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2012年 31卷 第5期
2012, 31(5): 689-693.
摘要
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摘要:
针对内圈产生单一局部缺陷的滚动轴承,在假设内圈不动的前提下,以弹性力学为基础,同时考虑缺陷宽度、深度以及载荷区等因素,根据滚动体通过缺陷时接触变形量的变化所引起的弹性接触力的变化,建立了动力学模型。通过数值仿真,证实了当内圈产生单一局部缺陷时,滚动轴承振动信号的低频成分为内圈的旋转频率、滚动体通过内圈的频率及其倍频以及由它们形成的边频这一在滚动轴承故障诊断中常用的结论。合理地解释了倍频产生的原因。实验结果与数值分析结果的对比表明所建模型能够有效地解释内圈局部缺陷轴承的振动特征。
针对内圈产生单一局部缺陷的滚动轴承,在假设内圈不动的前提下,以弹性力学为基础,同时考虑缺陷宽度、深度以及载荷区等因素,根据滚动体通过缺陷时接触变形量的变化所引起的弹性接触力的变化,建立了动力学模型。通过数值仿真,证实了当内圈产生单一局部缺陷时,滚动轴承振动信号的低频成分为内圈的旋转频率、滚动体通过内圈的频率及其倍频以及由它们形成的边频这一在滚动轴承故障诊断中常用的结论。合理地解释了倍频产生的原因。实验结果与数值分析结果的对比表明所建模型能够有效地解释内圈局部缺陷轴承的振动特征。
2012, 31(5): 694-697.
摘要:
针对传统遗传算法早熟与收敛性差的问题对遗传机制提出了改进策略,实现了选择概率和变异概率的自适应。研究了在ABAQUS平台下对层合板实施以稳定性为优化目标的优化设计技术,使用Python语言编写了改进后遗传算法的优化程序、ABAQUS参数化建模程序和有限元分析后结果文件搜索程序,通过算例计算得到了层合板实现最大特征值的优化铺层顺序,结果表明与简单遗传算法相比,改进后的方法最优结果一致性较强,收敛速度较快,可行性高。
针对传统遗传算法早熟与收敛性差的问题对遗传机制提出了改进策略,实现了选择概率和变异概率的自适应。研究了在ABAQUS平台下对层合板实施以稳定性为优化目标的优化设计技术,使用Python语言编写了改进后遗传算法的优化程序、ABAQUS参数化建模程序和有限元分析后结果文件搜索程序,通过算例计算得到了层合板实现最大特征值的优化铺层顺序,结果表明与简单遗传算法相比,改进后的方法最优结果一致性较强,收敛速度较快,可行性高。
2012, 31(5): 698-702.
摘要:
采用自适应粗糙表面表征的弹塑性接触模型,能在确保良好计算精度的同时,有效地减少接触计算时间。利用随机函数和傅立叶变换技术生成了一系列不同粗糙度、不同相关长度的随机粗糙表面轮廓,研究粗糙表面轮廓的坡度参数、峰顶曲率参数随轮廓相关长度的变化规律,并提出自适应阈值与峰顶曲率参数的比值参数δ-,为不同粗糙表面轮廓的自适应阈值的选择建立了依据。最后,分析了数值生成的自适应粗糙表面与一刚性平面的弹塑性接触情况。结果显示,当比值参数δ--6 mm2,不同粗糙度、不同相关长度的自适应粗糙表面轮廓与刚性平面的接触计算,均可获得较佳精度。
采用自适应粗糙表面表征的弹塑性接触模型,能在确保良好计算精度的同时,有效地减少接触计算时间。利用随机函数和傅立叶变换技术生成了一系列不同粗糙度、不同相关长度的随机粗糙表面轮廓,研究粗糙表面轮廓的坡度参数、峰顶曲率参数随轮廓相关长度的变化规律,并提出自适应阈值与峰顶曲率参数的比值参数δ-,为不同粗糙表面轮廓的自适应阈值的选择建立了依据。最后,分析了数值生成的自适应粗糙表面与一刚性平面的弹塑性接触情况。结果显示,当比值参数δ--6 mm2,不同粗糙度、不同相关长度的自适应粗糙表面轮廓与刚性平面的接触计算,均可获得较佳精度。
2012, 31(5): 703-707.
摘要:
针对快速设计中模块化后带来的模块间如何自动装配的问题,提出了基于SolidWorks的自动装配方法。该方法根据图形装配(AOG)与数据流链(DFC)进行子装配体识别顺序规划,并对SolidWorks进行二次开发,采用模型空间位置变换与特征装配相结合实现模块间的自动装配。在对零部件的参数做出修改后,系统可自动进行单个零部件的尺寸驱动与零部件之间的自动装配。最后以VB.Net程序设计语言为平台,根据以上研究开发了砂斗快速设计系统,并通过此实例验证了该方法的有效性与实用性。
针对快速设计中模块化后带来的模块间如何自动装配的问题,提出了基于SolidWorks的自动装配方法。该方法根据图形装配(AOG)与数据流链(DFC)进行子装配体识别顺序规划,并对SolidWorks进行二次开发,采用模型空间位置变换与特征装配相结合实现模块间的自动装配。在对零部件的参数做出修改后,系统可自动进行单个零部件的尺寸驱动与零部件之间的自动装配。最后以VB.Net程序设计语言为平台,根据以上研究开发了砂斗快速设计系统,并通过此实例验证了该方法的有效性与实用性。
2012, 31(5): 708-712.
