作者中心
编辑办公
专家审稿
主编办公
邮件订阅
RSS
2012年 31卷 第9期
2012, 31(9): 1377-1383.
摘要
PDF 1800KB
摘要:
高速动车组制动闸片的温度和应力分布,是影响动车安全运行的关键。基于传热学相关知识和有限元数值模拟技术,考虑了弹性模量、泊松比、导热系数和比热容等材料参数随温度变化的影响,确定了制动过程中闸片热载荷和换热系数的计算方法,建立了闸片制动过程中的热传导模型,并利用ANSYS软件建立了闸片热-力耦合三维仿真模型。通过仿真得到了制动过程中闸片的温度场和应力场分布规律。仿真结果表明:制动62 s后,闸片温度达到最大值535℃;制动75 s后,闸片应力达到最大值333 MPa。所研制的某型闸片符合工程要求。
高速动车组制动闸片的温度和应力分布,是影响动车安全运行的关键。基于传热学相关知识和有限元数值模拟技术,考虑了弹性模量、泊松比、导热系数和比热容等材料参数随温度变化的影响,确定了制动过程中闸片热载荷和换热系数的计算方法,建立了闸片制动过程中的热传导模型,并利用ANSYS软件建立了闸片热-力耦合三维仿真模型。通过仿真得到了制动过程中闸片的温度场和应力场分布规律。仿真结果表明:制动62 s后,闸片温度达到最大值535℃;制动75 s后,闸片应力达到最大值333 MPa。所研制的某型闸片符合工程要求。
2012, 31(9): 1384-1389.
摘要:
为了进行曲柄滑块机构动态强度可靠性分析,在以构件截面尺寸、材料强度、密度、重力加速度等为随机变量,以基本杆组为单位进行运动分析、动力分析的基础上建立了曲柄滑块机构动态强度可靠性分析方法。用蒙特卡罗法和一次二阶矩法进行了实例仿真分析,得到了各构件动态强度可靠性指标曲线和曲柄滑块动态强度可靠度曲线。结果表明,该方法计算速度快、计算精度高。
为了进行曲柄滑块机构动态强度可靠性分析,在以构件截面尺寸、材料强度、密度、重力加速度等为随机变量,以基本杆组为单位进行运动分析、动力分析的基础上建立了曲柄滑块机构动态强度可靠性分析方法。用蒙特卡罗法和一次二阶矩法进行了实例仿真分析,得到了各构件动态强度可靠性指标曲线和曲柄滑块动态强度可靠度曲线。结果表明,该方法计算速度快、计算精度高。
2012, 31(9): 1390-1394.
摘要:
通过确定混合陶瓷轴承设计的目标函数及约束条件,采用功效系数的方法并结合计算机辅助编程完成了轴承的优化设计。对混合陶瓷轴承和滑动轴承的发热量做了对比分析,证明了混合陶瓷轴承发热量明显低于滑动轴承。进行了涡轮增压器混合陶瓷轴承台架实验,实验结果表明,采用混合陶瓷轴承后,涡轮增压器的总效率提高5%～8%,极限转速提高至120000 r/min。
通过确定混合陶瓷轴承设计的目标函数及约束条件,采用功效系数的方法并结合计算机辅助编程完成了轴承的优化设计。对混合陶瓷轴承和滑动轴承的发热量做了对比分析,证明了混合陶瓷轴承发热量明显低于滑动轴承。进行了涡轮增压器混合陶瓷轴承台架实验,实验结果表明,采用混合陶瓷轴承后,涡轮增压器的总效率提高5%～8%,极限转速提高至120000 r/min。
2012, 31(9): 1395-1400.
