0 前言

摩擦焊不同于傳統(tǒng)的熔焊，它是利用兩個(gè)工件的接觸面相對(duì)旋轉(zhuǎn)摩擦生熱，并在壓力作用下焊接在一起的一種新興焊接技術(shù)。因?yàn)闊o(wú)需焊條、無(wú)煙塵和優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量，摩擦焊在世界各國(guó)的機(jī)械制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用

。常見(jiàn)的相位摩擦焊機(jī)多為單軸旋轉(zhuǎn)式，在加工傳動(dòng)軸軸管叉焊接總成這類對(duì)相位有精度要求的零件時(shí)，只能先加工一端，然后取下再加工另一端，生產(chǎn)節(jié)奏慢，焊件的相位精度低

。雙頭相位摩擦焊機(jī)的左、右主軸箱可以完成對(duì)兩個(gè)焊接叉的裝夾，并可以同時(shí)工作，一次性完成零件兩端的焊接，大大降低了加工時(shí)間和生產(chǎn)成本，而且焊件的相位精度提高很多。

在雙頭相位摩擦焊機(jī)的研究上，國(guó)內(nèi)外的參考資料都很少。若依據(jù)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度很難保證，而且焊機(jī)內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變情況無(wú)法得知。利用UG、ANSYS Workbench軟件對(duì)焊機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行建模和模擬仿真，可以精確計(jì)算出應(yīng)力、應(yīng)變的大小和位移云圖，為檢查焊機(jī)是否滿足工作條件和結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化提供了依據(jù)。

1 雙頭相位摩擦焊機(jī)結(jié)構(gòu)方案

本文以汽車傳動(dòng)軸的軸管叉焊接總成為加工對(duì)象，它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)軸管叉焊接總成結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)和使用要求，在兩個(gè)軸管叉和軸管焊接完成后，要求左、右叉的相位精度達(dá)到1.5°，距離偏差控制在0.7mm以內(nèi)，而且在1800N·m靜扭矩的工況下，不會(huì)出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂的現(xiàn)象。

以上述軸管叉焊接總成的加工要求為依據(jù)，設(shè)計(jì)了雙頭相位摩擦焊機(jī)。該摩擦焊機(jī)的主要參數(shù)如表1。

該焊機(jī)的工作原理是:中間夾緊機(jī)構(gòu)夾緊軸管，主軸箱1、主軸箱2上的旋轉(zhuǎn)夾具分別裝夾兩個(gè)軸管叉，并用定位桿保證左右叉的初始相位；傳動(dòng)箱把電機(jī)的動(dòng)力分配到兩個(gè)主軸箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)夾具同步轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)主軸箱在左右推力油缸的作用下沿著導(dǎo)軌前進(jìn)或后退，實(shí)現(xiàn)軸管叉和軸管的焊接。據(jù)此設(shè)計(jì)的雙頭相位摩擦焊機(jī)的具體結(jié)構(gòu)方案如圖2所示。

（三）仔細(xì)反思，積累經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)需要反思，但是在反思中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，一是“假反思”；二是“空反思”，只顧反思，不會(huì)決斷，因此，我們要杜絕“假反思”“空反思”，做到反思有深度，有高度，有執(zhí)行度。課后要經(jīng)常與學(xué)生交流課堂教學(xué)的問(wèn)題，即使是一些細(xì)小的環(huán)節(jié)也不能放過(guò)，成功不僅僅是認(rèn)真總結(jié)，完善不足之處，還需要一絲不茍的態(tài)度，我們要做到作出假設(shè)，嘗試假設(shè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，反思總結(jié)，這樣才能使原來(lái)的教學(xué)走向我們所期望的高效教學(xué)。