摘要:
由于锆管磨削的特殊理化性能,运用传统磨削工艺,导致其磨削热大,工件表面易灼伤,而砂带由于具有磨削温度低,工件表面不易出现烧伤等特点,而有"冷态磨削"之称。采用3种不同磨料砂带对锆管进行工艺试验,对磨削后工件的标准切除率和表面粗糙度及砂带磨损表面形貌进行了观测,得出适合磨削锆管的最优砂带和次优砂带。利用ImageProPlus专业图形处理软件处理计算由相机采集的图片,很好的对砂带的堵塞情况进行了分析。讨论了砂带线速度对标准材料切除率的影响,经试验砂带线速度为12 m/s,材料切出率达到最大值,并且砂带磨损较合理。
由于锆管磨削的特殊理化性能,运用传统磨削工艺,导致其磨削热大,工件表面易灼伤,而砂带由于具有磨削温度低,工件表面不易出现烧伤等特点,而有"冷态磨削"之称。采用3种不同磨料砂带对锆管进行工艺试验,对磨削后工件的标准切除率和表面粗糙度及砂带磨损表面形貌进行了观测,得出适合磨削锆管的最优砂带和次优砂带。利用ImageProPlus专业图形处理软件处理计算由相机采集的图片,很好的对砂带的堵塞情况进行了分析。讨论了砂带线速度对标准材料切除率的影响,经试验砂带线速度为12 m/s,材料切出率达到最大值,并且砂带磨损较合理。
2012, 31(5): 713-717.
摘要:
为了研究抛光机磨头在垂直方向上的抛光量,分析了抛光机的结构和运行原理,以及磨块上的磨粒抛光瓷砖机理,分析结果得出磨头在垂直方向上以螺旋形轨迹抛光瓷砖。将磨块简化为刮刀模型,建立磨头在垂直方向上的抛光深度数学模型,并通过实验验证了所建模型的正确性。
为了研究抛光机磨头在垂直方向上的抛光量,分析了抛光机的结构和运行原理,以及磨块上的磨粒抛光瓷砖机理,分析结果得出磨头在垂直方向上以螺旋形轨迹抛光瓷砖。将磨块简化为刮刀模型,建立磨头在垂直方向上的抛光深度数学模型,并通过实验验证了所建模型的正确性。
2012, 31(5): 718-722.
摘要:
以渐开线齿轮啮合原理为基础,结合轮齿弹性变形理论及其研究成果,由反转法得到啮合冲击发生时刻各齿轮的几何位置关系及冲击速度,依据经典力学弹性碰撞理论,建立轮齿之间冲击力表达式。据此初步分析了齿轮转速、传递扭矩、传动比等主要参数对冲击力大小的影响情况。
以渐开线齿轮啮合原理为基础,结合轮齿弹性变形理论及其研究成果,由反转法得到啮合冲击发生时刻各齿轮的几何位置关系及冲击速度,依据经典力学弹性碰撞理论,建立轮齿之间冲击力表达式。据此初步分析了齿轮转速、传递扭矩、传动比等主要参数对冲击力大小的影响情况。
2012, 31(5): 723-725.
摘要:
为了快速准确的完成对制动盘固有频率的检测,开发了一套在线检测系统。该系统由传感器、数据采集硬件、数据采集及分析软件模块、在线检测软件模块及控制电路构成。详细介绍了系统的设计,论述了系统的检测原理和实现方法。应用结果表明:本系统性能稳定,能快速准确地完成对制动盘固有频率的在线检测,并直观给出制动盘合格性的判定结果。
为了快速准确的完成对制动盘固有频率的检测,开发了一套在线检测系统。该系统由传感器、数据采集硬件、数据采集及分析软件模块、在线检测软件模块及控制电路构成。详细介绍了系统的设计,论述了系统的检测原理和实现方法。应用结果表明:本系统性能稳定,能快速准确地完成对制动盘固有频率的在线检测,并直观给出制动盘合格性的判定结果。
2012, 31(5): 726-730.
摘要:
基于小波降噪和盲源分离相结合对机械信号进行分离与故障诊断。首先使用经分析选择的较好小波阈值对非平稳振动信号进行降噪,然后运用盲源分离技术分离出激振信号,结果表明利用小波阀值降噪后进行盲源分离时分离信号与源信号相似系数优于直接盲源分离;将小波降噪和盲源分离相结合应用于某燃气轮机的实测故障信号提取,诊断出转子发生了不平衡及碰摩等故障现象,与实测情况相符,有效说明了该方法在旋转机械故障诊断中的实用性。
基于小波降噪和盲源分离相结合对机械信号进行分离与故障诊断。首先使用经分析选择的较好小波阈值对非平稳振动信号进行降噪,然后运用盲源分离技术分离出激振信号,结果表明利用小波阀值降噪后进行盲源分离时分离信号与源信号相似系数优于直接盲源分离;将小波降噪和盲源分离相结合应用于某燃气轮机的实测故障信号提取,诊断出转子发生了不平衡及碰摩等故障现象,与实测情况相符,有效说明了该方法在旋转机械故障诊断中的实用性。
2012, 31(5): 731-734.