摘要:
现有变厚齿轮通过改变变位系数产生变厚齿廓,其齿廓在齿长方向的任意截面上都是同一渐开线的不同曲线段,使得齿轮在轴向上具有一定锥度。本文中研究了一种通过移动基圆而形成的变齿厚齿轮,在齿向上具有相同的齿高,其齿廓在齿长方向的任意截面上都是相同的一段渐开线,解决了普通变齿厚齿轮在调隙过程中可能产生的干涉。论文中推导了该种变齿厚直齿轮的齿面方程,方程中的参量θ决定了变厚齿的变厚量。其次利用Matlab生成齿面的离散数据,将其导入Pro/E中建立变齿厚直齿轮的精确几何模型;据此制作了变厚齿轮样件,验证了齿面方程的正确性。最后推导了变齿厚齿轮传动副齿面的接触模型,利用Matlab计算了瞬时接触点及接触线。
现有变厚齿轮通过改变变位系数产生变厚齿廓,其齿廓在齿长方向的任意截面上都是同一渐开线的不同曲线段,使得齿轮在轴向上具有一定锥度。本文中研究了一种通过移动基圆而形成的变齿厚齿轮,在齿向上具有相同的齿高,其齿廓在齿长方向的任意截面上都是相同的一段渐开线,解决了普通变齿厚齿轮在调隙过程中可能产生的干涉。论文中推导了该种变齿厚直齿轮的齿面方程,方程中的参量θ决定了变厚齿的变厚量。其次利用Matlab生成齿面的离散数据,将其导入Pro/E中建立变齿厚直齿轮的精确几何模型;据此制作了变厚齿轮样件,验证了齿面方程的正确性。最后推导了变齿厚齿轮传动副齿面的接触模型,利用Matlab计算了瞬时接触点及接触线。
2012, 31(9): 1401-1405.
摘要:
自冲铆接工艺参数选取对连接件的性能影响很大,通过试验分析了铆钉高度和板料边距对铆接连接件强度的影响。在不同板料边距的情况下,用直径为5.3 mm不同高度的半空心铆钉对两层1 mm钢板进行铆接,并且对连接件进行拉伸试验,得到载荷-行程曲线。试验结果表明:在相同边距下,铆钉高度约高于铆接板料高度3 mm时,铆接效果好;铆钉与板料边缘的距离小于10 mm时,对连接强度会产生影响,并且边距越短,强度越低。
自冲铆接工艺参数选取对连接件的性能影响很大,通过试验分析了铆钉高度和板料边距对铆接连接件强度的影响。在不同板料边距的情况下,用直径为5.3 mm不同高度的半空心铆钉对两层1 mm钢板进行铆接,并且对连接件进行拉伸试验,得到载荷-行程曲线。试验结果表明:在相同边距下,铆钉高度约高于铆接板料高度3 mm时,铆接效果好;铆钉与板料边缘的距离小于10 mm时,对连接强度会产生影响,并且边距越短,强度越低。
2012, 31(9): 1406-1410.
摘要:
利用Matlab软件内置的模糊控制工具箱为液压振动桩锤(SFA1600型,中频液压振动桩锤)主、从动偏心块设计了相位差模糊控制器,对模糊控制器进行了参数自校正优化,建立了参数自校正模糊控制器的Simulink仿真模型。结果表明:参数自校正模糊控制器可以有效地控制主、从动偏心块的相位差,避免因相位差的偏离导致振动不同步的问题。经模糊控制器调节后的上、下偏心块的相位差与给定相位差相比,误差较小。参数自校正模糊控制器与基本模糊控制器相比,响应快、稳态性好、稳态误差小。
利用Matlab软件内置的模糊控制工具箱为液压振动桩锤(SFA1600型,中频液压振动桩锤)主、从动偏心块设计了相位差模糊控制器,对模糊控制器进行了参数自校正优化,建立了参数自校正模糊控制器的Simulink仿真模型。结果表明:参数自校正模糊控制器可以有效地控制主、从动偏心块的相位差,避免因相位差的偏离导致振动不同步的问题。经模糊控制器调节后的上、下偏心块的相位差与给定相位差相比,误差较小。参数自校正模糊控制器与基本模糊控制器相比,响应快、稳态性好、稳态误差小。
2012, 31(9): 1411-1419.
