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链式输送机传动装置设计(有cad图).rar

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    编号:20181016173633334    类型:共享资源    大小:3.19MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    金币
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    链式 输送 传动 装置 设计 cad
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    初步设计和制造研究混合轻质高速风洞模型党国,张政宇,孙岩空气动力学国家重点实验室,中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳,中国朱炜君国家重点实验室,西安交通大学,西安,中国机械制造系统工程抽象目的 - 在高的气动载荷,这样做的目的,目前的光敏树脂树脂模型下的强度和刚度不足纸是引进与内部金属的初步设计和制造技术,混合动力轻型高速风洞模型基于快速原型(RP)的框架和表面光聚合物树脂。设计/方法/方式 - 内部的金属框架结构设计,可以方便地制作的常规配置传统的机械制造方法。外层树脂成分设计,以满足配置的保真度和表面质量,制备反相设备。空气动力学和结构相结合,利用完成结构设计,强度和刚度校准和振动分析。验证混合 AGARD-B 型的结构优化设计和制造方法进行了研究制造精度,表面加工质量和力学性能的分析。结果 - 与内部的金属框架和外层树脂的方法,大大提高整体实力和 RP 的部分混合刚度 AGARD-B 型,它是适合高速风洞模型构造复杂的内部结构。该方法可显着降低模型的重量和防止共振的发生之间的模型,风洞和支持系统,缩短加工周期,也导致减少制造周期和成本。研究限制/影响 - 配置外层树脂的薄膜组件的刚度是有点差,在高的气动载荷下高速风洞试验,对实验结果的组成部分变形的影响,应该予以考虑。独创性/价值 - 这种方法可以提高使用 RP 技术在高速风洞模型制造的多功能性,特别是对于结构复杂的实验模型。气动和结构组合设计和结构优化的混合模型,使反相用于制造高速风洞模型更实用的技术。关键词:设计,制造系统,快速原型,树脂,模型,抗风1.生产一个新产品的设计和制造技术,混合动力基于快速原型(RP)的轻量级模型进行,以确定内部模型的适用性金属框架和表面光聚合物树脂材料(雅各布,1996 年,斯普林格和库珀,1997) 。在 1997 年,一个研究空气动力特性的实验模型制作 RP 技术是由斯普林格和库珀。他们表明,RP 技术可以降低处理成本,实验模型的时期,尽管存在一些问题,如 RP 模型的结构强度和刚度(斯普林格和 Cooper,1997) 。此外,它允许一步复杂的风洞模型制作表面高压水龙头,内部通道和外部轮廓(希尔德布兰等,2003; Heyes 和史密斯,2004) 。特别是,它已被证明,可以利用 RP 技术纳入模型,将引起内部功能大量的额外工程在设计和制造传统技术(Heyes 和史密斯,2004) 。此外,反相技术允许制造复杂的3-D 模型结构(蔡等,2003;。Quincieu 等,2005) 。这是 clearthat 增加 RP 的组件在风洞试验中的使用模型可显着降低相关的成本和时间亚音速和跨音速风洞模型制作(Aghanajafi 等,2006) 。然而,在设计中的应用 RP 技术风洞模型制作仍然有一定的局限性,如利用材料的能力,使短缺基于 RP,特别是轻量级的风洞模型变形的高速风洞测试模型满足高的气动载荷。也有一些要求 RP 模型的结构强度和刚度,还其表面的有效性和高配置的保真度配置表面 RP 技术制造(泰勒等人,2005 年) 。另一个问题是如何获得有效气动数据和合适的基地。此外,组件高速风洞模型由目前的树脂制造基于 RP 技术,尤其是薄的部分,如材料翼尖,仍然表现出微弱的力学性能,这阻碍其进一步的应用程序功能的风洞负载条件下的模型(Zhou 等,2008) 。