從上述的工作原理中可以看出，在保證軸管叉焊接總成焊后相位精度的加工過(guò)程中，焊機(jī)左、右兩個(gè)主軸箱起著關(guān)鍵性的作用，而主軸箱的箱體和主軸更是主軸箱的核心部件，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。主軸箱的箱體安裝在導(dǎo)軌上，其結(jié)構(gòu)看似簡(jiǎn)單，但是由于它的內(nèi)部要承載大量的零件，外部還要承受力和扭矩，這就對(duì)箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性提出了要求。左、右軸管叉裝夾在旋轉(zhuǎn)夾具上，而旋轉(zhuǎn)夾具又與主軸相連接，在頂鍛力的作用下，只有主軸有足夠的強(qiáng)度和剛度，才能確保焊后的相位精度滿足設(shè)計(jì)要求。

2 主軸箱箱體的有限元靜力學(xué)仿真

利用UG和ANSYS Workbench軟件，先建立主軸箱箱體的三維模型，然后導(dǎo)入有限元分析軟件中。為了便于在有限元分析時(shí)得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果、節(jié)省計(jì)算時(shí)間和簡(jiǎn)便的劃分網(wǎng)格，需要對(duì)主軸箱模型做如下改動(dòng)：假設(shè)部件不受阻尼的影響，密度分布均勻，并去掉部件中小的圓角

。主軸箱箱體材料屬性如表2所示。

采用六面體主導(dǎo)網(wǎng)格，根據(jù)箱體的大小，選取網(wǎng)格尺寸為10mm，劃定后網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量為183132，單元數(shù)量為45565，主軸箱網(wǎng)格劃分模型如圖4所示。

我不好意思地笑笑，進(jìn)洗手間沖涼。阿花從外面遞了一件男人的T恤衫和大褲衩進(jìn)來(lái)。穿上衣服出來(lái)，我說(shuō)你咋還有男人的衣服？阿花說(shuō)，為你準(zhǔn)備的呀，你看是不是合你的身？我拽了拽衣擺，正合身。

式中,

—電機(jī)轉(zhuǎn)速1000

；

—激振頻率。

2.1 剛度分析

剛度分析是檢驗(yàn)主軸箱箱體抵抗變形的能力，在單位力的作用下箱體的位移量越小說(shuō)明其剛度越好

。箱體在頂鍛階段的邊界條件下位移量的大小會(huì)直接影響到主軸上旋轉(zhuǎn)夾具的精度，從而影響到焊件的相位精度。由圖6箱體的位移云圖可知，在頂鍛階段，箱體上端面的位移量較大，其最大處的數(shù)值為1.0062×10

m，但在允許的位移范圍內(nèi)，不影響工件的加工。因?yàn)橄潴w下端面有固定約束，內(nèi)部與軸承的接觸面有圓柱約束，這些位置的變化量較小。

對(duì)主軸箱主軸的建模、導(dǎo)入和簡(jiǎn)化，采用和箱體同樣的方法。主軸材料屬性如表3所示。

2.2 應(yīng)力分析

在焊機(jī)工作過(guò)程中，頂鍛階段主軸已經(jīng)不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，只受頂鍛力作用。摩擦階段主軸受力較復(fù)雜，有軸向摩擦力，又有摩擦扭矩。因此對(duì)主軸箱主軸做有限元靜力學(xué)分析時(shí)，應(yīng)首選它在摩擦階段下的邊界條件，如圖9所示。摩擦階段主軸端面受到工件施加的壓力，大小和摩擦力一樣，為20KN。安裝在主軸上的旋轉(zhuǎn)夾具和主軸箱內(nèi)部與主軸平鍵連接的齒輪都傳遞給主軸200.55N·m的扭矩。主軸軸段1和3處裝配有圓柱軸承，對(duì)此施加圓柱約束。在主軸鍵槽處施加固定約束。因?yàn)槟Σ岭A段主軸帶動(dòng)工件持續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以對(duì)主軸施加和轉(zhuǎn)速大小一樣1000r/min的慣性載荷。最后考慮重力的影響。

3 主軸箱主軸的有限元靜力學(xué)仿真

絕大部分ncRNA不編碼蛋白質(zhì)，在RNA水平上發(fā)揮其生理功能.越來(lái)越多的研究表明原核生物體內(nèi)存在的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控與ncRNA密切相關(guān).ncRNA的功能多種多樣，幾乎參與了細(xì)菌的各個(gè)生命活動(dòng)過(guò)程.針對(duì)S. Typhi中發(fā)現(xiàn)的ncRNA AsrC，對(duì)其表達(dá)特性和功能進(jìn)行初步研究.