摘要:
环境振动直接降低精密制造和测量设备的动态性能,成为其性能的主要影响因素。主动减振器用于衰减地基振动和负载直接扰动,以维持精密设备的负载平台的稳定性。主动减振器按固有频率的差异,区分为软式主动减振器和硬式主动减振器。高刚性的硬式主动减振器衰减负载的直接扰动力和结构模态,低刚性的软式主动减振器能较好的隔离地基振动。论述两种类型主动减振器的结构技术的研究成果、研究进展和及其应用。针对精密设备发展对主动减振器的应用需求,对硬式主动减振器和软式主动减振器的结构技术的发展前景进行展望,指出其发展面临的挑战与有待解决的关键技术。
环境振动直接降低精密制造和测量设备的动态性能,成为其性能的主要影响因素。主动减振器用于衰减地基振动和负载直接扰动,以维持精密设备的负载平台的稳定性。主动减振器按固有频率的差异,区分为软式主动减振器和硬式主动减振器。高刚性的硬式主动减振器衰减负载的直接扰动力和结构模态,低刚性的软式主动减振器能较好的隔离地基振动。论述两种类型主动减振器的结构技术的研究成果、研究进展和及其应用。针对精密设备发展对主动减振器的应用需求,对硬式主动减振器和软式主动减振器的结构技术的发展前景进行展望,指出其发展面临的挑战与有待解决的关键技术。
2012, 31(9): 1420-1423.
摘要:
异型螺杆在一些行业用途极其广泛,而且其加工方法与普通零件有所不同。本文中提出了一种加工螺杆螺旋槽数控编程新方法,即根据求出的螺旋面加工刀位点做螺旋运动来实现螺旋面的加工,该方法既可以加工直线槽螺杆,也可以加工曲线槽螺杆。文中对螺杆加工工艺和机床要求进行了介绍,对螺旋面加工刀位点计算、数控编程、走刀方式、走刀步长确定、走刀行距计算进行了研究。并通过实例验证所述方法实用有效。
异型螺杆在一些行业用途极其广泛,而且其加工方法与普通零件有所不同。本文中提出了一种加工螺杆螺旋槽数控编程新方法,即根据求出的螺旋面加工刀位点做螺旋运动来实现螺旋面的加工,该方法既可以加工直线槽螺杆,也可以加工曲线槽螺杆。文中对螺杆加工工艺和机床要求进行了介绍,对螺旋面加工刀位点计算、数控编程、走刀方式、走刀步长确定、走刀行距计算进行了研究。并通过实例验证所述方法实用有效。
2012, 31(9): 1424-1428.
摘要:
采用对转涡轮设计能提高航空涡轮发动机性能,其中无导叶方案是发展趋势之一。在无导叶对转涡轮中,低压转子叶片受到较大的高压转子出口气流激励。基于ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律。叶片温度对振动应力和位移的平均值、幅值和周期的影响较大,叶片材料密度对振动周期产生明显的影响,高低压转叶轴向间距的选择应兼顾涡轮效率等因素。
采用对转涡轮设计能提高航空涡轮发动机性能,其中无导叶方案是发展趋势之一。在无导叶对转涡轮中,低压转子叶片受到较大的高压转子出口气流激励。基于ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律。叶片温度对振动应力和位移的平均值、幅值和周期的影响较大,叶片材料密度对振动周期产生明显的影响,高低压转叶轴向间距的选择应兼顾涡轮效率等因素。
2012, 31(9): 1429-1433.
摘要:
为了适应多任务、多型号和批生产要求,提出基于型谱数据库的卫星产品配置方法。该方法以产品体系为依据,构建卫星平台和单机设备两个层面的型谱数据库,形成涵盖产品规格、功能、性能等主要特征的型号基础数据中心;然后利用数据挖掘方法,从型谱数据库中抽取出满足需求的产品型谱相关数据,同时在产品数据管理系统中建立相应的型谱类别,对挖掘结果进行集中分类管理;最后引入产品配置管理技术,利用型谱数据库和可配置产品结构树,形成面向平台和单机的设计向导,使研制人员能够针对不同任务需求,快速配置生成相应的卫星产品。
为了适应多任务、多型号和批生产要求,提出基于型谱数据库的卫星产品配置方法。该方法以产品体系为依据,构建卫星平台和单机设备两个层面的型谱数据库,形成涵盖产品规格、功能、性能等主要特征的型号基础数据中心;然后利用数据挖掘方法,从型谱数据库中抽取出满足需求的产品型谱相关数据,同时在产品数据管理系统中建立相应的型谱类别,对挖掘结果进行集中分类管理;最后引入产品配置管理技术,利用型谱数据库和可配置产品结构树,形成面向平台和单机的设计向导,使研制人员能够针对不同任务需求,快速配置生成相应的卫星产品。
2012, 31(9): 1434-1438.
