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机床与液压
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主 管 单 位 : 中国科学技术协会

主 办 单 位 : 中国机械工程学会
广州机械科学研究院有限公司

主          编 : 闵新和

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邮          编 : 510700

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国内统一连续出版物号 :CN44-1259/TH

国际标准连续出版物号 :ISSN1001-3881

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    2022年 第50卷 第24期
    • 轴向超声振动车削316L不锈钢试验研究
      朱健,殷振,张坤,张鹏

      摘要:对316L不锈钢进行轴向超声振动车削和普通车削单因素对比试验,研究超声振幅和加工工艺参数(切削速度、进给量)对切削力和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:轴向超声振动车削能够有效降低切削力、表面粗糙度和表面轮廓高度;与普通车削相比,采用轴向超声振动车削加工方式,超声振幅越小,表面粗糙度的改善效果越明显;当进给量由5 μm/r增加到25 μm/r,轴向超声振动车削的主切削力降低了17%~21%,表面粗糙度降低了21%~28%;随着切削速度的增大,轴向超声振动车削的表面粗糙度和切削力先下降后上升,存在最佳切削速度范围,表面粗糙度最多可降低29.9%,切削力最多可降低30.1%。

    • 支承偏移的轴承套圈定位误差及补偿方法分析
      段成龙,张明柱,杜宏林,邱明,李治伟

      摘要:提出一个关于测力传感器变形引起的定位误差补偿方法。针对磨削轴承套圈的电磁无心夹具,在前后两个支撑上分别安装测力传感器,当支撑径向定位轴承套圈时,测力传感器精确测量轴承套圈所受支撑力并发生相应偏移。通过分析无心磨削支撑与工件的位置关系和定位误差的变化规律,推导出测力传感器受力变形导致支撑发生偏移引起的定位误差的计算公式,并提出通过控制砂轮架进给的方法补偿定位误差。结果表明:测力传感器变形会影响套圈的加工精度,此方法能够补偿该定位误差。且通过对比补偿前后的磨削时间表明,此方法能提高轴承套圈外圆磨削效率。

    • 面向再制造升级的模块重构设计方法研究
      康博凯,张秀芬

      摘要:针对产品技术落后而无法再制造重用的问题,提出面向再制造升级的模块重构设计方法。为便于产品拆卸、装配、回收等,基于设计结构矩阵对产品进行绿色模块划分,并基于MATLAB开发了再制造模块划分平台原型系统,将回收类型一致的零部件进行聚类,形成新模块;提出基于功能、结构、回收等合理性准则的模块划分结果合理性分析方法,针对存在冲突的模块,采用TRIZ理论的矛盾矩阵进行冲突消解,得到产品的重构设计方案。以永磁同步曳引机为研究对象,验证了所提方法的有效性与可行性。

    • 大模数齿轮齿条副单齿啮合强度分析与实验验证
      陈保家,贡宗星,肖文荣,陈法法,肖能齐,刘强

      摘要:大模数齿轮齿条驱动式起升机构服役环境和运行工况复杂、系统组件之间的相互耦合性日益增强,在多齿-单齿-多齿交替的运行周期中,单齿啮合较多齿啮合承载应力更大,因此,需要对单齿啮合的强度和刚度变化进行分析,提高齿轮齿条副承载能力研究的准确性。以三峡升船机为研究对象,搭建立式齿轮齿条起升机构传动系统工况模拟实验台,研究其中6种工况,对齿轮齿条起升机构的接触强度和弯曲强度进行理论分析,使用有限元软件对单齿工作期间内的两种应力及刚度变化进行仿真分析,并与理论分析进行比较,最后通过实验验证理论与仿真的准确性,误差均在10%左右。仿真分析结果表明:各工况下单齿啮合刚度随着转角和载荷的增加而增大,强度的变化趋势与其一致。

    • 双臂机器人的轨迹跟踪控制方法研究
      周震,崔国华,潘颖,韩家哺

      摘要:针对工件在实际加工中打磨空间局限、精度不高等问题,为提高机器人作业的轨迹跟踪效果,提出一种双臂机器人轨迹跟踪控制方法。以轮毂打磨为研究背景,主从架构中夹持机器人采用PD控制,夹持待打磨工件进行位置跟踪运动控制;打磨机器人采用基于位置的阻抗控制,实现力控和末端位置补偿,提高定位精度。基于MATLAB/Simulink设计仿真模型验证可行性,并完成实验验证。实验结果表明:当机器人末端在外界干扰力作用下,能自适应地跟踪及修正轨迹,满足双臂机器人轨迹跟踪控制的要求。