摘要:
以标准材料试样和实际汽车零件为例,研究了不同试验对象对低载强化特性的影响。研究结果表明,试验对象对低载强化特性有很大的影响。汽车零件具有明显的低载强化特性,强化次数比低标准材料试样低,并且可以确定强化载荷区域。而标准材料试样的强化条件比较苛刻,强化次数高,强化载荷需要与强化次数合理搭配才能发现强化效果。初步分析了两类试验对象具有不同低载强化特性的原因。
以标准材料试样和实际汽车零件为例,研究了不同试验对象对低载强化特性的影响。研究结果表明,试验对象对低载强化特性有很大的影响。汽车零件具有明显的低载强化特性,强化次数比低标准材料试样低,并且可以确定强化载荷区域。而标准材料试样的强化条件比较苛刻,强化次数高,强化载荷需要与强化次数合理搭配才能发现强化效果。初步分析了两类试验对象具有不同低载强化特性的原因。
2012, 31(5): 735-739.
摘要:
针对强烈的非线性、非Gauss性和非平稳性的旋转机械振动信号,提出一类基于小波包分析技术和传统的时频分析技术相结合的非平稳信号的短时快变过程时频分析方法,利用小波变换来实现变尺度的时频原子(小波族函数)信号的分解,用FFT完成对信号的时频分析。以此短时快变时频分析方法仿真完成了对含有冲击信号的轴承轴颈振动信号的分析,获得了其时域振动情况和频域特性。一组模拟仿真结果表明:该方法能够清晰地获知旋转轴承轴颈处受到的冲击响应的频率范围,并能在一定程度上反映出冲击的幅值;其对非平稳信号的时频特性提取精度较FFT和STFT有显著提高。
针对强烈的非线性、非Gauss性和非平稳性的旋转机械振动信号,提出一类基于小波包分析技术和传统的时频分析技术相结合的非平稳信号的短时快变过程时频分析方法,利用小波变换来实现变尺度的时频原子(小波族函数)信号的分解,用FFT完成对信号的时频分析。以此短时快变时频分析方法仿真完成了对含有冲击信号的轴承轴颈振动信号的分析,获得了其时域振动情况和频域特性。一组模拟仿真结果表明:该方法能够清晰地获知旋转轴承轴颈处受到的冲击响应的频率范围,并能在一定程度上反映出冲击的幅值;其对非平稳信号的时频特性提取精度较FFT和STFT有显著提高。
2012, 31(5): 740-743.
摘要:
彩色设备的特征化是指设备相关颜色空间与标准色空间之间的转换,它是色彩管理技术的关键技术之一。以RGB颜色空间与CIE L*a*b*颜色空间转换为例,采用小脑模型神经网络(cer-ebellar model articulation controller,CMAC)进行设备颜色空间的特征化,以BP神经网络的方法和颜色空间转换模糊神经辨识方法对该模型进行比较研究,并利用Matlab软件进行了仿真。仿真结果显示,当训练样本总数为729个时,经过不到100次的迭代,网络既可以满足输出精度要求,并且检验样本的平均色差为1.35,表明该算法具有更快的模型转换速度和更高的转换精度。
彩色设备的特征化是指设备相关颜色空间与标准色空间之间的转换,它是色彩管理技术的关键技术之一。以RGB颜色空间与CIE L*a*b*颜色空间转换为例,采用小脑模型神经网络(cer-ebellar model articulation controller,CMAC)进行设备颜色空间的特征化,以BP神经网络的方法和颜色空间转换模糊神经辨识方法对该模型进行比较研究,并利用Matlab软件进行了仿真。仿真结果显示,当训练样本总数为729个时,经过不到100次的迭代,网络既可以满足输出精度要求,并且检验样本的平均色差为1.35,表明该算法具有更快的模型转换速度和更高的转换精度。
2012, 31(5): 744-748.
摘要:
雷达作为典型的电子设备,在航天测控中发挥非常重要的作用。在讨论确定备件数目的基本方法基础上,分析了雷达分系统划分的基本原则,通过分系统故障概率的建模分析,在假定备件更换时间忽略不计条件下,采用泊松过程方法,推导出系统故障概率的积分表达式,据此提出了分系统平均能工作时间和平均可用度的计算方法,从而解决了雷达的分系统级别设备的备件分析问题,为航天发射场平时可用性、任务可靠性,以及备件采购等,提供了工程实用的分析和计算方法。
雷达作为典型的电子设备,在航天测控中发挥非常重要的作用。在讨论确定备件数目的基本方法基础上,分析了雷达分系统划分的基本原则,通过分系统故障概率的建模分析,在假定备件更换时间忽略不计条件下,采用泊松过程方法,推导出系统故障概率的积分表达式,据此提出了分系统平均能工作时间和平均可用度的计算方法,从而解决了雷达的分系统级别设备的备件分析问题,为航天发射场平时可用性、任务可靠性,以及备件采购等,提供了工程实用的分析和计算方法。
2012, 31(5): 749-752.