摘要:
对插装式液压锥阀建立动态数学模型,同时利用计算流体动力学(CFD)软件对实际使用中产生振动的锥阀及其改进结构进行稳态和动态解析,分析了液压锥阀发生振动的原因。数学建模结果表明:使阀芯开启的稳态液动力是加剧阀芯振动的重要因素之一。CFD稳态计算结果表明:原始结构锥阀对应的稳态液动力随阀芯的开启先增大而后降低,但方向向上,始终存在使阀芯开启的趋势,这可能是引起阀芯发生剧烈振动的原因。动态计算结果表明:改进结构锥阀相对于原始结构的确可以消振,但会产生较大的负压,易于产生气蚀和气蚀噪声。
对插装式液压锥阀建立动态数学模型,同时利用计算流体动力学(CFD)软件对实际使用中产生振动的锥阀及其改进结构进行稳态和动态解析,分析了液压锥阀发生振动的原因。数学建模结果表明:使阀芯开启的稳态液动力是加剧阀芯振动的重要因素之一。CFD稳态计算结果表明:原始结构锥阀对应的稳态液动力随阀芯的开启先增大而后降低,但方向向上,始终存在使阀芯开启的趋势,这可能是引起阀芯发生剧烈振动的原因。动态计算结果表明:改进结构锥阀相对于原始结构的确可以消振,但会产生较大的负压,易于产生气蚀和气蚀噪声。
2012, 31(9): 1439-1444.
摘要:
绿色材料的选择是绿色设计及绿色制造的重要内容之一。绿色材料的选择首先必须进行生命周期评价。基于并行设计的思想,把材料的选择同最终材料的回收处理方法结合起来组成组合系列。基于改进的灰色相似性灰关联度计算相似性贴近度,基于理想点法(TOPSIS)计算距离贴近度,基于集成贴近度应该距相似贴近度的偏差和距离贴近度的偏差和最小的原则建立非线性规划模型,求出集成贴近度。按集成贴近度的大小对组合系列排序。通过一个实例详细说明了决策的过程,并通过与其它决策方法比较进一步说明了该方法的优越性。最后指出了基于生命周期评价的绿色材料决策面临的两个主要问题。
绿色材料的选择是绿色设计及绿色制造的重要内容之一。绿色材料的选择首先必须进行生命周期评价。基于并行设计的思想,把材料的选择同最终材料的回收处理方法结合起来组成组合系列。基于改进的灰色相似性灰关联度计算相似性贴近度,基于理想点法(TOPSIS)计算距离贴近度,基于集成贴近度应该距相似贴近度的偏差和距离贴近度的偏差和最小的原则建立非线性规划模型,求出集成贴近度。按集成贴近度的大小对组合系列排序。通过一个实例详细说明了决策的过程,并通过与其它决策方法比较进一步说明了该方法的优越性。最后指出了基于生命周期评价的绿色材料决策面临的两个主要问题。
2012, 31(9): 1445-1448.
