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  • 2024年第52卷第10期文章目次
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    • 液压缸缸筒轻量化设计及理论研究

      2024, 52(10):1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.001

      摘要 (65) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:研发一种具有金属内衬的法兰式碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)液压缸缸筒,通过复合材料的本构关系和厚壁圆筒理论推导CFRP缸筒的应力应变公式,建立数学模型,并结合强度和刚度理论,进行液压缸缸筒轻量化研究。运用Abaqus软件进行仿真分析,验证所提出方案的可行性,联合Isight软件进行优化设计,以DOE试验设计寻找最优解。结果表明:优化设计后,CFRP缸筒满足强度和刚度要求;液压缸缸筒质量由16.58 kg减少到5.26 kg,总体减轻68.3%,达到轻量化设计目的。

    • 切向车铣18CrNiMo7-6钢V形缺口表面三维形貌研究

      2024, 52(10):8-13. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.002

      摘要 (19) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:疲劳试样的缺口加工一直是一个亟需解决的难题。提出一种全新的切向车铣加工缺口工艺,通过理论与试验结合的方法探究了切向车铣对V形缺口表面形貌的影响规律。结果表明:在不同的工艺参数下,切向车铣V形缺口底部会呈现出不同的加工纹理方向,提出的理论公式计算出的纹理方向与工件轴线的夹角与实际结果误差很小;缺口底部三维表面粗糙度Ra随着铣刀转速nc的升高而减小,随着工件转速nw的升高而变大,随着每齿进给量fz的增加先减小后增大;得到表面粗糙度最优参数组合为nc=6 000 r/min,nw=100 r/min,fz=0.037 5 μm,在此切削参数组合下得到的V形缺口表面粗糙度Ra可达到0.075 μm。

    • 基于改进LSTM-AdaBoost的铣刀磨损量预测

      2024, 52(10):14-20. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.003

      摘要 (32) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对铣刀磨损量预测时精度低的问题,提出一种基于黑寡妇算法(BWO)优化的长短期记忆神经网络(LSTM)与AdaBoost集成学习算法相结合的铣刀磨损量预测方法。在铣刀磨损振动信号中提取时域、频域以及时频域多域特征。通过BWO算法优化LSTM的核心参数,并将优化后的LSTM网络与AdaBoost算法进行结合,构建铣刀磨损量预测模型。最后用PHM Society 2010铣刀全寿命周期的振动数据进行实验。研究结果表明:所提方法能够有效地预测出铣刀磨损量变化值,优化后模型的平均绝对误差百分比为3.436%、均方根误差为6.471、决定系数 R2 为0.935。该方法能够获得准确率更高的铣刀磨损量预测值,预测效率更高。

    • 基于准滑动模态的动态非平衡身管高精度俯仰控制

      2024, 52(10):21-26. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.004

      摘要 (12) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:非平衡身管俯仰系统属于典型的电液伺服系统,在路面波动条件下实现其高精度位置控制,可有效提升身管武器的远程精准打击能力。为此,分析非平衡身管俯仰工作原理及路面波动影响机制,建立各组件的数学模型并联立得到系统状态空间模型;基于准滑动模态,设计改进饱和函数的双幂次趋进律滑模控制器;最后,搭建路面波动条件下非平衡身管俯仰滑模控制仿真模型,进行仿真分析并与指数趋进律、双幂次趋进律滑模控制器的控制效果对比,验证所提方法的可行性和有效性。结果表明:所提方法具有跟踪精度高、响应时间短、抖振抑制效果好且所需能量少等优势,可满足动态非平衡身管高精度控制的需求。

    • 基于改进遗传算法的数控机床加工铣削参数优化方法

      2024, 52(10):27-32. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.005

      摘要 (36) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:对于数控机床加工铣削参数优化多采用常规的可信度近似模型,但该方法易受到材料失效应变系数的影响,导致优化后的加工效率较低,提出基于改进遗传算法的数控机床加工铣削参数优化方法。根据工件的本构模型,对切削刃进行采样抽取,确定最小铣削力波动位置;引入材料失效准则计算材料失效应变系数,基于此,以加工时间最短、加工成本最低和加工能耗消耗最小为目标建立铣削参数优化模型,并采用改进遗传算法求解模型,通过迭代适应度值,输出最佳铣削参数;最后,采用对比实验的形式对所提方法的优化性能进行测试。测试结果表明:应用所提方法对数控机床加工铣削参数进行优化后,能够有效缩短切削时间,提高加工效率。