摘要:
目前液压伺服系统广泛应用于航空航天等高精尖领域,要求输出快速无超调地跟踪输入指令,并且控制精度高。针对液压伺服系统的强非线性特性和重复运动的特点,结合重复控制补偿和CMAC的优点,将CMAC和重复控制补偿与PID控制相结合构建一种复合PID控制器,用于液压伺服系统的位置控制。仿真结果表明:该复合PID控制方法与单纯的CMAC与PID并行的控制器相比,提高了系统对周期信号的跟踪精度,提高了系统的响应速度,增强了系统的抗干扰能力。
目前液压伺服系统广泛应用于航空航天等高精尖领域,要求输出快速无超调地跟踪输入指令,并且控制精度高。针对液压伺服系统的强非线性特性和重复运动的特点,结合重复控制补偿和CMAC的优点,将CMAC和重复控制补偿与PID控制相结合构建一种复合PID控制器,用于液压伺服系统的位置控制。仿真结果表明:该复合PID控制方法与单纯的CMAC与PID并行的控制器相比,提高了系统对周期信号的跟踪精度,提高了系统的响应速度,增强了系统的抗干扰能力。
2012, 31(5): 753-759.
摘要:
针对传统数据挖掘方法中对于估计设备状态假设条件过多的问题,提出了基于马氏田口法(mahalanobis-taguchi system,MTS)的设备状态特征变量识别与优选方法。将马氏距离作为描述空间的单位量,基于正常样本建立特征变量基准空间;通过特征变量正常样本与异常样本马氏距离的对比对基准空间的有效性进行验证;利用正交表和信噪比分析对特征变量进行优选,剔除对状态识别结果影响不显著的特征变量;以微型数控铣床主轴上的滚动轴承为例搭建实验平台,证明通过该方法所选特征变量对滚轴运行状态具有较强的表征能力。
针对传统数据挖掘方法中对于估计设备状态假设条件过多的问题,提出了基于马氏田口法(mahalanobis-taguchi system,MTS)的设备状态特征变量识别与优选方法。将马氏距离作为描述空间的单位量,基于正常样本建立特征变量基准空间;通过特征变量正常样本与异常样本马氏距离的对比对基准空间的有效性进行验证;利用正交表和信噪比分析对特征变量进行优选,剔除对状态识别结果影响不显著的特征变量;以微型数控铣床主轴上的滚动轴承为例搭建实验平台,证明通过该方法所选特征变量对滚轴运行状态具有较强的表征能力。
2012, 31(5): 760-765.
摘要:
为研究摩擦对齿轮系统非线性振动的响应和稳定性的影响机理,建立考虑轮齿时变刚度和齿间摩擦的扭转非线性振动模型,用理论解析和数值计算结合的方法,研究周期双参变激励齿轮系统,在摩擦力作用下非线性振动响应和系统参数稳定性问题。研究了摩擦系数、啮合刚度因子及齿间载荷分配系数等参数,对齿轮系统非线性振动响应和参数稳定性的影响。仿真结果证明:合理设计齿轮系统的动力学参数,可有效抑制由摩擦引起的响应峰值和减小系统参数的不稳定性区域。
为研究摩擦对齿轮系统非线性振动的响应和稳定性的影响机理,建立考虑轮齿时变刚度和齿间摩擦的扭转非线性振动模型,用理论解析和数值计算结合的方法,研究周期双参变激励齿轮系统,在摩擦力作用下非线性振动响应和系统参数稳定性问题。研究了摩擦系数、啮合刚度因子及齿间载荷分配系数等参数,对齿轮系统非线性振动响应和参数稳定性的影响。仿真结果证明:合理设计齿轮系统的动力学参数,可有效抑制由摩擦引起的响应峰值和减小系统参数的不稳定性区域。
2012, 31(5): 766-770.
摘要:
基于传统最优化理论及经验估计法的机械结构优化设计存在局部极值、对目标函数的可微性有严格要求、优化结果与初始值有较大的相关性等。以五自由度机械臂杆件长度优化设计为例,建立以机械臂各杆件长度为变量的总功率、各关节角加速度和结构紧凑性的目标函数,运用多目标遗传算法结合模糊判断策略的智能优化方法,并与传统设计方法的求解计算进行对比分析,表明智能优化方法对机械臂杆件长度的优化设计结果更加满足经济性、稳定性和结构空间的要求。
基于传统最优化理论及经验估计法的机械结构优化设计存在局部极值、对目标函数的可微性有严格要求、优化结果与初始值有较大的相关性等。以五自由度机械臂杆件长度优化设计为例,建立以机械臂各杆件长度为变量的总功率、各关节角加速度和结构紧凑性的目标函数,运用多目标遗传算法结合模糊判断策略的智能优化方法,并与传统设计方法的求解计算进行对比分析,表明智能优化方法对机械臂杆件长度的优化设计结果更加满足经济性、稳定性和结构空间的要求。
2012, 31(5): 771-777.
摘要:
电火花线切割是精密与特种加工重要组成部分,影响线切割加工精度的因素很多,而各种因素对加工精度的影响最终都以电极丝动态形式表现出来。传统电极丝稳态控制方法是降低走丝速度,但同时也降低了加工效率,所以旨在解决高精度和低效率问题的电极丝动态特性一直是全世界学者研究的焦点。本文中分3个方面介绍了电火花线切割电极丝动态特性研究现状:振动模型、热模型和稳态控制,并对现有研究中存在的主要问题及研究方向进行了阐述。
电火花线切割是精密与特种加工重要组成部分,影响线切割加工精度的因素很多,而各种因素对加工精度的影响最终都以电极丝动态形式表现出来。传统电极丝稳态控制方法是降低走丝速度,但同时也降低了加工效率,所以旨在解决高精度和低效率问题的电极丝动态特性一直是全世界学者研究的焦点。本文中分3个方面介绍了电火花线切割电极丝动态特性研究现状:振动模型、热模型和稳态控制,并对现有研究中存在的主要问题及研究方向进行了阐述。
2012, 31(5): 778-782.