摘要:
针对传统基于信号和噪声频谱不同而实现去噪方法的缺陷,研究了小波阈值求解方法和奇异值分解特征选取方法,提出了改进阈值的小波包奇异值去噪方法。该方法将输入信号小波包分解后,进行新阈值去噪,再利用奇异值分解法对重构后的信号进行去噪,改进阈值的小波包奇异值法去噪效果更好。用该方法对齿轮泵的正常状态和侧板磨损故障状态的振动信号进行去噪处理,能有效地抑制噪声。
针对传统基于信号和噪声频谱不同而实现去噪方法的缺陷,研究了小波阈值求解方法和奇异值分解特征选取方法,提出了改进阈值的小波包奇异值去噪方法。该方法将输入信号小波包分解后,进行新阈值去噪,再利用奇异值分解法对重构后的信号进行去噪,改进阈值的小波包奇异值法去噪效果更好。用该方法对齿轮泵的正常状态和侧板磨损故障状态的振动信号进行去噪处理,能有效地抑制噪声。
2012, 31(9): 1449-1453.
摘要:
在基于奇异值分解技术的信号处理中,针对齿轮振动信号中微弱故障特征难以提取的问题,提出了一种选择有效奇异值的方法。该方法对全部的奇异值单独重构,得到对应的一维信号并对其进行频谱分析,结合齿轮箱振动信号的特征频率成分,找出对应齿轮频谱特征的奇异值,将其进行重构得到最终经SVD处理的信号。试验处理结果表明,此法可有效提取出齿轮裂纹信号中的微弱特征,同时该方法可广泛应用于旋转机械信号中微弱特征成分的提取。
在基于奇异值分解技术的信号处理中,针对齿轮振动信号中微弱故障特征难以提取的问题,提出了一种选择有效奇异值的方法。该方法对全部的奇异值单独重构,得到对应的一维信号并对其进行频谱分析,结合齿轮箱振动信号的特征频率成分,找出对应齿轮频谱特征的奇异值,将其进行重构得到最终经SVD处理的信号。试验处理结果表明,此法可有效提取出齿轮裂纹信号中的微弱特征,同时该方法可广泛应用于旋转机械信号中微弱特征成分的提取。
2012, 31(9): 1454-1457.
摘要:
冗余伺服电机法(redundant servo motor)对机构进行动力学平衡的本质是伺服电机的转速可以实时改变,这对于机构的运动学性能来说可能是冗余的,但却可以用来改善机构的动力学性能。本文中讨论了将冗余伺服电机法应用于弹性连杆机构的动力学平衡中,并以一个平面弹性四杆机构为例,建立了其弹性动力学平衡优化模型,阐明了该方法的平衡原理,以5种运动规律对此机构进行了优化。优化结果表明,该方法对弹性连杆机构的震动力和震动力矩的平衡效果较好,与在机构上附加一个额外驱动器的方法相比,该方法更显优越。
冗余伺服电机法(redundant servo motor)对机构进行动力学平衡的本质是伺服电机的转速可以实时改变,这对于机构的运动学性能来说可能是冗余的,但却可以用来改善机构的动力学性能。本文中讨论了将冗余伺服电机法应用于弹性连杆机构的动力学平衡中,并以一个平面弹性四杆机构为例,建立了其弹性动力学平衡优化模型,阐明了该方法的平衡原理,以5种运动规律对此机构进行了优化。优化结果表明,该方法对弹性连杆机构的震动力和震动力矩的平衡效果较好,与在机构上附加一个额外驱动器的方法相比,该方法更显优越。
2012, 31(9): 1458-1462.
摘要:
为实现挖掘机自动控制,对其加装了电液比例阀。为有效分析系统,分别建立了电液比例阀及阀控非对称液压缸的非线性模型,由此得出整个系统的非线性状态空间模型。通过仿真实验表明,系统中死区非线性会引起方波跟踪的稳态误差和正弦跟踪的滞后及平顶效应,阀控非对称缸正反向响应特性存在差异。针对系统中存在的本质非线性特性,采用了带死区补偿的分段PID控制算法。对比实验表明:该控制策略能有效地克服系统死区非线性及不对称性带来的影响。
为实现挖掘机自动控制,对其加装了电液比例阀。为有效分析系统,分别建立了电液比例阀及阀控非对称液压缸的非线性模型,由此得出整个系统的非线性状态空间模型。通过仿真实验表明,系统中死区非线性会引起方波跟踪的稳态误差和正弦跟踪的滞后及平顶效应,阀控非对称缸正反向响应特性存在差异。针对系统中存在的本质非线性特性,采用了带死区补偿的分段PID控制算法。对比实验表明:该控制策略能有效地克服系统死区非线性及不对称性带来的影响。
2012, 31(9): 1463-1467.