    • 基于Hopf振荡器的船舱检测机器人步态规划研究
      眭翔,周瑞吉,徐林森,刘进福,龙杰,李泽林

      摘要:船舶等海洋工程装备其舱内具有设备众多、空间受限和结构复杂等特点,传统人工巡检不能解决安全和效率的问题。针对这些问题,结合仿生技术,采用负压吸附和电磁吸附两种吸附方式,设计一种船舱检测的多模式攀爬机器人,该机器人能够在狭小空间运动,并且能够适应不同材质的壁面。基于改进的D-H参数法建立机器人运动学模型,进行运动学正解、逆解的计算;分析机器人运动步态,对比传统的步态控制方法,提出基于Hopf振荡器的机器人步态规划策略;搭建样机控制平台,进行步态控制对比测试。实验结果验证了多模式船舱检测机器人的步态规划的稳定性,为船舶等海工装备新形态检测机器人的研究拓展了新的思路。

    • 香蕉果柄夹持与切割复合执行机构设计与实验
      欧炬基,张日红,胡宏男,黄鑫彬,钟建鸣,黄家俊

      摘要:香蕉高位大尺寸特点给香蕉的采摘带来很大的难度,目前以人工采摘作业为主的方式需耗费巨大的人力成本。提出一种香蕉果柄夹持和切割复合执行机构,该复合执行机构主要由夹持与摆切机构、电动链锯、摆头基座和液压系统所组成。夹持与摆切机构和履带行走的驱动动力均来自于安装在履带车底部的液压动力系统。针对香蕉果柄模拟直径为90~120 mm的夹持力学性能实验结果表明:香蕉果柄夹持与切割复合执行机构可以稳定夹持60 kg的负载质量,负载越重需要的最小夹持力就越大,对应的减压阀调节压力也越大,在同一负载下香蕉果柄直径变大需要的夹持力也会增大。将香蕉果柄夹持与切割复合执行机构安装于适配的农业机器人末端,可一次性完成香蕉果柄的夹持、切割和整串香蕉的吊放作业。

    • 基于MEA-NARX神经网络主轴热误差建模
      孙昂,王丽爽,谢新连

      摘要:为了有效提高基于非线性时间序列的热误差预测模型精度,利用F统计检验确定模糊C均值聚类的聚类数目,结合不同量纲一化处理的灰色关联分析排序筛选出关键温度测点,建立基于NARX神经网络的热误差预测模型,通过设置输入延时阶数、输出延时阶数和隐含层神经元个数的范围,利用思维进化算法对输入、输出延时阶数和隐含层神经元个数进行寻优,与随机选取参数的NARX神经网络预测模型相比,模型预测精度提高了36.98%。

    • 自动绕线机控制系统的研究
      孙志龙,贾立民,刘勇,李立杰,王华震

      摘要:针对目前市场上封闭环状结构绕线存在人工绕制效率低和机器绕制效果差的现象,自主研发一套自动绕线机控制系统,实现了绕线自动化以及对绕线精度和张力的精准控制。运用CC-Link、RS232以及RS485总线等技术,通过PLC与各个伺服硬件等进行通信,完成控制系统的搭建。控制系统主要围绕储线、绕线以及张力调节三大功能,利用Modbus协议完成对储线功能的编程,以及通过UG运动仿真和PID控制思想对绕线功能与张力稳定控制进行程序编写,得到绕线过程中线梭轮和储线轮电机的位置关系,通过样机试验证明控制系统的有效性。

    • 液压挖掘机动臂无动力下放系统的研究
      曾献勇,何文德,林佳庆,邹修敏,张国勇

      摘要:针对目前液压挖掘机动臂有动力下放系统所使用的节流阀节流面积固定、回油管路长、阀口发热大、能耗高及易爆管等问题,采用增加防爆管阀、电磁阀、压力开关、控制器及改变多路阀中位机能等措施,研制了一种发热小、能耗低、启动平稳、结构简单、成本低、无故障使用寿命长的液压挖掘机动臂无动力下放系统。试验结果表明:采用动臂无动力下放系统实现了节能减排,比有动力下放系统发热减少近50%,为散热系统减轻了负荷。