摘要:
解决民航客机训练用的六自由度运动平台模拟逼真度的问题,研究了与之相应的洗出算法,并应用Pro/E及Mathematica建立了相应的模型。在此模型的基础上,采用了经典滤波算法对一组实际飞行数据进行仿真和分析。为使程序具有通用性,整个算法采用离散的形式,同时对洗出算法的参数进行了优选,这不仅符合实际的仿真情况,更使得整个程序的柔性化大大加强。结果表明,该算法使得六自由度运动平台在计算机上实现了逼真的仿真。
解决民航客机训练用的六自由度运动平台模拟逼真度的问题,研究了与之相应的洗出算法,并应用Pro/E及Mathematica建立了相应的模型。在此模型的基础上,采用了经典滤波算法对一组实际飞行数据进行仿真和分析。为使程序具有通用性,整个算法采用离散的形式,同时对洗出算法的参数进行了优选,这不仅符合实际的仿真情况,更使得整个程序的柔性化大大加强。结果表明,该算法使得六自由度运动平台在计算机上实现了逼真的仿真。
2012, 31(5): 783-786.
摘要:
应用统计学中的响应面方法,以背吃刀量,主轴转速,进给量和切削宽度为设计变量,切削力为响应,建立切削力的二阶数学模型。以45钢铣削试验为例搭建硬件测试系统。将响应面方法融入到LabVIEW8.6编程之中,设计软件系统。该系统功能丰富,输入影响因子的个数,给定因子的取值范围,就能自动生成中心组合设计试验方案,并对试验数据进行采集、计算和分析,得到切削力响应面模型。
应用统计学中的响应面方法,以背吃刀量,主轴转速,进给量和切削宽度为设计变量,切削力为响应,建立切削力的二阶数学模型。以45钢铣削试验为例搭建硬件测试系统。将响应面方法融入到LabVIEW8.6编程之中,设计软件系统。该系统功能丰富,输入影响因子的个数,给定因子的取值范围,就能自动生成中心组合设计试验方案,并对试验数据进行采集、计算和分析,得到切削力响应面模型。
2012, 31(5): 787-790.
摘要:
为了分析有无感载比例阀的情况下,前、后制动器制动力分配曲线与I曲线之间的匹配关系及感载比例阀对汽车制动性能的影响,引入了能够反映制动性能的概念"制动力利用率",并且根据不同的匹配关系导出了对应的制动力利用率算法;分析了有无感载比例阀的情况下制动力利用率与路面附着系数之间的关系。经过对两种情况下制动力利用率变化规律的对比分析,结果表明感载比例阀能够明显提高汽车在高附着系数路面上行驶时的制动力利用率。
为了分析有无感载比例阀的情况下,前、后制动器制动力分配曲线与I曲线之间的匹配关系及感载比例阀对汽车制动性能的影响,引入了能够反映制动性能的概念"制动力利用率",并且根据不同的匹配关系导出了对应的制动力利用率算法;分析了有无感载比例阀的情况下制动力利用率与路面附着系数之间的关系。经过对两种情况下制动力利用率变化规律的对比分析,结果表明感载比例阀能够明显提高汽车在高附着系数路面上行驶时的制动力利用率。
2012, 31(5): 791-795.
摘要:
在加工NURBS曲线时,为克服直线插补和圆弧插补的不足,可利用FANUC系统自身的NURBS插补功能实现NURBS曲线加工。为保证NURBS曲线的高速高精加工,利用伺服HRV2控制功能与CNC的实时前瞻控制相结合,通过调整预读前馈系数和速度增益参数方法改善机床的加工性能。实际刀具运动轨迹表明,该方案可改善伺服系统的响应和刚性,减少机床的加工误差并提高定位速度。
在加工NURBS曲线时,为克服直线插补和圆弧插补的不足,可利用FANUC系统自身的NURBS插补功能实现NURBS曲线加工。为保证NURBS曲线的高速高精加工,利用伺服HRV2控制功能与CNC的实时前瞻控制相结合,通过调整预读前馈系数和速度增益参数方法改善机床的加工性能。实际刀具运动轨迹表明,该方案可改善伺服系统的响应和刚性,减少机床的加工误差并提高定位速度。
2012, 31(5): 796-800.