摘要:
针对复杂三角网格的网格参数化问题提出了一种基于线弹性反向变形有限元法的网格参数化方法。为了能够减少三角网格参数化带来的网格扭曲,首先采用保持网格伸缩内在量的方法将空间网格展平;然后以上述展平网格作为初始迭代解,建立线弹性有限元方法迭代方程,通过迭代求解使的网格节点残余内力或节点位移满足事先给定的收敛条件,最终求得网格参数化结果。计算结果表明,该方法能得到较好的参数化结果,非常适于复杂曲面的网格重划分等计算机辅助设计的应用。
针对复杂三角网格的网格参数化问题提出了一种基于线弹性反向变形有限元法的网格参数化方法。为了能够减少三角网格参数化带来的网格扭曲,首先采用保持网格伸缩内在量的方法将空间网格展平;然后以上述展平网格作为初始迭代解,建立线弹性有限元方法迭代方程,通过迭代求解使的网格节点残余内力或节点位移满足事先给定的收敛条件,最终求得网格参数化结果。计算结果表明,该方法能得到较好的参数化结果,非常适于复杂曲面的网格重划分等计算机辅助设计的应用。
2012, 31(9): 1468-1473.
摘要:
基于有限元软件MSC.Marc,建立了单涂层三维圆柱滚子轴承数值计算模型,对接触力学进行了理论分析。研究了不同涂层厚度、不同涂层/基体弹性模量比及不同载荷作用下,涂层轴承接触应力、等效应力及最大切应力布和变化情况。分析结果表明:表面涂层并不能消除滚子端部的应力"边缘效应";随涂层弹性模量的增大,等效应力随之增大,而法向接触应力几乎没有变化,最大剪切应力值不断增大,但所处位置没有变化;适当选择弹性模量较小的涂层,对于提高滚动轴承的疲劳寿命是有利的;随着涂层厚度的增加,等效应力增加而接触应力减小;沿接触中心线方向,接触表面的应力值随涂层厚度的增加而减小;涂层越薄,涂层/基体界面应力变化梯度越大;工作载荷对于涂层轴承的接触应力和等效应力影响规律相似,界面应力随载荷增大而增加。
基于有限元软件MSC.Marc,建立了单涂层三维圆柱滚子轴承数值计算模型,对接触力学进行了理论分析。研究了不同涂层厚度、不同涂层/基体弹性模量比及不同载荷作用下,涂层轴承接触应力、等效应力及最大切应力布和变化情况。分析结果表明:表面涂层并不能消除滚子端部的应力"边缘效应";随涂层弹性模量的增大,等效应力随之增大,而法向接触应力几乎没有变化,最大剪切应力值不断增大,但所处位置没有变化;适当选择弹性模量较小的涂层,对于提高滚动轴承的疲劳寿命是有利的;随着涂层厚度的增加,等效应力增加而接触应力减小;沿接触中心线方向,接触表面的应力值随涂层厚度的增加而减小;涂层越薄,涂层/基体界面应力变化梯度越大;工作载荷对于涂层轴承的接触应力和等效应力影响规律相似,界面应力随载荷增大而增加。
2012, 31(9): 1474-1479.
摘要:
针对机构动平衡优化问题,综合考虑惯性力、运动副反力和输入扭矩三项动平衡优化性能指标。以冷轧管机驱动机构为对象,根据经典多目标处理方法中的理想点法,建立了衡量机构动平衡优化程度的数学模型。该模型采用粒子群智能算法进行实时优化,算法效率高,能够快速准确地获得平衡参数最优解,实现机构系统整体优化效果。仿真分析表明,该方法能够尽可能地逼近各项平衡性能指标的最优值,有效地解决了机构的多目标动平衡优化问题。
针对机构动平衡优化问题,综合考虑惯性力、运动副反力和输入扭矩三项动平衡优化性能指标。以冷轧管机驱动机构为对象,根据经典多目标处理方法中的理想点法,建立了衡量机构动平衡优化程度的数学模型。该模型采用粒子群智能算法进行实时优化,算法效率高,能够快速准确地获得平衡参数最优解,实现机构系统整体优化效果。仿真分析表明,该方法能够尽可能地逼近各项平衡性能指标的最优值,有效地解决了机构的多目标动平衡优化问题。
2012, 31(9): 1480-1485.