采用六面體主導(dǎo)網(wǎng)格，根據(jù)主軸的大小，選取網(wǎng)格尺寸為10mm，劃定后網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量為26057，單元數(shù)量為7226，主軸網(wǎng)格劃分模型如圖8所示。

從圖7可以看出，在頂鍛階段應(yīng)力分布不均勻，在箱體上端8個(gè)螺紋孔處和前后4個(gè)軸承端面處應(yīng)力較大，其他地方應(yīng)力較小。由箱體的材料可知，它的屈服強(qiáng)度為150MPa。在箱體應(yīng)力云圖中，頂鍛階段的最大應(yīng)力為7.108MPa。在允許的屈服強(qiáng)度范圍內(nèi)，主軸箱箱體的性能完全可以滿足使用要求。

3.1 剛度分析

主軸在摩擦階段的邊界條件下位移量的大小會(huì)直接影響到主軸上旋轉(zhuǎn)夾具的精度，從而影響到焊件的相位精度。由圖10主軸的位移云圖可知，在摩擦階段，主軸端面和軸段2處的位移量較大，其最大處的數(shù)值為1.5028×10

m，但是在允許的位移范圍內(nèi)，不影響工件的加工。因?yàn)檩S段1和3處有圓柱約束，平鍵槽處有固定約束，這些位置的變化量較小。

3.2 應(yīng)力分析

電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生激振頻率，若激振頻率與主軸箱箱體任意階模態(tài)的固有頻率相接近，則會(huì)產(chǎn)生共振，從而對(duì)焊機(jī)的關(guān)鍵部件造成疲勞破壞，嚴(yán)重影響加工精度。為避免這樣的情況發(fā)生，需要先求得電機(jī)的激振頻率，然后避免主軸箱箱體的固有頻率接近電機(jī)的激振頻率。電機(jī)的激振頻率只有一個(gè)，但箱體的固有頻率有若干個(gè)，而且固有頻率逐漸升高，因此理想的結(jié)果是箱體第一階模態(tài)的固有頻率遠(yuǎn)大于電機(jī)的激振頻率。電機(jī)的激振頻率公式為：

Fig.2 shows a schematic of the fiow duct test rig in the Fluid and Acoustic Engineering Laboratory(FAEL)at BUAA.Theflow is provided by a continuous wind tunnel consisting of a centrifugal fan,plenum with metal screens,and silencing ducts.

4 主軸箱箱體的模態(tài)分析

主軸箱箱體的模態(tài)分析可以得到箱體各階的固有頻率和其在某個(gè)方向振型圖，為判斷箱體的結(jié)構(gòu)是否合理提供了重要依據(jù)。

目前秦淮河水質(zhì)改善以引江換水為主體，在豐水期降水較多時(shí)，可利用降雨徑流及上游來(lái)水對(duì)外秦淮河補(bǔ)水；在長(zhǎng)江水位高于秦淮新河水位時(shí)，實(shí)施長(zhǎng)江自流引水；在不滿足以上條件下實(shí)施翻水，利用秦淮新河抽水站抽引長(zhǎng)江水入秦淮河?？菟诤推剿?，上游水量較小，長(zhǎng)江水位也較低，不能實(shí)現(xiàn)自流，則繼續(xù)采用秦淮新河站抽引江水入秦淮河。