本文的目的是提出一个初步的设计和制造混合轻量级的模型与方法内部的金属框架和外光聚合物树脂基于 RP 配置为高速风洞试验,并讨论结构设计和优化选择通过空气动力学和结构分析相结合。最后,由一个混合的例子验证方法 AGARD-B 型。2. 设计和制造方法2.1 要求和目标高速风洞试验实验模型通常满足更高的空气动力载荷比在低速。因此,满足强度和刚度要求非常显着的轻型高速风洞基于 RP 技术(海牙,2004 年)等。模型。混合法提出的文件来解决这个问题,混合模型包含两个关键组件,嵌套固定模式,一种是利用内部的金属框架承受在风洞试验,气动载荷和其他外树脂配置用来模拟飞机保真配置(图 1) 。设计与制造内部的金属框架,以提供强度和刚度在高速风洞试验条件的要求。外层树脂配置分成许多根据零部件的 RP 设施的一些特点和制造技术。据一些参考的一些研究成果和 RP 技术(泰勒,2005 年沃勒斯,2006;斯普林格 1998 年) ,一般也有一些设计要求和目标如下: 内部的金属框架。他们必须提供足够的结构强度和刚度,和合适的位置空间测量仪器和支持刺痛。此外,一些结构形式的设计,例如模型中的孔,以减少模型的重量和降低制造成本。他们应该由传统的生产制造方便设施,以降低生产周期。外层树脂的配置。它应分为尽可能少尽可能避免组合精密组件应确定损失和位置分为的位置,有几个流量特性的影响根据风洞试验要求的模型表面。组合结构。它应满足组合和拆卸的要求,并能提供足够的模型组件之间的连接强度。图 12.2 气动/结构组合根据高速风洞试验要求和混合结构强度的差异轻量级模型和整体金属模型(竹和汤姆森,1998年) ,一般分为混合模式几部分组成。利用中空结构机身模型,以减少模型的重量,这是提供一些空间,平衡,刺痛和压力管安装。金属框架构造薄元件以提高模型的强度和刚度。气动和结构分析相结合利用验证的结构设计,如果能满足实验要求(泰勒,2004年,泰勒等人,2004年) 。空气动力学的通过计算流体模型上的负载动力学(CFD) ,负载是用来完成由计算的强度,刚度和振动校准结构动力学(CSD)的。分析结果是验证结构模型设计的有效性,它可以防止现象发生,混合轻质高速风洞模型可能被摧毁机械师在风洞试验能力异常。2.3 结构优化设计一个机械产品的设计方案确定估计,类比或以能力测试对产品的要求和申请条件传统的设计方法。在此之后,该产品是向执行的强度,刚度的静态标定和分析,并动态特性。在最后,进一步优化设计根据上述分析,开展产品结果。处理的工作效率和效果的浪费(贝茨,1998) 。然而,在机械结构设计优化是一个可行的方法,结合机械设计和数学规划理论,广泛应用于许多领域,结构优化设计的目标方法是,以获得最佳的设计方案和取决于当前先进的最佳设计参数电脑和高效的计算能力(迦特和 Calise,2001) , 。摆在首位,是一个数学基于优化设计的模型需要兴建图1混合模型的结构示意图外层树脂配置内部的金属框架混合动力轻型高速风洞模型杨党国,张征宇,孙岩,朱伟军快速原型杂志17卷1号·2011·45-5446according 的实际问题。在一个普遍研究结果,一种普遍的数学模型描述非线性静态和动态力学编程问题,配置和拓扑优化问题,或可靠性和控制问题(贝茨,2001; Prasanna 等,2005) 。该模型可以描述在表一图1混合模型的结构示意图2.4制造方法内部的混合轻质金属框架结构模型通常设计为常规配置,这制造优势和方便。内部的金属框架可以由传统的制造处理方法,如车床,铣床,钻床和线切割,以缩短加工周期,降低结构分析中的制造成本和便利。外层树脂混合轻量级模型配置往往是捏造出来的 RP 技术和设施。外树脂的配置可满足高配置的保真度飞机和表面质量,可以实现铣削。此外,该方法制造混合轻质基于 RP 技术的模型,可以制造一些模型成分复杂,缩短加工周期,降低制造成本。目前,这种材料利用 RP 技术是液体感光树脂树脂,这表明一些承诺,使一些高强度的组件。和能承受高气动元件载荷和忍受高温(Aghanajafi 等,2006;阿扎罗夫等,2002) 。在 RP 技术,有三个关键生产加工用,首先是要处理的 CAD 绘制外层树脂配置,并追加一些配置适当的支持,第二是完成切割层处理。最后,外层树脂配置制造由反相设施。3. 验证范例3.1 AGARD-B 型AGARD-B 模型是一个配置的翼身组合。