摘要:
为了使得浮动瓦块结构具有更好的冷却效果,开展了浮动瓦块壁温优化研究。在对浮动瓦块结构壁温热-流耦合分析的基础上,利用神经网络建立瓦块结构尺寸参数与瓦块壁温的全局性映射关系,获得瓦块壁温优化问题所需的目标函数值。然后,采用遗传算法对瓦块结构进行优化设计。通过优化分析获得了冷却效果更好的浮动壁结构,使其壁温指数降低了4.19%。结果表明:基于神经网络和遗传算法的优化技术应用在浮动瓦块结构壁温优化设计中是有效、合理的。
为了使得浮动瓦块结构具有更好的冷却效果,开展了浮动瓦块壁温优化研究。在对浮动瓦块结构壁温热-流耦合分析的基础上,利用神经网络建立瓦块结构尺寸参数与瓦块壁温的全局性映射关系,获得瓦块壁温优化问题所需的目标函数值。然后,采用遗传算法对瓦块结构进行优化设计。通过优化分析获得了冷却效果更好的浮动壁结构,使其壁温指数降低了4.19%。结果表明:基于神经网络和遗传算法的优化技术应用在浮动瓦块结构壁温优化设计中是有效、合理的。
2012, 31(5): 801-805,809.
摘要:
为简单高效地预测和评估陶瓷磨削表面粗糙度与加工质量,提出一种基于表面图像灰度信息的新方法。通过实验优选确定亮度140、对比度42、饱和度24、锐度9为图像采集条件,并选取灰度均值μ和均方差σ作为描述表面粗糙度的灰度参数。对采集图像进行降噪、增强和灰质化等数字图像处理后,分别提取每6幅表面图像的灰度信息,建立表面粗糙度评定参数Ra、Rz、Ry与灰度信息平均值的关系模型。对该模型作深入分析后,得到μ和σ与陶瓷磨削加工表面粗糙度成正比例变化的结论,可用于快速评定多种陶瓷磨削后的表面粗糙度。
为简单高效地预测和评估陶瓷磨削表面粗糙度与加工质量,提出一种基于表面图像灰度信息的新方法。通过实验优选确定亮度140、对比度42、饱和度24、锐度9为图像采集条件,并选取灰度均值μ和均方差σ作为描述表面粗糙度的灰度参数。对采集图像进行降噪、增强和灰质化等数字图像处理后,分别提取每6幅表面图像的灰度信息,建立表面粗糙度评定参数Ra、Rz、Ry与灰度信息平均值的关系模型。对该模型作深入分析后,得到μ和σ与陶瓷磨削加工表面粗糙度成正比例变化的结论,可用于快速评定多种陶瓷磨削后的表面粗糙度。
2012, 31(5): 806-809.
摘要:
以风力机空气动力特性、叶片结构动力学以及风力机功率特性等学科为基础,探讨了各学科在叶片设计过程中的关系;以风轮单位输出能量成本作为目标函数,提出了风力机叶片的多学科优化设计模型。在保持叶片长度和风轮转速不变的情况下,以叶片的弦长、扭角以及相对厚度为设计变量,对某5 MW风力机叶片进行了优化设计,使得风轮的单位输出能量成本降低了2.6%。比较分析了优化叶片和原始叶片的载荷分布以及优化风轮和原始风轮的功率特性,很好的验证了优化结果。
以风力机空气动力特性、叶片结构动力学以及风力机功率特性等学科为基础,探讨了各学科在叶片设计过程中的关系;以风轮单位输出能量成本作为目标函数,提出了风力机叶片的多学科优化设计模型。在保持叶片长度和风轮转速不变的情况下,以叶片的弦长、扭角以及相对厚度为设计变量,对某5 MW风力机叶片进行了优化设计,使得风轮的单位输出能量成本降低了2.6%。比较分析了优化叶片和原始叶片的载荷分布以及优化风轮和原始风轮的功率特性,很好的验证了优化结果。
2012, 31(5): 810-813,817.
摘要:
回坞是指自主水下航行器(AUV)完成任务后返回水下支持平台的过程,是实现AUV自主回收的关键步骤。本文中提出一种基于路径跟踪的AUV回坞控制算法。考虑AUV的机动能力,采用Dubins曲线规划一条连接AUV初始点和回收点的回坞路径,由两段半径为AUV最小转弯半径的圆弧和一段直线构成,在起点、终点处分别与AUV初始航向和回收器入口方向相切。设计AUV非线性全局路径跟踪控制,建立以沿路径运动的参考点为原点的Serret-Frenet坐标系,描述路径跟踪误差并建立误差的动态模型,从而克服传统方法的奇异性问题,然后将航向角看作路径跟踪误差的控制输入,设计航向角指令和路径参数的变化率,使路径跟踪误差全局渐近稳定,从而实现AUV对回坞路径的跟踪。仿真结果验证了本文所提出的回坞控制算法的有效性。
回坞是指自主水下航行器(AUV)完成任务后返回水下支持平台的过程,是实现AUV自主回收的关键步骤。本文中提出一种基于路径跟踪的AUV回坞控制算法。考虑AUV的机动能力,采用Dubins曲线规划一条连接AUV初始点和回收点的回坞路径,由两段半径为AUV最小转弯半径的圆弧和一段直线构成,在起点、终点处分别与AUV初始航向和回收器入口方向相切。设计AUV非线性全局路径跟踪控制,建立以沿路径运动的参考点为原点的Serret-Frenet坐标系,描述路径跟踪误差并建立误差的动态模型,从而克服传统方法的奇异性问题,然后将航向角看作路径跟踪误差的控制输入,设计航向角指令和路径参数的变化率,使路径跟踪误差全局渐近稳定,从而实现AUV对回坞路径的跟踪。仿真结果验证了本文所提出的回坞控制算法的有效性。
2012, 31(5): 814-817.