摘要:
针对超细磨实际运行中电机出现的过流现象,运用计算流体力学(CFD)技术,对超细磨的进料装置的流场进行分析,指出过流现象是由于物料颗粒通过进料装置时因堵塞所照成。利用正交实验设计的方法进行了数值实验。通过方差分析得到出口压力、转速、出口压力与喂料量的交互作用对喂料的连续性影响最显著。数值实验表明:出口压力为-1 000 Pa、喂料量为0.10 kg/min、转速为1 000 r/min时为最佳工况。
针对超细磨实际运行中电机出现的过流现象,运用计算流体力学(CFD)技术,对超细磨的进料装置的流场进行分析,指出过流现象是由于物料颗粒通过进料装置时因堵塞所照成。利用正交实验设计的方法进行了数值实验。通过方差分析得到出口压力、转速、出口压力与喂料量的交互作用对喂料的连续性影响最显著。数值实验表明:出口压力为-1 000 Pa、喂料量为0.10 kg/min、转速为1 000 r/min时为最佳工况。
2012, 31(9): 1486-1489.
摘要:
为适应电主轴高精度动平衡测试的要求,根据谐波小波的相位锁定、窄带分析功能以及在时域具有明确的表达式的特点,研究了谐波小波自适应滤波的方法并给出了算法。该方法由转动频率和滤波带宽确定出相应频段的谐波小波,通过谐波小波与振动信号在时域的相关运算,提取与转速同频的动不平衡信号。为验证谐波小波的滤波性能进行了仿真和电主轴动平衡实验研究,结果表明:通过谐波小波自适应滤波,能够精确提取动不平衡信号;该滤波方法简单、实时性好,可满足高精度电主轴动平衡测试的要求,具有较强的应用价值。
为适应电主轴高精度动平衡测试的要求,根据谐波小波的相位锁定、窄带分析功能以及在时域具有明确的表达式的特点,研究了谐波小波自适应滤波的方法并给出了算法。该方法由转动频率和滤波带宽确定出相应频段的谐波小波,通过谐波小波与振动信号在时域的相关运算,提取与转速同频的动不平衡信号。为验证谐波小波的滤波性能进行了仿真和电主轴动平衡实验研究,结果表明:通过谐波小波自适应滤波,能够精确提取动不平衡信号;该滤波方法简单、实时性好,可满足高精度电主轴动平衡测试的要求,具有较强的应用价值。
2012, 31(9): 1490-1493.
摘要:
针对大型储油罐顶网壳结构稳定性十分复杂的问题,建立了适合大型储油罐顶网壳稳定性分析的三维有限元模型,并对储油罐顶网壳的三维有限元建模过程进行了详细的阐述。采用所建立的三维有限元模型对大型储油罐顶钢网壳的结构稳定性进行了数值模拟研究,研究了大型储油罐顶钢网壳的线性屈曲和非线性屈曲,获得了大型储油罐顶钢网壳的极限承载载荷。数值模拟结果为大型储油罐顶钢网壳的结构设计和使用工况设计提供了理论依据。
针对大型储油罐顶网壳结构稳定性十分复杂的问题,建立了适合大型储油罐顶网壳稳定性分析的三维有限元模型,并对储油罐顶网壳的三维有限元建模过程进行了详细的阐述。采用所建立的三维有限元模型对大型储油罐顶钢网壳的结构稳定性进行了数值模拟研究,研究了大型储油罐顶钢网壳的线性屈曲和非线性屈曲,获得了大型储油罐顶钢网壳的极限承载载荷。数值模拟结果为大型储油罐顶钢网壳的结构设计和使用工况设计提供了理论依据。
2012, 31(9): 1494-1499,1503.