    • 气动可变刚度弹性轴结构原理和实验分析

      2024, 52(10):33-37. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.006

      摘要 (26) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决传统柔性机器人承载能力不足的问题,结合颗粒堵塞原理,提出一种正压驱动变刚度弹性轴。分析此弹性轴的变刚度机制,基于变刚度弹性轴样机搭建实验平台,通过实验分析不同因素对弹性轴刚度影响。实验结果表明:弹性轴填充钢珠和无填充物对比,弹性轴刚度提升2.1倍;弹性轴环形密闭腔体越大,填充颗粒越多,弹性轴刚度越强;内气囊管径越大,弹性轴刚度越强;在充入气压分别为0、0.3 MPa时,填充经磨砂处理的钢珠弹性轴的刚度提高3倍,填充ABS不规则形状弹性轴的刚度提高4.3倍。

    • 正流量控制挖掘机泵阀响应特性及匹配优化研究

      2024, 52(10):38-42. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.007

      摘要 (12) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以正流量控制挖掘机液压系统为研究对象,建立主泵排量调节系统与多路换向系统数学模型,搭建其AMESim仿真模型,探究铲斗联主阀开启过程中泵阀系统响应特性。针对铲斗主阀开启过程阀口流量和压力波动过大、速度响应匹配不当等问题,提出降低先导压力与泵排量比例系数 k 和优化节流槽特征参数的正控泵与阀控系统响应匹配优化方案,并通过试验验证优化方案的有效性。结果表明:优化后阀芯在开启阶段的流量波动幅值和压力波动显著降低,流量波动幅值降低了18.19%,压力波动峰值降低了2.8 MPa。

    • 基于数据驱动的凸轮磨削轮廓误差补偿

      2024, 52(10):43-49. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.008

      摘要 (20) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对数控凸轮磨削机床在加工过程中存在的周期性、重复性轮廓误差和不易建模等问题,提出一种基于数据驱动的轮廓误差补偿策略。在数控凸轮磨削机床的单轴伺服跟踪系统中加入无模型自适应迭代学习控制,该方法沿迭代轴引入伪偏导数,将复杂的非线性系统动态线性化处理。针对两轴之间由于伺服跟踪误差不同导致的滞后量不同,利用交叉耦合迭代学习控制,将补偿量按照交叉耦合系数反馈到单轴伺服控制系统中,实现对凸轮磨削轮廓误差的补偿。最后通过仿真实验验证了提出的轮廓误差补偿策略可以有效减小凸轮的轮廓误差,提高了数控凸轮磨削机床的加工精度。

    • 船舶风翼液压系统小角度回转控制策略研究

      2024, 52(10):50-55. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.009

      摘要 (16) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了优化风翼回转液压系统在小角度转动时的控制策略,选用一种升力系数较大的多段翼风翼,根据风翼模型风洞实验数据得出风翼气动特性曲线。基于实验数据设计目标船风翼回转液压驱动系统,建立AMESim仿真模型并在液压实验台中验证其正确性。围绕船舶风翼小角度转动的需求,确定正弦启动和制动控制信号,进而确定风翼小角度转动时液压驱动系统启动和制动最佳控制策略。结果表明:风翼回转液压驱动系统启动和制动采用正弦控制信号,且启动和制动时间为2~3 s时系统压力波动较小,有利于液压系统的稳定运行。

    • 裂纹工况下斜齿轮系统啮合刚度计算模型研究

      2024, 52(10):56-64. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.010

      摘要 (12) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:当斜齿轮副产生裂纹时,会影响齿轮副的啮合刚度。为了获得更准确的裂纹斜齿轮副的啮合刚度,提出一种改进的裂纹斜齿轮啮合刚度计算模型,综合考虑轮齿刚度、齿轮基础刚度在横向和轴向的影响,研究了齿顶扩展裂纹和端面扩展裂纹两种典型裂纹工况下的齿轮系统啮合刚度,并将啮合刚度解析计算结果与有限元模拟结果进行了对比。结果表明:啮合刚度的降低程度主要与裂纹区域有关,裂纹区域越大,啮合刚度降低越大;在裂缝长度和深度相同的情况下,端面扩展裂纹对啮合刚度的影响比顶部扩展裂纹更显著。仿真结果与计算结果吻合较好,验证了所提方法的准确性和有效性。

