温度场的理论建模、主轴叁维温度场的理论推导，在确定温度场的基础上，运用热弹性理论完成了其热应力和热变形的理论计算和和部分试验分析，类似的结论或成果国、内外未见报道。 本文选用两种典型零部件（孔轴配合和滚动轴承）为突破口，对机械零部件在稳定温度场下的热变形规律进行了系统的研究。本文重点分析热变形对孔、轴类配合的影响，提出了通过修正公差设计补偿热变形误差的理论方法和具体措施，为全面提出热公差配合理论奠定了良好的基础；系统讨论了滚动轴承游隙变化和温度变化之间的关系，分析了装配应力及旋转速度对游隙变化的影响，完成了轴承最佳工作游隙的确定方法和计算理论；在确定轴承、主轴热变形的基础上，深入分析其热变形对轴系预紧的影响，该成果将热变形这一对于预紧不利的因素转化为对预紧有利的因素，通过确定合适的初始预紧力，进而保证了轴系在工作温度中处于最佳的预紧状态，这对于高精度轴系的设计、制造和使用均具有理论价值和现实意义。 本文总结了影响机械零部件热变形的各种主要因素，重点研究了残余应力对零件热变形的影响。众所周知，残余应力会导致零部件发生残余应力变形，破坏精度。本文分析了典型热处理工艺、切削加工工艺对残余应力产生、分布、大小和性质的影响，提出了残余应力对零部件热变形的影响机理，并进行了有创新的理论分析。本文选用不同的典型工艺加工了一批残余应力具有特定分布的零件，通过对试件热变形的测定，基本上验证了新观点的正确性。 在理论研究的基础上，本文结合实际研究了叁峡工程发电机组主轴在车削加工11 合肥工业大学博士学位论文中的热变形。切削热所产生的温度场是非均匀非稳定的，它不仅是空间的函数，也是时间的函数，同时热源性质也不同。本文在理论上运用移动热源法、格林函数法完成车削中孔、轴类零件的叁维非均匀、非稳定温度场的理论建模，而且孔、轴的理论分析采用了不同的计算理论和思路，在此基础上运用热弹性位移势和勒夫位移函数推导了车削状况F零部件热变形的理论公式，并进行了试验验证分析，该部分成果即将进入实际应用阶段，相同或相似的结论、成果国内外未见报道。 针对非均匀、稳定温度场和非均匀、非稳定温度场中不同规律的热变形研究，本论文专门研制了两套包含加温、测温、控温、测热变形的实验装置，根据热传导性质和方向的不同，两套装置分别采用“向心”加热和“离心”加热的方法来构建零部件的不同性质的温度场，在综合各种热变形测量方法的基础上，提出了测量零部件热变形的新方法。实验结果基本验证了理论分析的成果，更重要的是它为不断修正边界条件，提供了依据，这一点在非均匀温度场中研究热变形是很重要的。
罗哉[2]2005年在《精密机械中孔轴最佳热配合理论及应用研究》文中认为热变形是普遍存在的热效应现象,对于零件形体几何尺寸,温度变化将引起形体各个尺寸的相应变化,传统的热变形理论及其计算公式对于低精度或一般精度的零件可近似地适用,而对于高精度或现代微纳米精度是不适用的。本文在综合国内外研究成果和导师费业泰教授多年热变形研究成果的基础上,在国家自然科学基金等项目的支持下,系统地研究了稳态均匀温度场及稳态非均匀温度场中最佳热配合设计原理,首次建立了稳态均匀温度场中多种孔型零件、轴类零件的热变形数学模型,在此基础上对孔型零件和轴类零件在不同温度场、不同受力情况下的热变形做了系统的理论分析和实验验证;研究了在不同情况下温度变化对孔、轴配合的影响规律,提出最佳热配合设计理论来解决温度变化对配合精度的影响,取得了一些具有实用价值的成果。本文的主要研究内容包括: 在全面分析材料线膨胀系数和体积膨胀系数关系的基础上,零件热变形时任一形体尺寸的热变形量不遵循传统线性公式规律,它与形体其他尺寸密切相关,即可表示为其他尺寸的非线性函数。