    • 微细电化学加工的自适应进给控制系统
      李鲁,张建华,高世平,葛红宇,俞耀,杜欣如,高洪,杨秋苹

      摘要:为实现微细电化学加工间隙的精确控制,达到稳定间隙乃至恒间隙加工,对加工间隙进行建模,提出并实现一种微细电化学加工进给自适应控制系统。采用嵌入式控制器结合专用集成电路的控制结构,设计软硬件实现间隙控制系统与加工实验装置,分别利用酸、碱电解液进行加工实验,实现了400、600 μm的微小孔。实验结果表明:设计的微细加工自适应控制系统与实验装置能够保证稳定加工间隙,满足微细加工工艺要求。

    • 面向高速钢轧辊材质磨削的磨床电解磨削装置控制系统研发
      蒋佳彤,吴怀超,聂龙,李健

      摘要:针对高速钢轧辊材质的修复问题,展开高速钢轧辊材质电解磨削装置控制系统研发工作。基于普通外圆磨床的机床,以S7 200 SMART系列PLC为控制器对阴极进给系统、电解液供液系统和加工系统进行控制。其次,展开高速钢轧辊材质电解磨削装置控制系统的硬件、软件以及人机交互设计,该控制系统具有自动对刀、故障检测等模块化功能。再者,对加工间隙控制提出了一种带修正因子的模糊控制器-PI双模控制方法,建立MATLAB/Simulink仿真模型,其结果表明该控制方法效果理想,鲁棒性强,可整定控制器增益参数,并将该算法编程于PLC中,最终可实现加工间隙控制过程稳态误差小、超调小、响应快、稳定性好。最后,展开预实验,探究了加工间隙以及温度对加工电流的关系,结果表明加工电流随加工间隙的增加而减小,随温度的升高而增加。

    • 基于共享库的通用工业机器人示教器软件设计
      杨亮亮,叶佳保

      摘要:针对市场对工业机器人需求多样化的趋势,设计一款应用于嵌入式Linux操作系统的通用示教器软件。基于QT开发框架进行人机交互界面设计,依据需求分析和示教器的工作原理设计了运动控制模块、机器人语言的代码编辑模块、基于机器人语言代码示教复现模块以及通信与数据采集模块等内容。为了让示教器软件具有通用性,在软件架构中引入了Linux操作系统共享库技术,将与机器人算法相关的代码按照通用的接口集成到可替换的共享函数库之中。最后结合摆臂焊接机器人和SCARA机器人机械本体搭建了工业机器人控制系统并且分别进行操作测试,结果表明设计的示教器软件人机界面友好,功能完善,并且可以应用于不同的工业机器人。

    • 轮毂电机端盖总成压装轴承抓取机构设计分析
      杨路超,沈婷婷,陈啸,邱自学

      摘要:轮毂电机端盖总成单机压装效率低、工序分散。在分析轮毂电机端盖总成结构及压装工艺的基础上,设计“轴承-端盖-油封”一体式压装装置。压装装置中,轴承抓取机构利用O形圈与轴承内圈之间的摩擦力实现轴承的抓取。提出一种根据所需摩擦力大小,利用Lindley公式、经验公式等进行O形圈选型计算及沟槽设计的方法。根据仿真方案进行样机试制,结果表明:设计的轴承抓取机构能够实现轴承的稳定抓取压装以及压装后与轴承自动分离。

    • 直驱机床矿物质材料龙门框架优化设计及分析
      宋增誉,彭晋民,胡高尚,余罗兼

      摘要:为了加工直径320 mm,高度250 mm的工件,在保证各类相关尺寸的情况下设计了一种床身和龙门框架为矿物质材料的五轴直驱复合加工中心。为了减轻机床的质量并降低其重心,对矿物质材料龙门框架进行以提高模态性能和柔度最小化为目标的拓扑优化设计,再用多目标遗传算法对拓扑优化后的龙门框架进行尺寸优化,并前后多次对其动、静态性能进行仿真分析和比较。对比市场现有铸铁龙门框架与最终优化后的矿物质材料龙门框架,结果显示:矿物质材料龙门框架质量上降低了15.03%,最大变形降低了8.7%,最大应力降低56.68%,一阶固有频率增大了23.45%。优化后的矿物质材料龙门框架在静、动态特性以及轻量化方面都要明显优于铸铁龙门框架支承件。