翼是在一个等边的三角跨度三角体直径的4倍。身体一个革命的圆柱形机身与卵形缸头(Damljanovic“等,2006) 。图2是一个草图模型中的条款给予相关尺寸体直径 D.一些典型的流动现象,如图,流量传递时,会发生分离,涡生成等该模型。因此,模型的实验数据可以用来验证设计和制造方法混合动力轻型高速风洞模型。图 23.2 结构设计验证 AGARD-B 型是一个混合结构设计内部的金属框架和外光聚合物树脂配置,其中包含了三个部分,即,头,机身和两个对称的翅膀。渐变气缸的形式和螺栓被用来修复的结构之间的头和机身的金属框架,以及一个凹槽形式和螺栓之间的机身和机翼的框架。头和机身框架革命空心机构其中平衡,支持刺痛和一些用于收集管数据被安装。可以是内部的金属框架的两个组合类型初步选定在设计之初。一个是内部的金属框架插入树脂配置和螺栓固定牢固(图3(a) ),另一个是,外层树脂配置上贴上金属架的表面(图3(b) ) 。第二个内部固定困难,组合框架确定中的位置之间的差异和压力收敛机翼和机身。最后,结构设计草图混合轻质 AGARD-B 模型如图4所示。图 3图 43.3 翼结构优化内部的金属框架的强度,刚度和重量超过外层树脂配置,所以结构机翼设计优化是提高金属翼帧。金属翼框架的一个数学模型优化可以成立,如表二。它的位置和大小确定空气动力模型和结构形式翅膀下金属机翼气动载荷帧能满足强度要求。的结构形式翅膀显示在图5(a)项和(b) 。在结构设计优化,参数模型的机翼框架需要兴建。参数模型中的一些变量,如强度,刚度,长度等原值。在一个给定的范围内可以改变的变量被定义为一些元素分析的灵敏度结构优化设计。在纸张,五翼的基本维度变量帧选择 performsensitivity 分析(图5(c)条) 。结果表明,强度参数的敏感性为每一个变量是不同的,分别。通过分析和上述结果五个维度变量法影响机翼帧力学性能获得。被选中的一个关键维度变量执行由机翼的框架结构设计优化 Pro / Mechanica 软体 Pro / Engineer 的结合。翼的框架材料是40Cr 钢,安全系数3和容许应力300MPa。五分析优化维变量为2毫米厚的翼帧根据对象的优化和限制,以完成条件,其结果是:长度¼144毫米,angletrail¼1208,Lengthfront 的¼63毫米的,Lengthtrail¼1毫米 Distancetrail¼7毫米。然而,有没有结果实现1毫米厚的机翼框架的优化设计因为强度短缺。通过分析,主要原因是是不合适的,强大的压力,以满足限制变量,如 RP 厚度$ 0.25。因此,1Þ2毫米的结构设计介绍和分析,结构设计优化。翼帧两种类型,如2毫米和1Þ 厚度2mm,图5(d) ,其在气动载荷的最大应力和变形1.2马赫数和攻角88给出表三。结果表明,两种结构类型满足强度和刚度要求。图2配置和 AGARD-B 模型的基本尺寸图3内部的金属结构设计图 53.4内部的金属框架制造组件内部的金属头和机身框架制备了由传统的车床,钻床设施,翼帧的生产线切口和铣床。镜架材质为40Cr 钢。刚性框架表面的要求是28-32 HRC 和某人。 900MPa 左右,这是由热处理满足帧。翼帧的变形,可以通过面粉,因为机翼的厚度铣。因此,利用一些助手夹,以防止这一点,如区块枕头。帧的表面质量通过一些精密的治疗。一个锥孔钻在机身,这是捏造利用辅助匹配校准锥核实,是为了接触表面之间的机身和支持,在风洞中使用的平衡蜇测试。其表面粗糙度精密车床1.6mmby。孔径和轴之间的组合公差等级机身和头部H7/g6(^0.02毫米) ,并匹配机身和头部之间的表面制造精密车床,其粗糙度1.6毫米。此外,组合公差之间的机翼导向阶段和机身槽^0.02毫米,匹配的表面粗糙度3.2毫米。其余的表面粗糙度6.3毫米。完成制造和装配后帧,平整度的两个侧对称的翅膀校准。结果表明,增加不匀逐步沿翼展达到最大值0.11毫米在翼尖,可满足设计高速风洞试验模型的要求。内部的金属框架,关键力量结构,承受最气动载荷。为了确保无裂纹热处理和制造的金属框架,所有的金属框架的组成部分,受到裂纹检查工业 CT 设备名为 jtomejxl450,由德国凤凰公司。结果表明:没有发生裂纹金属框架。