    • 圆柱及环面蜗杆传动副承载能力分析与试验

      2024, 52(10):65-69. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.011

      摘要 (20) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对某工程机械的实际运行工况和设计参数要求,建立蜗杆传动副优化设计目标函数及工况约束。设计并优化圆柱蜗杆传动副和环面蜗杆传动副,分析2类蜗杆传动副在工作载荷和静态自锁载荷下的齿面接触特性;研制对应2种类型蜗杆副传动样机,搭建传动副样机性能测试试验台,开展传动副的负荷运转试验并对比考察齿面磨损情况。结果表明:在相同的设计参数、加载方法和加载载荷下,环面蜗杆副相较于圆柱蜗杆副,同时接触齿对较多,齿面等效应力和等效应变较小,齿面磨损较轻,承载能力更高。

    • 增强蚁群算法在移动机器人路径规划的应用研究

      2024, 52(10):70-77. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.012

      摘要 (15) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对蚁群算法在移动机器人路径规划中存在的历史路径不能被充分利用的问题,提出一种具有通信机制的增强型蚁群算法。根据自然界中蚂蚁触手的接触特性,对历史路径进行整合,以获得更优的复合路径。为了进一步改进算法,提出一种放大的轮盘赌方法来加速收敛。设计自适应的Sigmoid衰减函数来优化不同阶段的启发式信息。针对死锁问题的各种类型,制定了具体的优化策略并减少了死锁蚂蚁的数量。最后进行了参数确定和对比实验,在简单环境和复杂环境下,所提算法的整体性能明显提高,实验结果证明了所提方法的有效性。

    • 一体化舱体狭小空间孔的数控加工

      2024, 52(10):78-82. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.013

      摘要 (15) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:某型号一体化加工航天器产品安装孔位于舱体内部,且上部存在特征干涉,常规加工方式无法实现该部位的加工。针对此问题,通过分析直角铣头的结构特点,研究华中数控系统刀尖点补偿算法,实现机床控制器与直角铣头刀尖点的双向补偿;结合龙门五轴机床结构及坐标系变换特点,开展基于NX的后处理开发,完成基于直角铣头坐标系补偿的后处理文件开发,在原后处理不改变的情况下,以事件形式实现直角铣头补偿程序的自动输出,成功解决了超薄舱体内部狭小部位安装孔加工,提高了华中数控系统龙门五轴机床的适用性。

    • 碳纤维-金属复合电主轴关键部件优化设计

      2024, 52(10):83-90. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.014

      摘要 (13) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步提升电主轴的加工性能,以常见的A02型电主轴为分析对象,使用热膨胀系数小以及减振性能优异的碳纤维材料替换芯轴的不同部位,以此设计4种碳纤维-金属复合芯轴,探讨其对A02型电主轴的影响。通过有限元分析,对4种碳纤维-金属复合芯轴和常规钢芯轴的动态特性和热特性进行评估。结果表明:全碳纤维芯轴的性能最佳,而心部碳纤维芯轴可以在避免使用大量碳纤维材料的基础上实现与全碳纤维芯轴相近的效果;外侧碳纤维芯轴具有成熟的加工工艺,可以直接进行加工试验。列举了几种碳纤维-金属复合芯轴已有或具备可行性的加工方案,为碳纤维材料与电主轴结构更好地结合提供参考。

    • 基于下肢假肢的阶梯式变间隙磁流变阻尼器设计

      2024, 52(10):91-97. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.015

      摘要 (10) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对下肢假肢步态变化时所需阻尼力大小不同的问题,提出一种基于下肢假肢的新型阶梯式变间隙磁流变阻尼器(MRD)。基于Bingham力学模型设计MRD的两级阻尼间隙宽度及主要结构尺寸,通过ANSYS Maxwell分析其内部磁场分布,采用Simulink仿真输出阻尼力。结果表明:阶梯式变间隙MRD步行时的工作间隙为1.6 mm,最大阻尼力为902.7 N;跑步等其他复杂步态时的工作间隙为0.6 mm,最大阻尼力为2 033.7 N,满足不同步态的阻尼力要求,且该MRD的最大工作电流为0.4 A,极大降低了阻尼器功耗。所提出的阶梯式变间隙MRD具有阻尼力分级输出、可调范围大、能耗低的优点,可代替阻尼间隙固定的传统MRD应用于假肢系统。