區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將成為新時(shí)代農(nóng)資變革的利器。通過(guò)“瑞豐農(nóng)鏈”的應(yīng)用，可獲取以下全新的農(nóng)業(yè)服務(wù)項(xiàng)目：一是掃碼技術(shù)識(shí)別肥料的真?zhèn)?；二是推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)；三是獲得積分，利用積分參加商城禮品的兌換、種植技術(shù)的學(xué)習(xí)等；四是及時(shí)獲取公司的促銷及新產(chǎn)品活動(dòng)信息。用一句通俗的話說(shuō)，“瑞豐農(nóng)鏈“讓簡(jiǎn)單枯燥的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣，變成生動(dòng)活潑的放心使用和增值服務(wù)。

模態(tài)分析在三維模型的導(dǎo)入和網(wǎng)格劃分與靜力學(xué)仿真的步驟一致，而邊界條件的施加與靜力學(xué)仿真有所不同。模態(tài)分析中，外載荷的施加對(duì)模態(tài)分析無(wú)效，因此僅施加相應(yīng)的約束即可。箱體的固有頻率一般都是隨著階數(shù)的升高而越來(lái)越大，只需考慮其低階頻率即可。只要低階頻率不與外界產(chǎn)生耦合，高階頻率對(duì)零件的動(dòng)態(tài)性能影響就非常小

。選取模態(tài)數(shù)為4，頻率范圍設(shè)為默認(rèn)，其結(jié)果如圖12所示。

從圖12和圖13可以看出，箱體前4階模態(tài)的固有頻率值呈上升趨勢(shì)。箱體第1階模態(tài)固有頻率為60.162Hz，箱體一側(cè)箱壁內(nèi)凹，沿著X軸方向振動(dòng)；第2階模態(tài)固有頻率為60.416Hz，箱體另一側(cè)箱壁外凸，沿著X軸方向振動(dòng)；第3階模態(tài)固有頻率為71.726Hz，箱體底部末端向上翹起，沿著Z軸方向振動(dòng)；第4階模態(tài)固有頻率為89.683Hz，整個(gè)箱體向Y軸傾斜，箱體底部末端沿Z軸方向翹起。

從圖11可以看出，在摩擦階段，主軸端面和軸段2、軸段3連接處的應(yīng)力較大，其他地方的應(yīng)力較小。由主軸的材料可知，它的屈服強(qiáng)度為355MPa。在主軸應(yīng)力云圖中，頂鍛階段的最大應(yīng)力為77.589MPa，發(fā)生在端面內(nèi)圓和端面的螺紋孔處。在允許的屈服強(qiáng)度范圍內(nèi)，主軸箱主軸的性能完全可以滿足使用要求。

=60

根據(jù)焊機(jī)工作時(shí)實(shí)際受力情況，頂鍛階段箱體所承受的頂鍛力遠(yuǎn)大于摩擦階段的摩擦力，所以做有限元靜力學(xué)分析時(shí)，只考慮箱體頂鍛階段的邊界條件，如圖5所示。在頂鍛階段，主軸箱受到推力油缸的推力，其最大推力為40kN，中間夾具施加與頂鍛力相反的力，其大小為40kN。箱體上端面通過(guò)螺栓與箱蓋相連，在8個(gè)螺栓孔處施加固定約束。箱體下端面通過(guò)螺栓與導(dǎo)軌壓板相連，在10個(gè)螺栓孔處施加固定約束，并且在接觸面施加位移約束。箱體內(nèi)部裝配有軸承，在軸承與箱體的接觸面施加圓柱約束。

得出電機(jī)激振頻率為16

7Hz，遠(yuǎn)小于箱體第1階模態(tài)的固有頻率，故主軸箱箱體不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，符合生產(chǎn)條件。

5 主軸箱主軸的模態(tài)分析

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)、主軸箱裝配的誤差和主軸加工誤差都會(huì)使主軸在工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響焊接質(zhì)量