摘要:
提出了一种任意空间四连杆机构运动输出的求解方法,并从可靠性角度出发,考虑杆长尺寸偏差、铰链间隙和磨损等因素,建立可靠性简化模型,分析了任意空间四连杆机构输出运动精度的可靠性。再以某型飞机舱门锁机构为算例,计算其锁定精度可靠性。最后建立对比模型,分析磨损量变化对该类机构可靠性的影响,为机构可靠性计算提供参考,具有重要的工程应用价值。
提出了一种任意空间四连杆机构运动输出的求解方法,并从可靠性角度出发,考虑杆长尺寸偏差、铰链间隙和磨损等因素,建立可靠性简化模型,分析了任意空间四连杆机构输出运动精度的可靠性。再以某型飞机舱门锁机构为算例,计算其锁定精度可靠性。最后建立对比模型,分析磨损量变化对该类机构可靠性的影响,为机构可靠性计算提供参考,具有重要的工程应用价值。
2012, 31(5): 818-821,826.
摘要:
建立了GH4169高温合金单磨粒磨削过程的数值仿真模型,通过计算仿真并对结果进行统计分析,获得了单磨粒磨削过程与宏观砂轮磨削过程的映射关系,提出了GH4169高温合金平面磨削力的预测方法。探究了磨削速度、工件进给速度和磨削深度等工艺参数对单磨粒磨削力及砂轮磨削力影响的规律。GH4169高温合金平面磨削力的实验研究支持了理论模型和计算结果。
建立了GH4169高温合金单磨粒磨削过程的数值仿真模型,通过计算仿真并对结果进行统计分析,获得了单磨粒磨削过程与宏观砂轮磨削过程的映射关系,提出了GH4169高温合金平面磨削力的预测方法。探究了磨削速度、工件进给速度和磨削深度等工艺参数对单磨粒磨削力及砂轮磨削力影响的规律。GH4169高温合金平面磨削力的实验研究支持了理论模型和计算结果。
2012, 31(5): 822-826.
摘要:
施工现场,塔机作业空间相互重叠,极易发生塔机间碰撞的现象。鉴于此,系统采用GPS-RTK技术实时测量塔机的位置信息,此项技术将GPS的测量精度由米级提高到厘米级。测量结果利用Bursa-Wolf模型转化到同一自定义的坐标系下,并通过无线局域网技术传送到控制器。在深入研究了塔机的数学模型和碰撞检测原理的基础上,设计了基于求异面线段距离的碰撞检测算法。控制器根据实时测量的塔机的位置信息,通过防碰撞算法,实现了对塔机的实时动态的监测和预警。
施工现场,塔机作业空间相互重叠,极易发生塔机间碰撞的现象。鉴于此,系统采用GPS-RTK技术实时测量塔机的位置信息,此项技术将GPS的测量精度由米级提高到厘米级。测量结果利用Bursa-Wolf模型转化到同一自定义的坐标系下,并通过无线局域网技术传送到控制器。在深入研究了塔机的数学模型和碰撞检测原理的基础上,设计了基于求异面线段距离的碰撞检测算法。控制器根据实时测量的塔机的位置信息,通过防碰撞算法,实现了对塔机的实时动态的监测和预警。
2012, 31(5): 827-835,841.
摘要:
改进了传统动量-叶素理论,提出了基于动态入流的动量-叶素理论,并应用于风力机偏航与动态变桨下的载荷计算。将Pitt-Peters方法与GDW方法应用于风力机的载荷计算中,并进行了相应的修正。载荷计算结果与NREL实测结果进行了对比分析,结果表明:基于动态入流修正的动量-叶素理论、修正Pitt-Peters方法和修正GDW方法均能够较准确评估风力机非定常流动下的载荷。进一步对某实际风力机进行了偏航与动态变桨的载荷分析,在偏航状态和动态变桨瞬间,风力机将承受较大的动态载荷,需要进行非定常流动载荷计算,以免低估风力机在实际运行过程中的动态载荷。
改进了传统动量-叶素理论,提出了基于动态入流的动量-叶素理论,并应用于风力机偏航与动态变桨下的载荷计算。将Pitt-Peters方法与GDW方法应用于风力机的载荷计算中,并进行了相应的修正。载荷计算结果与NREL实测结果进行了对比分析,结果表明:基于动态入流修正的动量-叶素理论、修正Pitt-Peters方法和修正GDW方法均能够较准确评估风力机非定常流动下的载荷。进一步对某实际风力机进行了偏航与动态变桨的载荷分析,在偏航状态和动态变桨瞬间,风力机将承受较大的动态载荷,需要进行非定常流动载荷计算,以免低估风力机在实际运行过程中的动态载荷。
2012, 31(5): 836-841.
摘要:
轴承的滚子修形是减小滚子边缘应力集中、提高滚动轴承疲劳寿命的重要措施。本文中建立了圆锥滚子接触的力学模型,依据圆锥滚子与内圈的接触方程,计算分析了接触应力和表层Mi-ses应力分布,并对比讨论了实际载荷大于或小于设计载荷时的接触应力分布和Mises应力场的变化。结果表明:对数修形后的圆锥滚子其端部应力集中情况得到了显著改善;且对于不同载荷的轴承要设计不同的修形量,以避免边缘效应的发生、提高接触疲劳寿命。
轴承的滚子修形是减小滚子边缘应力集中、提高滚动轴承疲劳寿命的重要措施。本文中建立了圆锥滚子接触的力学模型,依据圆锥滚子与内圈的接触方程,计算分析了接触应力和表层Mi-ses应力分布,并对比讨论了实际载荷大于或小于设计载荷时的接触应力分布和Mises应力场的变化。结果表明:对数修形后的圆锥滚子其端部应力集中情况得到了显著改善;且对于不同载荷的轴承要设计不同的修形量,以避免边缘效应的发生、提高接触疲劳寿命。
2012, 31(5): 842-846,850.