    • 新型管道环切机切割方案设计及进给轨迹规划

      2024, 52(10):98-103. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.016

      摘要 (11) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:刀旋式切管机采用刀具绕固定管道外围旋转的方式进行环形切割,在需要精密切割薄壁管材的场合中得到了广泛的应用,但其进给轨迹常为直线或弧线,存在相对单一、无法实现柔性化切割等问题。为此,提出一种新型管道环切机,其核心部件为冗余驱动环切机构,可以在平面内移动以控制环切进给量,并以半圆管道包络切割为例,基于 5-6-5-6-5 分段高次多项式曲线进行进给轨迹规划,搭建样机平台进行仿真和实验研究。结果表明:实际轨迹与理论轨迹具有一致性,且切割过程较为柔顺,管道切口质量较好,验证了管道环切机结构设计的合理性和柔顺切割的可行性。

    • 水平上调式三辊卷板机卷圆成形控制系统设计

      2024, 52(10):104-109. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.017

      摘要 (13) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前三辊卷板机由于液压系统驱动导致的定位精度低、卷圆精度不高、运行过程不稳定等问题,在三辊卷圆成形工艺及水平上调式三辊卷板机结构的基础上,建立下辊上升量与卷制半径、板材厚度与材料属性之间的数学模型。利用该数学模型及光栅尺反馈的下辊位置,建立了下辊定位闭环系统,开发了以西门子S7-1200为主控制器的控制系统。试验结果证明:该控制系统实现了对下辊定位的精确控制,通过伺服电机驱动下辊升降提高了卷圆的成形精度及工作效率。

    • 车用电磁悬架系统的结构设计与优化

      2024, 52(10):110-115. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.018

      摘要 (9) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对汽车传统被动悬架道路适应性差、安全性不高、减振效果不理想的缺陷,设计一种新型的车用电磁悬架系统。在被动悬架系统中加入车用电磁悬架系统作动器,与汽车弹簧和液压阻尼器并联,可以增加悬架系统的阻尼力,极大程度降低汽车车身由于路面起伏而引起的振动,提升汽车的安全性以及驾驶平顺性。设计车用电磁悬架系统作动器的3种初始结构,结合Ansys/Maxwell磁场分析软件,研究了不同结构对车用电磁悬架系统作动器产生主动力的影响。结合正交试验法,分析车用电磁悬架系统作动器各部分尺寸参数对主动力的影响,然后对仿真结果进行极差分析,选出该作动器产生主动力最大的一组尺寸参数为:线圈1径向长度8 mm,线圈2轴向长度42 mm,线圈1、3轴向长度20.5 mm,导磁环2轴向长度13 mm,导磁环1、3轴向长度5 mm,使其结构达到相对最优。

    • 基于PLC的可降解塑料片材成型自动化生产线设计

      2024, 52(10):116-122. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.019

      摘要 (13) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:塑料片材是塑料制品中的重要组成部分,然而现有的塑料片材生产线自动化程度较低,原料主要成分为聚乙烯,难以降解。据此,采用一种新型的可降解塑料作为原料,但此原料是粉状料,无法适用于传统的粒状送料装置;由于其特点是通过挤出后离模发泡的方式成型为片材,并且原料对温度要求较高,传统挤出机无法使用此料生产。因而根据此原料特性和加工工艺设计由送料系统、挤出成型系统、牵引滚压系统、分切冲孔系统及夹取码垛系统组成的可降解塑料片材成型生产线,使用PLC和触摸屏对控制系统的硬软件进行设计。以平均生产节拍作为参考指标,此自动化产线生产效率提高了26.5%,为可降解塑料产品的规模应用提供了技术支撑。

    • 吸盘头可自动更换的贴标机械手设计与分析

      2024, 52(10):123-127. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.020

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对贴标机器人对不同尺寸棒材端面贴标时需人工更换吸盘头的问题,设计一吸盘头可自动更换的贴标机械手。设计由可更换式吸盘头和吸盘头安装座组成的贴标机械手机械结构;根据工作过程,搭建用于标签粘贴的真空吸附回路和吸盘头自动更换回路;通过ANSYS建模,对提出的20种吸盘开孔方案进行仿真分析,初步选取8种吸盘头开孔方案;最后对初选开孔方案进行100次吸附实验。结果表明:孔数M=4、孔径D=6 mm、孔距s=5 mm的吸盘开孔方案标签吸附效果最优。文中设计的贴标机械手不仅可根据不同尺寸棒材自动更换吸盘头而且可实现标签的稳定吸附,十分契合贴标机器人自动化设计需求。