运用该理论首次建立了孔型零件和轴类零件在稳态均匀温度场中热变形量与所有几何尺寸的函数关系,并用实验加以验证。 选用典型的孔型零件和轴类零件作为研究对象,在综合国内外现有热变形研究成果的基础上,系统全面地研究了多种孔型零件和轴类零件在稳态非均匀温度场中,受外力与不受外力情况时的热变形规律,建立了数学模型,完善了零件热变形理论,为今后更加深入的研究机械零件、机械系统热变形奠定了更全面的基础。 圆柱体结合的公差与配合是机械工程方面重要的基础标准,现行的公差与配合是以标准温度20℃为基础,据此设计的机械精度,只有当机械设备工作温度恰为20℃时才能得到保证。由于相配合的孔、轴具有不同的热变形规律,受材料、结构、温度场和边界约束条件等诸多因素影响,温度变化相同时,相同尺寸的孔型零件和轴类零件变形量不同,因而导致温度变化时孔、轴配合精度的变化。选用典型配合结构深入研究了温度变化对间隙配合以及过盈配合的影响,提出最佳热配合设计原理,从理论与实践上减小了温度变化对配合精度及配合性质的影响,使高精度系统在普通环境中使用成为可能,并在常用尺寸段、典型配合结构的基础上,根据现有国家标准,选择基孔制对轴基本偏差进行热补偿,给出热补偿公差值。 根据孔型零件的热变形计算理论,对叁峡工程水轮机转子止口这种特殊结构的外尺寸的加工尺寸进行热误差的计算和实验,通过理论分析和实验结果的比较,两者基本相符,这就为在不同温度条件下加工转子止口时控制、补偿实际加工量提供理论依据,并对加工后在实际使用中的最佳尺寸控制具有使用意义,且以该理论为模型,当知道环境温度时,可知道凸止口外径的具体尺寸,为控制其热变形提供了一个重要的理论依据。 本文在利用原有研究成果的基础上,设计了稳态均匀温度场中孔型零件、轴类
罗涛[3]2017年在《非均匀温度场中激光跟踪仪转站热变形误差补偿技术研究》文中研究指明激光跟踪仪转站测量技术贯穿整个飞机装配过程,为飞机的装配质量检测以及评价提供了准确的数据来源,在装配系统的后续维护中也扮演了重要角色。在激光跟踪仪自身精度完好的情况下,测量时的精度主要取决于由转站精度,而ERS点位置变化和测量设备的测量误差严重影响转站精度。随着测量技术的不断提升,激光跟踪仪的测量误差被大大减小,ERS点位置变化成为了影响转站精度的主要因素。其中热变形导致ERS点位置发生变化尤为显着。在转站测量时,掌握ERS点位置随温度变化的规律,结合ERS点位置的变化规律进行转站,对于抑制ERS位置变化对转站精度的不利影响具有重要意义。本文深入研究了非均匀温度场条件下两种常见工装模型上ERS点位置随温度变化的计算方法。在此基础上,进一步研究分析了非均匀温度场转站热变形补偿技术。第一章叙述了飞机数字化装配技术,详细论述了国内外数字化测量技术的发展现状,并介绍了激光跟踪仪转站测量技术及转站误差。分析了转站测量中热变形误差的研究现状,结合工程实际,给出了论文的研究内容和结构框架。第二章主要介绍了机械热变形相关的理论基础,阐述了热传导基本理论及其相关概念详细介绍了热弹性力学基本理论,重点介绍了热膨胀系数,分析了线膨胀系数与体膨胀系数的关系。第叁章将实际中常见的长型工装合理简化为一维模型,并运用热变形理论,建立了非均匀温度场中长型工装的热变形模型。以铝为例,合理设置非均匀温度场及各项参数,利用ABAQUS进行了仿真验证,分析总结了长型工装上ERS点的变化量计算方法。第四章以长型工装的热变形模型为基础,将实际中常见的平面框架型工装简化为桁架工装,建立了实际中常见的四杆桁架工装的热变形建模。选铝作为验证材料,利用ABAQUS进行了仿真验证,分析总结了桁架工装上ERS点的变化量计算方法。第五章对于非均匀温度场中长型工装和桁架工装上的ERS点,利用ABAQUS软件获取ERS点初始理论值和变形后测量值。利用均匀温度补偿法和本文方法进行转站,并对转站误差进行了比较分析。结果表明,本文方法转站精度更高。第六章对本文的研究内容作总结,对需进一步研究的内容作了展望。