    • 基于EtherNet/IP工业以太网的FANUC机器人上下料单元系统集成应用研究
      曹锦江,高世平

      摘要:针对上下料单元设备间通过物理I/O硬件连接施工和维护麻烦、不易扩展等缺点,构建基于工业以太网上下料系统集成方案。重点研究基于EtherNet/IP工业以太网的罗克韦尔PAC、FANUC系统数控机床以及FANUC机器人设备之间数据通信,分析产品加工流程,机器人夹具快换功能,设备上下料程序。通过搭建的实验平台,验证设计方案的正确性,软件性能稳定和功能丰富。结果表明:基于工业以太网的上下料单元硬件连接简单,维护方便,通信数据丰富,功能开发灵活。

    • 基于DSP低压铸造铝合金轮毂智能温度控制系统设计
      赵岩,李玉龙,臧勇,陈业高,陆文龙

      摘要:为实现智能化控制铝合金轮毂在半固态凝固区间快速凝固,设计一款ARM+DSP控制系统,通过实时获取当前模具温度及充型速度,预判铸件温度情况,从而控制冷却系统。通过ARM设定温度及压力参数,DSP计算和处理压力和温度数据,并根据反馈的数据,控制冷却系统中水冷和风冷的开启和持续时间,实现对铸件温度的精准控制,使低压铸造的轮毂在固液相凝固温度区间快速顺序凝固,获得较好的表面质量和机械性能,从而实现对连续低压铸造铝合金轮毂生产的智能化控制。

    • 钻挖一体式挖掘机流量再生与能量回收节能研究
      刘小强,单根立,李滨

      摘要:采用一机多能型挖掘机进行复杂的管路施工,给管道工程带来了极大的便利。在挖掘和钻孔作业时,动臂下降的重力势能会转化为液压能并在溢流阀处流回油箱形成溢流损失。在动臂的液压油路中设置流量再生回路,提高动作速率。利用阀控系统回收动臂下降的重力液压势能,将回收在蓄能器中的液压能驱动定量马达带动发电机发电,将电能储存在蓄电池中,为挖掘机上其他用电器提供电能。利用AMESim软件进行液压仿真,与现有的挖掘机相比,回收动臂下降液压能极大地提高了系统能量利用率,流量再生提高了挖掘机运动速率。研究结果表明:动臂下降能量回收效率为40%左右。

    • 钝圆半径对径向中径差影响的数学模型分析
      任杰,李婷婷,孟宇,张锐,闫献国

      摘要:螺纹连接作为飞机中最重要承力构件,对飞机的安全性有重大的影响。所以在制造飞机的常用材料Al7075上制造出高质量的内螺纹就显得十分关键。径向中径差作为评价内螺纹质量的重要参数,对内螺纹的质量影响很大。钝圆半径会影响内螺纹的加工质量,为了研究它对Al7075攻丝加工的径向中径差影响,建立攻丝加工的准静态数学模型来进行仿真,并通过试验进行验证。结果表明:模型能够有效预测径向中径差的变化趋势;径向中径差随钝圆半径的增加呈先减小后增大的趋势,并且在10 μm时获得了最小的径向中径差。

    • 单轨吊起吊液压回路启动特性分析
      杜威,罗瑜,罗艳蕾,穆洪云,任晓德

      摘要:随着采矿设备的发展,开采量的增加对近年来广泛应用的单轨吊的性能提出了更高的要求。以单轨吊起吊液压回路为研究对象,分析其液压制动缸进油路上的阻尼孔对马达启动的影响。建立系统的数学模型,并在Simulink中仿真得出结果,再通过AMESim进行仿真试验。结果表明:在制动液压缸的进油路上设置阻尼孔对马达的启动具有延时作用,可以让马达有足够大的启动转矩时迅速启动,防止因解除制动过快而马达启动转矩不足的情况出现;相对于无阻尼孔的回路,其液压冲击也会减弱,随着阻尼孔孔径的减小,延时效果会更加明显。