    • 直吹管浇注料振动成型夹具的结构优化设计

      2024, 52(10):128-133. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.021

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对直吹管浇注料振动成型夹具质量过大和动态特性差等问题,建立夹具优化数学模型,采用拓扑优化对夹具结构材料分布进行寻优,并在拓扑优化基础上以灵敏度分析筛选相关性较大的尺寸作为优化变量,基于Kriging法建立响应面模型,采用多目标遗传算法对振动夹具进行尺寸优化,两次优化后的夹具质量共减小了12.7%,1阶固有频率共提高了2.8%。对优化后夹具结构进行扫频振动响应仿真分析,验证了夹具优化设计的有效性及合理性,有效解决了直吹管浇注料振动成型夹具设计中容易出现的试验共振和夹具质量过大等问题。

    • 履带式船用水下观察机器人设计与吸附分析

      2024, 52(10):134-141. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.022

      摘要 (18) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决船体壁面附着物及锈蚀检测不便等问题,对履带式船用水下观察机器人开展设计与吸附分析。基于设计指标和总体结构,建立机器人运动学模型,求解机器人在直线下滑和纵向倾覆状态下单块磁体所需的理论最小吸附力。利用Maxwell对磁体模型参数进行优化,并对履带组件上布置单块磁体、N-S正反充磁2块磁体和3块磁体分别进行仿真,确定采用N-S正反充磁布置。最后制造功能样机进行实验验证。结果表明:机器人静态不失稳主要取决于其纵向倾覆状态,陆上行走单块磁体理论吸附力要达到230 N,水下运动要达到140 N;磁体模型参数确定为背板厚度3.5 mm、磁体厚度13 mm、仿真及实验船板厚度5 mm;优化后单块磁体与金属壁面满足5 mm以内的接触间距,相邻两块N-S正反方向充磁布置,等效单块磁体与金属壁面满足6.5 mm以内的接触间距;搭建样机验证了机器人设计指标的有效性,同时利用刮泥板有效限制附着物厚度,磁体与金属壁面在接触间距内实现可靠吸附。

    • 一种比例换向阀先导级用高速开关阀运动特性分析

      2024, 52(10):142-146. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.023

      摘要 (15) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究一种用于比例换向阀先导级的高速开关阀运动特性,通过编写UDF程序控制流体力、弹簧力和电磁力共同作用下的阀芯运动;通过动网格技术实现阀的流固耦合仿真,并获取阀芯精确的运动情况以及瞬态流场的变化。结果表明:编写的UDF程序能够精确地模拟实际工作时的阀芯运动状态,获得阀的开启时间为1.8 ms。该研究方法能够获得高速开关阀精确的运动特性,为高速开关阀产品的优化提供指导。

    • 基于DEM-MBD耦合的装载机减阻铲装策略仿真分析

      2024, 52(10):147-154. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.024

      摘要 (12) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:装载机铲装物料过程中,往往受到较大的铲装阻力,使得其作业效率降低、能耗升高。针对此问题,对装载机减阻铲装策略进行研究。对装载机铲装物料过程中受到的铲装阻力进行分析,建立装载机各作业阶段铲装阻力的数学模型,提出装载机减阻铲装策略;利用ADAMS建立装载机虚拟样机模型,对它进行动态仿真,通过EDEM完成铲装物料颗粒模型的建立及相关参数的设置;基于DEM-MBD联合仿真,分别对装载机使用2种铲装物料策略进行铲装过程仿真;最后,获取2种铲装策略中物料运动速度矢量以及铲装阻力变化曲线,进行对比分析。结果表明:装载机使用减阻铲装策略铲装物料相比一次铲装法铲装物料受到的最大铲装阻力值减少11.3%,且使用减阻铲装策略所产生的铲装阻力大部分时间内整体小于一次铲装法所产生的铲装阻力,证明了减阻铲装策略的可行性和合理性。