张勇[4]2002年在《温度变化对机械零件配合精度影响的研究》文中研究指明随着现代高科技的发展和机械精度的迅速提高，温度对机械加工精度和测量精度的影响越来越大。因此，人们更加重视温度引起的热误差对机械影响的研究，并已成为机械学科前沿领域的研究热点和重点之一。本课题来自于国家自然科学基金项目“机械配合热变形误差的基础理论与应用技术研究”(项目编号50075023)，主要是对非均匀温度场的热变形进行理论研究，同时进行了大量的实验，取得了一些成果。 本论文通过对典型的简单形状零件(轴和轴套以及球)的热变形研究，在参阅大量国内、外有关文献的基础上，根据热传导理论，建立这些零件温度场的模型，在此基础上，运用弹性理论和热弹性理论进行热应力和热变形的理论计算，由此，将热传导理论、弹性理论和热弹性理论有机地结合起来。 本文的重点是对主轴的热变形、轴承的游隙进行理论分析，提出了理论计算方法。并对磨削加工中圆柱形零件的热变形进行研究，提供了比较实用的计算方法。同时，对不同材料、不同形状的零件，使用不同的加热方法，在非均匀温度场的实验中，得到了大量的有价值的实验数据，并对实验数据进行分析、处理，提出了自己的一些观点，这对今后进行非均匀温度场进一步研究有实际意义。
李光珂[5]2007年在《机械形体参数对零件热变形影响研究》文中进行了进一步梳理本论文研究内容来源于国家自然科学基金资助项目“复杂规则机械形体热变形误差理论及应用研究”(项目编号：50475069)。温度影响机械及仪器的性能与精度是始终存在的不可避免的物理现象，随着机械与仪器精度不断提高影响程度相应地成比例增加，因此研究机械热变形误差理论及应用技术，以采取有效措施，最大限度地减小温度的影响。本文通过利用机、光、电等设备组成的能够进行控温、测温及测量几何量参数的高精度热变形实验装置，对圆柱体、平板在0℃-60℃范围内受形体参数影响的热变形规律进行了实验研究，研究结果表明，精密零件任一尺寸的热变形不仅与其本身尺寸、形体材料膨胀系数和温度变化有关，而且还与形体其他相关尺寸有关，且形体参数对精密零件热变形的影响不容忽视。本文对圆柱体、平板在工作环境中的温度分布规律进行了初步探讨，得出圆柱体、平板内温度随时间变化的分布规律。为进一步从理论和实验上研究形体参数对机械零部件在均匀温度场中热变形的影响提供依据。本文在原有热变形实验装置的基础上，对系统的测温系统进行了改进。将原有仅能测出恒温箱内空间温度的测温装置改进为能直接测出被测工件表面实际温度的高精度测温系统，制定了以Pt100作为测温传感器、STC89C516RD+单片机作为主控制器，运用SPI器件MAX1402和MAX7219实现数据的采集和显示的高精度测温系统。并采用最小二乘法进行数据处理，有效地提高了测温精度，为热变形温度误差的修正提供保证。