    • 基于圆形分割算法的圆度误差评定
      李国文,须颖,刘阳,王赛男,张倩,安冬

      摘要:准确评定圆度误差对于提高加工精度、保证零部件的工作精度具有重要意义。针对圆度误差评定准确性不高和计算速度慢的问题,提出一种圆度误差评定算法——圆形分割算法,建立新的数学模型,并将圆形分割算法与最小包容区域法的几何判断相结合评定圆度误差。以最小二乘圆心为初始圆心,以一定半径作圆,经过迭代,搜索实时圆心的位置,然后利用相交弦的几何结构进行判断,最后得到最小包容区域圆心。该方法无需满足等间隔采样和小偏差假设。经过算法验证,对圆度误差进行评定与比较,结果表明:利用该方法评定圆度误差的结果准确性高,计算速度快,稳定性好。

    • 单轨吊起吊马达先导式电液比例同步控制仿真分析
      张丽,穆洪云,刘尧

      摘要:为了克服单轨吊偏载起吊和负载波动工况,提高设备的安全性,提出一种单轨吊起吊马达Fuzzy-PID同步控制系统。分析该系统液压工作原理,选择主从同步控制策略;在AMESim和Simulink中建模;进行联合仿真,并与PID进行比较,分析系统的同步性和鲁棒性。仿真结果表明:单轨吊起吊马达采用Fuzzy-PID是切实可行的,与PID相比具有响应速度快,超调量小,鲁棒性好的优点。Fuzzy-PID在偏载起吊时,系统在08 s内达到稳定转速,相对于PID提高了42.1%;最大同步误差为35 r/min,相对于PID降低了27.1%;稳定后同步误为0.6 r/min,相对于PID降低了40%。负载波动时,系统在0.4 s内达到稳定转速,相对于PID提高了429%;最大同步误差为13 r/min,相对于PID降低了9%。故Fuzzy-PID可以有效解决起吊马达偏载起吊和负载波动工况,能保证单轨吊起吊动作平稳、同步、安全进行。

    • 圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真与验证
      张欢,余丽,王纪章

      摘要:针对基于实体建模技术的滚齿加工仿真问题,开发一种圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真方法。研究圆柱齿轮滚齿加工的运动学模型。根据滚刀和齿轮毛坯的几何参数创建三角形网格模型,并转换为引擎内的Dexel模型。同时,借助Delaunay三角剖分和Alpha形状重构进行高效的CWE计算和未变形切屑几何仿真。采用斜角切削模型来计算每个时间步上所有啮合节点的力分布。使用利勃海尔LC500滚齿机对所提仿真方法进行了验证,并结合旋转测力计和卡尔曼滤波器来补偿结构动力学,从而进行准确的切削力测量。结果表明:所提方法能够准确预测出沿滚刀刃口离散节点的三维力分布,预测误差(均方根和标准差)在4%~12%之间,且当切削条件变化时,仍然可以准确预测轴向和横向的切削力,有助于进一步提高滚齿加工仿真的效率与精度。

    • 间隙比对燃油泵滑动轴承承载特性的影响分析
      顾广溪,郭垠昊,王峥嵘

      摘要:针对高负载、高转速工况下燃油齿轮泵的滑动轴承因油膜厚度较薄易发生磨损从而导致滑动轴承失效的问题,鉴于间隙比是滑动轴承最小油膜厚度的主要影响因素,以某型燃油泵用滑动轴承为研究对象,通过PumpLinx仿真分析不同间隙比下轴承最小油膜厚度、承载力、压力及温度分布情况等。分析某型燃油泵齿轮轴的挠性变形问题,进而在泵最低转速和最高转速两种工况下,分别分析滑动轴承间隙比与最小油膜厚度、承载力之间的关系,分析轴承温度及周向和径向压力的分布情况。结果表明:在相同的配合间隙比下,油膜厚度减小时,滑动轴承承载能力增加;间隙比减小时,轴承承载能力增加;转速提高时,轴承承载能力增加;无论压力分布还是温升情况,在齿轮轴和滑动轴承配合间隙比最小时情况最佳。