。假設(shè)裝配誤差和加工誤差較小，那么電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的激振頻率則成為影響主軸振動(dòng)的最大因素。若激振頻率達(dá)到或接近主軸的固有頻率，則會(huì)導(dǎo)致共振。共振會(huì)使主軸產(chǎn)生較大位移，破壞主軸的自身結(jié)構(gòu)，還會(huì)對(duì)與主軸直接配合的零部件造成沖擊、破壞。

只考慮主軸的低階頻率，選擇模態(tài)數(shù)為4，頻率范圍默認(rèn)，如圖14所示。

從圖14和圖15可以看出，主軸前4階模態(tài)的固有頻率值呈上升趨勢(shì)。主軸第1階模態(tài)固有頻率為5334.8Hz，主軸端面繞著Z軸左右擺動(dòng)，位移最大量發(fā)生在端面左右部分的邊緣；第2階模態(tài)固有頻率為5338.1Hz，主軸端面繞著X軸上下擺動(dòng)，位移最大量發(fā)生在端面上下部分的邊緣；第3階模態(tài)固有頻率為6336.7Hz，主軸軸段5繞著Y軸振動(dòng)，位移最大量發(fā)生在軸段5表面部分；第4階模態(tài)固有頻率為6841.7Hz，主軸端面繞著Z軸左右擺動(dòng)同時(shí)又繞著X軸上下擺動(dòng)，位移最大量發(fā)生在端面上下和左右部分的邊緣。

電機(jī)的激振頻率為16.7Hz，遠(yuǎn)小于主軸第1階模態(tài)的固有頻率，所以不會(huì)產(chǎn)生共振，符合生產(chǎn)條件。

慢性硬膜下血腫（CSDH）是神經(jīng)外科常見(jiàn)病，占顱內(nèi)血腫的10%，占硬腦膜下血腫的25%，好發(fā)于老年人。隨著老年人口的增加，該病呈上升趨勢(shì)。鉆孔引流是治療慢性硬膜下血腫的首選方法、適用于各年齡段的患者［1］。但老年患者慢性硬膜下血腫在單純行鉆孔引流術(shù)后仍有較多患者因腦膨起困難、硬膜下腔不能閉合、血腫腔內(nèi)有血凝塊未能徹底清除、新鮮出血等致腦復(fù)張不良甚至復(fù)發(fā)等。我科選取部分患者在鉆孔引流術(shù)后聯(lián)合高壓氧治療，可有效促進(jìn)殘留血腫吸收、促進(jìn)腦復(fù)張、縮短病程，降低復(fù)發(fā)率，現(xiàn)總結(jié)報(bào)告如下。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)Ansys Workbench軟件的計(jì)算，得到了主軸箱箱體和主軸的位移圖和應(yīng)力圖，由此分析了箱體在頂鍛階段和主軸在摩擦階段的應(yīng)力應(yīng)變情況，由分析結(jié)果可知二者的剛度和強(qiáng)度均滿足要求，該焊機(jī)主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

該找一個(gè)什么借口和她搭訕呢？說(shuō)沒(méi)有位子直接坐到她的對(duì)面嗎？可是位子明明很富余呀。跟她打聽(tīng)點(diǎn)什么事情嗎？可是能打聽(tīng)什么呢？跟她借點(diǎn)什么小東西嗎？都什么年代了，哪有隨便跟陌生人借東西的？再說(shuō)了，男人能借的除了打火機(jī)還能是什么？在中國(guó)跟一個(gè)女子借打火機(jī)又算什么？咖啡廳不是不可以抽煙的嗎？哎呀！

(2)對(duì)主軸箱箱體和主軸進(jìn)行了模態(tài)分析，提取了前4階固有頻率及振動(dòng)圖，通過(guò)分析可以得出本方案設(shè)計(jì)的箱體及主軸不會(huì)與電機(jī)發(fā)生共振，它們的安全系數(shù)都較高，在加工過(guò)程中完全可以保證焊件的焊接精度。

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