    • 卧式摆头加工中心动横梁热固耦合特性研究

      2024, 52(10):155-160. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.025

      摘要 (13) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以五轴加工中心为代表的高端数控机床是国家重要战略物资,具有很高的综合性能需求。基于热固耦合分析方法,针对卧式加工中心中承载摆角铣头的动横梁进行结构特性研究。建立焊接式动横梁的实体单元热固耦合有限元模型并进行仿真,分析动横梁在结构静力载荷和热载荷综合作用下的变形和应力。采用多元回归拟合方法,研究不同结构参数对动横梁结构特性的影响规律,并根据影响规律对结构参数进行优化调整。在质量基本不变的情况下,优化后的动横梁焊接结构的 Y 轴最大位移减少了10.489%,最大应力减少了41.06%。

    • 滚珠丝杠副动力学行为仿真及滚珠磨损故障特征信号研究

      2024, 52(10):161-167. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.026

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      摘要:滚珠丝杠副作为精密机械和数控机床等装置中最常使用的传动元件,其工作状况的优劣直接影响着整套设备能否安全稳定运行。大多数针对滚动功能部件失效形式的研究主要集中于滚动轴承,而对滚珠丝杠副的失效演变机制却鲜有论述。以滚珠丝杠副为研究对象,建立由丝杠、滚珠、螺母等关键部件组成的滚珠丝杠副三维模型,运用ADAMS软件对滚珠丝杠副进行动力学行为仿真分析以及故障特征信号研究,分析滚珠丝杠正常运行及滚珠磨损故障状态下的特征信号变化规律,最后通过对比试验值与理论值验证所提方法的有效性。结果表明:随着滚珠表面擦伤缺陷扩展,丝杠副产生的振动变得更加剧烈,频谱尖峰幅值明显增大;试验所得结果与理论值相对误差为4.67%,证明了仿真分析的准确性。

    • 新型高转速柱塞泵转速变化压力特性研究

      2024, 52(10):168-173. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.027

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      摘要:为了研发高转速、高流量的燃油泵,以新型双斜盘柱塞泵为原型,搭建其流域简化数值仿真模型,研究不同转速下柱塞腔压力脉动机制及演变规律。对比不同转速下柱塞泵压力脉动,探究转速变化对压力大小影响;结合柱塞泵旋转过程中柱塞腔和配流盘的位置和压力变化,研究运行过程中柱塞腔内部压力波动成因。结果表明:随着转速的增加,柱塞腔内部各点压力值提高,但整体压力波动趋势一致;柱塞腔内部压力波动受到与配流盘接触情况和柱塞泵活塞一侧往复运动的影响。

    • 基于EEMD-IGWO-SVM的电机轴承故障诊断

      2024, 52(10):174-181. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.028

      摘要 (16) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电机轴承易发生损坏、传统诊断方法耗时长且准确度低等问题,提出一种基于改进灰狼优化算法(IGWO)优化支持向量机(SVM)的电机轴承故障诊断方法。对电机振动数据进行集成经验模态分解(EEMD),提取出IMF能量矩作为特征向量,并结合IGWO-SVM分类器,构造电机轴承故障检测模型。在模型引入改进Tent混沌映射、非线性收敛因子、动态权重策略,得到改进的分类算法,该算法可以快速精准地寻找SVM的最优惩罚参数C和核参数 γ。对电机轴承振动数据进行仿真实验,诊断结果表明该轴承故障方法平均准确率高达99.4%。最后通过实验验证提出的诊断方法具有良好的算法稳定性和抗噪性能,可有效提高故障诊断精度。

    • 随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估

      2024, 52(10):182-188. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.029

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      摘要:以2 MW水平轴变速风力发电机齿轮传动系统为研究对象,对已产生裂纹的风机齿轮进行可靠性评估。以随机风速作为风机齿轮箱外部载荷,通过齿轮的转矩、切向载荷,计算齿轮齿根所受应力,并采用Weibull分布进行拟合;根据断裂概率与齿轮所受最大应力之间的关系和Griffith理论,建立断裂概率与裂纹之间的模型;基于Paris公式建立裂纹与载荷加载次数模型;最后,将上述2种模型结合,利用可靠度与失效率之间的关系,建立考虑随机载荷条件下,风机齿轮的动态可靠性模型。以风机齿轮箱中太阳轮为例,结果表明:相对于初始可靠度大于0.99的太阳轮,所验证的太阳轮初始可靠度在低至0.5的情况下,经过高载荷的作用,其可靠度会急剧下降,直至失效。在确定的材料下,所提模型可以较好地反映不同应力水平下裂纹扩展以及裂纹对可靠度的影响,可较好地应用于工程实践中。