    • 囊式蓄能器橡胶球囊屈曲失稳变形研究
      段成红,王波,罗翔鹏,李芳妍

      摘要:囊式蓄能器工作时以压缩橡胶球囊内部气体的形式储存能量和稳定压力变化。基于理想气体状态方程和Mooney-Rivlin超弹本构方程,采用线性摄动和显式动力分析方法对囊式蓄能器流体腔有限元模型依次进行了特征值屈曲分析和非线性后屈曲分析。结果发现:在均布液压载荷作用下,橡胶球囊出现了3个凹坑的变形形态,与实验中出现的变形一致,表明产生3个凹坑变形原因是橡胶球囊发生了屈曲失稳;显式动力分析方法解决了橡胶大变形存在的计算收敛差、计算效率低等问题,为橡胶材料三维实体模型大变形模拟提供了一个良好的仿真方法;橡胶球囊流体腔模型腔体体积与腔内压力呈近似反比例关系,与理想气体绝热方程吻合,表明采用流体腔模拟橡胶球囊内部气体腔具有可靠性。

    • 民用飞机机轮刹车系统蓄压器建模与仿真
      陈国慧,邓伟林,马晓军

      摘要:立足民用飞机运行场景,结合适航规章,提出一种以需求为导向的飞机系统正向设计方法。以飞机机轮刹车系统蓄压器刹车为例,分析利益相关方的需要, 定义系统蓄压器相关需求,并对蓄压器刹车过程进行分析和计算。基于MATLAB/Apps平台建立蓄压器刹车系统通用仿真软件,对系统蓄压器相关需求进行基于模型的确认。最后,基于Simscape和Simulink平台建立机轮刹车系统的多学科集成模型,用于蓄压器刹车系统协同仿真,对系统蓄压器相关需求进行基于模型的验证。以需求为导向构建的正向设计方法,在系统初步设计阶段完成了需求定义,并通过模型完成了需求的确认与验证,降低了系统研制风险。

    • 基于VMD混合域特征和SSA-SVM的滚动轴承故障诊断
      陈维望,李军霞,张伟

      摘要:滚动轴承早期故障信号易受噪声干扰,故障冲击成分难以提取,故障识别困难。为从多角度提取故障轴承振动信号特征参数,利用变分模态分解(VMD)将振动信号分解为若干本征模态分量(IMFs),基于包络熵、相关系数、峭度筛选IMF分量。提取所选IMF的时域和频域特征、信号VMD能量熵及各IMF能量比组成特征向量,从时域、频域和能量角度反映故障信息。使用麻雀搜索算法(SSA)优化SVM参数,确定最优参数,克服参数选择难题。将样本特征向量输入SSA-SVM中进行故障分类,轴承故障实验数据表明:该方法故障识别平均准确率在98.71%以上;与单一域特征相比,该方法对故障类型和损伤程度识别效果更佳。

    • 基于模糊故障树的某重型数控机床主轴系统可靠性分析
      陈红霞,王纪华,马爱博,郭春成,李宏悦

      摘要:为提高数控机床主轴系统的可靠性,找出主轴系统的薄弱环节,以某重型数控卧式铣镗床主轴系统为研究对象,建立以主轴系统故障为顶事件的故障树。由于时间和成本的限制很难得到基本事件故障率的准确值,因此结合专家判断法和模糊集理论,将专家意见汇总为梯形模糊数,确定出基本事件的发生概率,对故障树展开定性定量分析,并计算基本事件的重要度。最后通过基本事件的重要度排序结果,确定出影响系统的关键故障因素。

    • 基于CEEMDAN自适应小波降噪与卷积神经网络的齿轮箱故障诊断研究
      蔡超志,白金鑫,池耀磊,张仲杭

      摘要:噪声情况下精确地对齿轮箱进行故障诊断是齿轮箱故障诊断的难题。为了解决该难题,采取自适应小波对自适应噪声完全集合经验模态分解(CEEMDAN)分量进行分解降噪与重组,并提出卷积神经网络(CNN)结合Inception模块的一维卷积神经网络(BICNN)提取重构信号的基本数字特征,同时使用长短期记忆提取BICNN所提取到的特征之间的相关性特征,对齿轮箱进行故障诊断研究。诊断结果表明:所提出的方法具有较高的抗噪声能力,并且齿轮箱在受到-4 dB噪声干扰的情况下,所提出的方法仍然可以获得99.63%的训练精度。

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