朱珍[6]2008年在《激光散斑干涉法测量机械零件热变形的研究》文中进行了进一步梳理随着科学技术的进步及机械加工、测试技术的发展,纳米技术的兴起,热变形误差已成为这些领域提高精度的关键技术障碍,因此深入研究机械零部件的热变形,并准确测量出来,具有重大的意义。本文在原有热变形研究的基础上,对机械零部件受热变形作进一步的研究,针对现有热变形测量方法的不足,研究和探讨了一种新的测量热变形的方法——激光散斑干涉法。激光散斑干涉法凭借着其具有全场、非接触,高精度,高灵敏度和实时快速等优点,已经被广泛的应用到动态及静态测量中,如测量物体的粗糙度、位移、变形及无损检测等。是当今国际上热门研究课题之一。本文通过数值模拟和实验的方法,对被测零件的热变形和热应力进行了研究。首先采用ANSYS有限元软件模拟从室温到100℃时零件的热变形和热应力,获得仿真数据及结果。继而深入地研究了激光散斑产生的机理及物理特性,从光学统计学原理出发,建立了数学模型,并搭建了激光散斑干涉法测量物体热变形的实验平台。通过实验测量了从室温到100℃的整个零件的面内和离面的热变形,对采集到的图像运用MATLAB软件进行处理。激光散斑干涉法实验结果与电感法测量的结果吻合良好,因此可以认定用激光散斑干涉法测机械零件的热变形是一种可行而有效的方法,值得进一步研究。最后针对该热变形测量方法,结合实验结果,提出了自己的一些观点,这对今后进行激光散斑干涉法测量零件热变形的研究具有实际的意义。
倪洋[7]2016年在《机械孔轴零件功能性尺寸研究》文中研究表明随着测量精度和机械精度的提高,以及机械制造业对精度要求的急速增长,机械热变形已经成为影响机械精度的关键因素。国内外对于机械热变形的重视程度不断提高。研究机械热变形不仅在理论基础上,而且在应用技术上都具有深刻的意义,具有重要的科研与工程应用价值。本文在国家自然科学基金项目“机械复杂形体热鲁棒性基础理论研究”(项目编号：51175142)和国家自然科学基金重大项目“功能形面结构与性能的耦合建模与影响机理研究”(项目编号：51490660/51490661)的支持下,以机械零件中最为基础且常见的孔轴零件作为研究对象,针对其热变形进行了系统深入的研究。本文主要内容包括：从宏观和微观层面分别论证了机械形体热变形非相似性特征的客观存在性。机械形体热变形非相似性研究长期局限于宏观试验验证,而缺乏微观层面的机理论证。论文采用了分子静力学理论与算法,对铝材料圆环原子模型径向热变形进行演化计算,论证了稳定均匀温度场中机械形体热变形非相似性特征的客观存在性和形成机理,完善了机械形体热变形理论基础。在宏观试验中,在基于原有实验研究成果和经验基础之上,对于处于均匀稳态温度场中的机械孔、轴类零件的径向热变形测量设计了专用夹具,该夹具可满足不同尺寸的零件测量,大幅缩短了因不同尺寸零件而需重新加工设计夹具的时间,提高了实验效率。基于最佳热配合理论和机械热鲁棒性结构设计,从温度变化下的机械孔、轴零件间隙变化,提出了机械孔轴零件功能性尺寸,并给予了工程应用。充分考虑工况温度和受力载荷对机械孔轴配合的影响,在设计机械孔轴零件最初便对零件尺寸和公差进行相应补偿,以确保工况下机械设备达到设计精度和最佳工作性能。
徐祗尚[8]2015年在《机械零件热变形机理及其仿真研究》文中进行了进一步梳理随着机械装备制造业对高精度需求的日益增长,热影响逐渐成为制约精度提升的关键因素。对机械零件热变形基础理论与应用技术的深入研究有利于最大程度地减小温度的影响,具有重要的科研与工程应用价值。本文在国家自然科学基金项目“机械复杂形体热鲁棒性基础理论研究”(项目编号：51175142)和国家自然科学基金重大项目“功能形面结构与性能的耦合建模与影响机理研究”(项目编号：51490660/51490661)的支持下,针对机械零件热变形的机理和精确仿真进行了系统深入的研究,主要内容包括：(1)从机理上论证了机械形体热变形非相似性特征的客观存在性。