摘要:
串联机械手的驱动系统一般采用交流伺服电动机与精密减速器配套使用的方式。减速器在驱动系统中用于提高驱动力矩、降低输出转速,其减速比直接影响串联机械手的加减速性能和拾放操作速度。基于此,利用改进的S形速度曲线进行轨迹规划,能确保串联机械手加速度的连续,有利于降低机械手高速运动时的冲击。提出一种以平均完成规划的路径轨迹运行时间最短为目标,以交流伺服电动机需满足的运行原则为约束条件,对驱动系统减速比进行优化配置的方法。以4自由度SCARA机器人为例,在逆动力学建模、轨迹规划的基础上,运用遗传算法对最优减速比进行优化。采用该优化方法可以充分发挥交流伺服电动机的性能,从而有利于降低机械手驱动系统的成本,同时提高机械手整体的性能。
串联机械手的驱动系统一般采用交流伺服电动机与精密减速器配套使用的方式。减速器在驱动系统中用于提高驱动力矩、降低输出转速,其减速比直接影响串联机械手的加减速性能和拾放操作速度。基于此,利用改进的S形速度曲线进行轨迹规划,能确保串联机械手加速度的连续,有利于降低机械手高速运动时的冲击。提出一种以平均完成规划的路径轨迹运行时间最短为目标,以交流伺服电动机需满足的运行原则为约束条件,对驱动系统减速比进行优化配置的方法。以4自由度SCARA机器人为例,在逆动力学建模、轨迹规划的基础上,运用遗传算法对最优减速比进行优化。采用该优化方法可以充分发挥交流伺服电动机的性能,从而有利于降低机械手驱动系统的成本,同时提高机械手整体的性能。
2012, 31(5): 847-850.
摘要:
阐述了串、并联机器人运动性能优缺点,由此研制了一台具有移动副、回转副与平面四杆机构的混合机构空间机器人,运用机器人学理论分析了其工作空间与灵活性,并采用Matlab7.0对工作空间及灵活性进行了仿真分析,获得工作空间特征及灵活性变化规律,此机器人可在半椭球空间内完成焊接、加工、装配等任务。
阐述了串、并联机器人运动性能优缺点,由此研制了一台具有移动副、回转副与平面四杆机构的混合机构空间机器人,运用机器人学理论分析了其工作空间与灵活性,并采用Matlab7.0对工作空间及灵活性进行了仿真分析,获得工作空间特征及灵活性变化规律,此机器人可在半椭球空间内完成焊接、加工、装配等任务。
2012, 31(5): 851-854,860.
摘要:
对产品族配置设计中产品属性不确定的案例推理问题进行了研究。以区间数表征带有不确定性的产品属性,通过随机内插多个确定值替代区间数,并对经过数量拓展的源案例和目标案例进行投影寻踪分析,得到最佳投影方向上的投影值。以投影值为基础进行案例检索,从而构建了能处理产品属性确定值和不确定值共存的投影寻踪案例检索模型。油锯配置设计实例应用表明,本模型案例检索灵敏度高,检索结果稳定可靠。
对产品族配置设计中产品属性不确定的案例推理问题进行了研究。以区间数表征带有不确定性的产品属性,通过随机内插多个确定值替代区间数,并对经过数量拓展的源案例和目标案例进行投影寻踪分析,得到最佳投影方向上的投影值。以投影值为基础进行案例检索,从而构建了能处理产品属性确定值和不确定值共存的投影寻踪案例检索模型。油锯配置设计实例应用表明,本模型案例检索灵敏度高,检索结果稳定可靠。
2012, 31(5): 855-860.
摘要:
为了提高连接件疲劳寿命分析的预测精度,对应力严重系数(SSF)法中存在的问题进行了研究和改进。依据连接件疲劳破坏现象,将连接件的疲劳破坏危险点定义在垂直于总体载荷的孔边。对连接件进行了接触有限元分析,考虑了三维应力集中与二维应力集中之间的折算关系,获得了危险点处的挤压应力集中系数和挤压分布系数,并由此获得了改进的SSF法。应用改进的SSF法完成了两个连接件算例,结果表明改进后疲劳寿命的预测精度有所提高。
为了提高连接件疲劳寿命分析的预测精度,对应力严重系数(SSF)法中存在的问题进行了研究和改进。依据连接件疲劳破坏现象,将连接件的疲劳破坏危险点定义在垂直于总体载荷的孔边。对连接件进行了接触有限元分析,考虑了三维应力集中与二维应力集中之间的折算关系,获得了危险点处的挤压应力集中系数和挤压分布系数,并由此获得了改进的SSF法。应用改进的SSF法完成了两个连接件算例,结果表明改进后疲劳寿命的预测精度有所提高。