3.5外树脂配置制造外的混合轻质树脂配置 AGARD-B 模型制作反相名为设施 SPS600B(图6(a)项)利用SOMOS14120光敏树脂树脂材料。魔法 RP7.0软件利用完成数据准备包含的组件搭配,支持加入和切削层治疗前完成外树脂配置的基础上 RP 技术制造。制造业方向和组件搭配是非常显着在制造加工的步骤。他们有关键性的影响外层树脂配置的成型精度。这样他们就可以根据制造业的便利和选择为 RP 元件的精度要求。在造纸,树脂混合轻质翼配置一层一层 AGARD-B 模型制作逐渐沿下倾斜角度308的翼展,和 RP 的头部和机身的制造方向因为需要在符合其轴向方向装配精度之间的金属框架和外层树脂配置,在图6(b)所示。图6(c)显示的 RP 混合轻量级 AGARD-B 型元件。制造方法,确保气动外层树脂配置的质量和成型精度配置。因此,RP 的方法,给出了一些承诺树脂在成型精度和制造配置高速风洞试验模型有合适的尺寸和精度要求。图6外树脂配置4。强度和刚度标定和振动分析4.1强度和刚度校准CFD 和 CSD 的组合被利用来执行校准混合轻量级的强度和刚度 AGARD-B 型。对于差价,平均的3-D 雷诺兹可压缩 Navier-Stokes 方程(1)利用一个解决有限体积空间 discretization.The 计算是第二责令准确的空间。粘通量建模利用中央差分格式,并采用两阶无粘通量迎风 Roe 格式(Aradag 和骑士(2004)的影响几个数字参数,包括数值通量方案审查 Aradag 和骑士(2004年)和罗伊计划的结论有更可靠和更密切的结果比其他几个数值方案的实验:利用纸张的两equationmodel aturbulentmodel。湍流动能 k 和输运方程第二个 W(湍流动能耗散率解决能源每单位体积和时间) (威尔科克斯,1993年) 。萨瑟兰粘度法采用的计算。自由流边界层的厚度,在数值给予模拟测试。自由流边界条件是远场的边界,并传入的压力,根据给定的温度和马赫数验证试验条件。对固体边界,无滑移条件适用于:图7给出了半 AGARD-B 模型计算网格。AGARD-B 模型是对称的模型,所以升力约在08攻击角为零。 “表四中的 CFD 计算结果表明,升力是接近于零,在三个不同的马赫0.6,0.95和1.2的数字,它显示了有效性和可靠性计算结果。惩教署,结构振动控制方程(3)通过有限元方法解决。本[M]表示质量矩阵[C]阻尼矩阵[K】刚度矩阵。 F(T)是一个力矢量和有一个气动载荷的关系和 Q(t)是一个位移向量。计算负荷结构分析的边界是从表面压力分布的 CFD图7 AGARD-B 模型计算网格内部的金属框架材料是40Cr 钢,其实力的限制(某人)约900MPa 左右。外配置材料是光聚合物树脂,其 SB45MPa。从表四,在马赫的气动载荷1.288和攻击角度是最高的,利用一些负载进行结构强度 AGARD-B 模型的刚度和校准。混合轻量级 AGARD-B 型,可以被毁灭,在翼根在应力集中。当马赫数小于1.8,安全因素的高速风洞模型(f)根据气动载荷为3。最大许可应力(SM)金属框300MPa(SB / F) ,允许的最大树脂配置的权限应力(SR)是15MPa 的。图8显示了一些有关的应力分布结果内部的金属框架和外层树脂配置。 “内部的金属框架的最大压力是115MPa 在翼根,这是比 SM 的发生。最大外层树脂配置的压力7.80MPa 现有翼尖,这也是比 SR 少。从上面的分析,结构设计和材料选择制造混合轻质 AGARD-B 型可满足强度用于高速风洞测试环境的要求。在高速风洞试验,变形的测试机型后掠三角翼的表示开启角度(U) ,角度小于0.58下测试条件。它的定义如下:在这里,m 表示最大的机翼变形。图9显示了关于变形的计算结果内部的金属框架和外层树脂的分布配置。可以看出,金属架(40Cr 钢)thatm0.42毫米翼尖和 U0.238,而外层树脂米配置2.94mmat 翼尖和 U1.658。因此,内部的金属框架,能满足刚度要求混合轻质 AGARD-B 型。和也,外层树脂配置除了能满足刚度要求翼尖有一个小麻烦,但测试结果验证表明不拆的翅膀。但刚度树脂的翼尖必须在今后的研究加以改进。图8内部的金属框架(40Cr 钢)的应力分布和树脂配置
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