    • 液压油箱卸压活门三参数威布尔寿命分布灰色建模

      2024, 52(10):189-193. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.030

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      摘要:针对三参数威布尔分布参数估计的难题,提出一种三参数威布尔分布参数的灰色估计方法。基于某型液压油箱卸压活门使用阶段的随机截尾型可靠性数据,采用 GM(1,1) 估计三参数威布尔分布模型的参数。结果表明:应用灰色模型 GM(1,1) 能够估计出三参数威布尔分布的3个参数,避免了迭代过程,具有求解速度快、所需子样少、精度高、计算机编程方便等优点,同时也验证了三参数威布尔分布模型比两参数威布尔分布模型更为精确,可为武器装备在使用阶段提供一种更为精确的可靠性分析方法。

    • 基于机器识别的带钢表面缺陷检测研究

      2024, 52(10):194-200. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.031

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      摘要:针对传统带钢表面缺陷检测技术落后、效率不高及小目标识别能力不足等问题,提出一种改进的YOLOv5s-Tiny目标检测模型,在保持模型较小计算量的同时提升检测速度和识别精度。通过将主干网络GSP-Darknet53替换为轻量级GhostNet网络,减少模型参数的数量,提高推理速度。在主干网络加入CBAM注意力机制,通过通道注意力机制和空间注意力机制对特征信息进行融合增强,提高小目标检测精度,并将损失函数GIoU改进为EIoU,提高检测框定位能力。最后将改善后的训练模型格式转换后安装到手机安卓端验证优化的有效性。结果表明:在东北大学数据集中,改进后模型检测精度提高1.5%的同时,召回率提升了1.5%,参数量减少12.3%;安卓端检测速度约为120 ms,完成带钢缺陷的实时检测。

    • 基于DPCA的涡旋压缩机主轴故障信号调制特性研究

      2024, 52(10):201-206. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.032

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      摘要:为了揭示涡旋压缩机的振动和噪声的机制与调制特性,通过搭建实验平台,模拟主轴磨损故障。利用信号解调方法对振动及噪声信号特性进行讨论,探究此类故障对涡旋压缩机的影响。通过与循环平稳分析方法对比,验证了基于时频分析与主成分分析(DPCA)的信号解调方法处理涡旋压缩机信号的优越性。利用DPCA方法提取涡旋压缩机的信号调制特征,讨论了不同工况下的信号特性及产生机制。结果表明:周期性变化的电磁力与压力增强了主成分中调制频率的幅值, x 和 y 方向的振动对噪声的变化起主导作用。

    • 滚动轴承性能可靠性的随机演变

      2024, 52(10):207-214. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.033

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      摘要:针对大量工程实践对于滚动轴承性能可靠性的研究需求,对于滚动轴承性能可靠性的随机演变过程开展具体分析。选取服役期间滚动轴承的性能为研究对象,开展专门的试验获取轴承性能的原始时间序列,采用多种混沌预测方法预测轴承性能未来时间序列并构建可靠性演变函数。基于速度与加速度的联合演变特征量刻画了滚动轴承性能可靠性演变的不确定态势,实现了滚动轴承性能可靠性的内在演变趋势的分析和预测,有效揭示了轴承性能可靠性演变的随机力学本质。

    • 数字孪生驱动的数控车床主传动系统故障诊断研究

      2024, 52(10):215-220. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.10.034

      摘要 (19) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:数控车床主传动系统是机床的核心部件,其一旦发生故障会造成加工质量甚至作业安全问题。数字孪生技术能降低故障诊断的难度,但目前研究仍存在物理实体到虚拟实体转换效率低和神经网络过拟合问题。为了解决上述问题,提出一种基于数字孪生和正则化BP神经网络的故障诊断方法。建立数控车床主传动系统数字孪生模型,通过OPC UA通信完成了物理实体和虚拟实体间孪生数据的交换,对比分析正则化改善过拟合问题的4种方法,构建了丢弃法正则化BP神经网络故障诊断模型。通过对比不同信噪比下BP神经网络、丢弃法正则化BP神经网络和卷积神经网络的损失函数和预测准确度,验证了诊断模型的可行性和算法的适用性。

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