机械形体热变形非相似性研究长期局限于宏观试验验证,而缺乏微观层面的机理论证。论文采用分子静力学理论与算法,对铝材料正方体原子模型热变形进行演化计算,论证了稳定均匀温度场中机械形体热变形非相似性特征的客观存在性和形成机理,完善了机械形体热变形理论基础。(2)在宏观机械形体热变形仿真实现方面,课题组提出了基于“热力转换理论”的精确热变形仿真方法。针对目前热变形仿真算法和CAE分析软件中普遍忽略热变形非相似性属性、无法真实仿真出机械形体实际热变形规律的缺陷,论文提出“热力转换理论”,将零件热变形问题等效为力变形问题,并充分考虑了材料属性、温度以及形体边界约束对热变形的影响；给出了基于“热力转换理论”的热变形仿真方法；针对一组铝制空心圆柱体机械零件进行了热变形仿真与测量实验。仿真结果与实验结果吻合较好,验证了热力转换热理论和仿真方法的合理性和有效性。(3)课题组提出了热鲁棒性结构设计理念并给予了工程应用。充分考虑工况温度和受力载荷对孔轴配合的影响,设计之初便对孔轴零件尺寸和公差进行相应补偿,以确保工况下机械设备达到设计精度和最佳工作性能,本文称为最佳孔轴热鲁棒性结构设计理念。依据该理念,对石油开采中的抽油泵柱塞和泵筒的尺寸公差进行设计,既能避免石油开采工程现场经常出现的卡泵现象,又能达到最优工作效率。
苗恩铭[9]2004年在《精密零件热膨胀及材料精确热膨胀系数研究》文中研究指明现代科技迅速发展，使得精密工程的精度等级不断提高，已进入微纳米级水平。由于热变形对精度影响的重要性，所以对热变形影响机理和控制研究越来越受到国内外学者的关注。本文在国家自然科学基金“机械配合热变形误差的基础理论与应用技术研究”(项目编号：50075023)的支持下，同时参考台湾科学技术委员会的相关项目内容，在国内外热变形研究理论成果的基础上，对零件形体因素所引起的热变形及相关内容进行了系统深入的理论研究，建立了零件典型形体因素对热变形影响的数学模型，并通过实验给以论证。在此成果基础上，对材料精确热膨胀系数作了大量的理论和实验研究，为未来建立标准的精密工程中常用材料精确热膨胀系数提供了一定的参考依据。 本文主要工作和创新性成果包括： 本课题在吸收国内外热变形理论研究成果的基础上，通过热变形与力学模型的转换，对典型零件形体热变形规律进行深入的理论研究，对常见的方体、圆柱体、园环和球体等形体特征参数对零件的热变形影响给出了理论分析，首次推导建立了零件热变形规律的数学模型。 在典型零件形体热变形数学建模分析中，应用差分算法并进行了改进，将差分法发展成可得出形体热变形一般规律的解析法，有效的解决了热变形形体建模问题，为进一步研究复杂形体对零件热变形影响规律提供了一种算法。 对材料的精确热膨胀系数进行了全面与深化研究，分析了传统材料热膨胀系数的不足，给出了传统材料膨胀系数实用的精确定量评述和适用范围，提出了精确材料热膨胀系数相关问题的解决方法。同时对现行的几种材料热膨胀系数定义进行了系统分析，给出各种定义的材料热膨胀系数的精度范围，提供了在实践应用中选用原则和方法，该内容具有重要的实用价值。进一步对以圆柱体和球体为标准样件所定义的材料膨胀系数进行了理论分析，提出以圆球体为标准试件所测出的材料膨胀系数具有更好的科学性，为建立科学的精确热膨胀系数提供理论依据。 根据对热膨胀系数的理论研究成果，进一步研究了常用材料的精确膨胀系数，对本校选用的精密机械工程中常用的25种材料和台湾成功大学提供的16种(每种有4件尺寸不同的样件，共64件)材料的热膨胀系数变化规律进行了测定，给出了实用数表，并对其实验数据进行了分析比较，得出了材料精确热膨胀系数的主要结论，为今后进一步研究海峡两岸统一的材料精确热膨胀系数标准提供了良好依据。合肥工业大学博士学位论文 研制成功了国内唯一的高精度叁维热变形实验装置一均匀温度场高精度实验装置，该装置具有恒温箱微机控制，高精度电感测头准确定位，微动叁维工作台和双频激光干涉仪热变形量测量系统，极大的提高了测量精度和测量适用范围，扩展了其应用功能。其主要技术指标是:容积为820 x 528 x 85Omm3，测温不确定度为0.02℃，微变形测量不确定度为士0.28声刀”。该实验装置的研制成功为进一步在本方向的研究给以了设备保障。关键词:热变形、热膨胀系数、热应力、热传导、差分法
董青[10]2010年在《考虑温度效应的间隙主导型汽车摆振系统动力学分析》文中研究指明转向轮摆振是一种对汽车有负面影响的振动,发展到一定程度严重影响汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、动力性、燃油经济性和安全性。普遍认为它是前桥相对于车身的横向运动、前桥绕汽车纵轴的侧倾运动以及前轮绕主销的横摆运动的合成运动。汽车转向轮摆振是一个受包括转向梯形运动副间隙、轮胎特性、温度变化等因素影响的问题。其中,极端情况下气候温度变化对含间隙曲柄连杆机构和含间隙汽车转向轮摆振系统有较大的影响,考虑温度效应对含间隙汽车转向轮摆振系统的影响首先应将含运动副间隙的转向梯形简化为含运动副间隙的曲柄连杆机构,再借助于计算机对摆振现象进行仿真分析,重点探究温度效应引起的运动副间隙改变对汽车摆振系统的影响。研究温度效应对摆振的影响,可以为探索出有效的汽车转向系统防摆措施提供更多的理论指导。本文回顾和总结国内、外在转向轮摆振方面的研究成果,阐明摆振产生的机理;简要地对涉及到的温度场及残余应力的概念进行了描述,建立孔、轴类零件的圆柱模型,理论上分析此类圆柱体在均匀温度场及非均匀温度场中其在柱坐标系中的相对位置变形关系;将曲柄连杆机构的叁自由模型变为状态变量形式,建立含有间隙的曲柄连杆机构的动力学模型,得到间隙一定时温度效应会导致系统呈周期运动或混沌运动;结合模型分析了发生汽车前轮摆振的机理,指出在间隙一定的情况下,温度的变化会诱发汽车转向轮摆振系统做往复的非周期性运动,即处于混沌状态。通过对图形的观察,从而得到一个不至于使系统进入混沌状态的温度临界值或临界区间,此温度临界值或临界区间可指导实际工作过程中有效消除或减小摆振对汽车行驶的影响。最后是本文所做工作的总结以及后续研究的展望。
参考文献：
[1]. 非均匀温度场中机械零部件热变形的理论及应用研究[D]. 胡鹏浩. 合肥工业大学. 2001
[2]. 精密机械中孔轴最佳热配合理论及应用研究[D]. 罗哉. 合肥工业大学. 2005
[3]. 非均匀温度场中激光跟踪仪转站热变形误差补偿技术研究[D]. 罗涛. 浙江大学. 2017
[4]. 温度变化对机械零件配合精度影响的研究[D]. 张勇. 合肥工业大学. 2002
[5]. 机械形体参数对零件热变形影响研究[D]. 李光珂. 合肥工业大学. 2007
[6]. 激光散斑干涉法测量机械零件热变形的研究[D]. 朱珍. 合肥工业大学. 2008
[7]. 机械孔轴零件功能性尺寸研究[D]. 倪洋. 合肥工业大学. 2016
[8]. 机械零件热变形机理及其仿真研究[D]. 徐祗尚. 合肥工业大学. 2015
[9]. 精密零件热膨胀及材料精确热膨胀系数研究[D]. 苗恩铭. 合肥工业大学. 2004
[10]. 考虑温度效应的间隙主导型汽车摆振系统动力学分析[D]. 董青. 合肥工业大学. 2010