摘要:
对于非凸区域加工范围的口腔修复体的行切走刀方式,针对跳刀频繁问题,提出了基于二维平面规划的导动曲线生成算法。该方法首先利用平行线段与加工区域求交得到交点,建立交点与加工区域边界的拓扑连接关系,根据对应关系按照一定的原则连接交点以及区域的边界点从而构建出连续的较少跳刀的导动曲线。最终生成刀具轨迹的跳刀次数与导动曲线的跳刀次数一致。实例表明该算法稳定快速且可靠,能显著减少跳刀次数,提高口腔修复体的加工效率。
对于非凸区域加工范围的口腔修复体的行切走刀方式,针对跳刀频繁问题,提出了基于二维平面规划的导动曲线生成算法。该方法首先利用平行线段与加工区域求交得到交点,建立交点与加工区域边界的拓扑连接关系,根据对应关系按照一定的原则连接交点以及区域的边界点从而构建出连续的较少跳刀的导动曲线。最终生成刀具轨迹的跳刀次数与导动曲线的跳刀次数一致。实例表明该算法稳定快速且可靠,能显著减少跳刀次数,提高口腔修复体的加工效率。
2012, 31(9): 1500-1503.
摘要:
模式识别的首要问题是特征提取,在特征提取过程中,是否可以找到有效区分不同模式的特征,对模式识别的准确率有至关重要的影响。特征向量在高维可视化过程中,每一类都有自己固有的几何形态,在原有特征的基础上,可以进一步从斜率的角度反映每一类的形状,为此提出一种基于斜率关联度的模式识别方法,利用UCI机器学习数据库中的Iris数据集进行了模式识别效果分析,得到了较高的识别准确率。将基于斜率关联度的模式识别方法应用于滚动轴承故障诊断,同样得到了较理想的故障诊断效果。
模式识别的首要问题是特征提取,在特征提取过程中,是否可以找到有效区分不同模式的特征,对模式识别的准确率有至关重要的影响。特征向量在高维可视化过程中,每一类都有自己固有的几何形态,在原有特征的基础上,可以进一步从斜率的角度反映每一类的形状,为此提出一种基于斜率关联度的模式识别方法,利用UCI机器学习数据库中的Iris数据集进行了模式识别效果分析,得到了较高的识别准确率。将基于斜率关联度的模式识别方法应用于滚动轴承故障诊断,同样得到了较理想的故障诊断效果。
2012, 31(9): 1504-1507,1511.
摘要:
HEV多能源动力总成控制过程中,处理HEV动态特性的提高和系统动力源能量消耗增加之间的矛盾是混合动力系统过程控制中的难题之一。提出面向动态过程的HEV多能源动力系统控制方法(DPCM方法)。建立以DPCM方法为控制理论基础的实验系统,在车辆传动试验台实验中,通过对不同加减速规律下所需输入动力的分析比较,验证了DPCM方法中的HEV设定车速分阶离散化控制方法对有效降低HEV所需的总输入力矩、降低能量消耗等方面起到了积极作用。实验证明,DPCM方法既能保证HEV动态特性良好,又能有效控制HEV动力源能量消耗,使HEV节能目标得以真正实现。
HEV多能源动力总成控制过程中,处理HEV动态特性的提高和系统动力源能量消耗增加之间的矛盾是混合动力系统过程控制中的难题之一。提出面向动态过程的HEV多能源动力系统控制方法(DPCM方法)。建立以DPCM方法为控制理论基础的实验系统,在车辆传动试验台实验中,通过对不同加减速规律下所需输入动力的分析比较,验证了DPCM方法中的HEV设定车速分阶离散化控制方法对有效降低HEV所需的总输入力矩、降低能量消耗等方面起到了积极作用。实验证明,DPCM方法既能保证HEV动态特性良好,又能有效控制HEV动力源能量消耗,使HEV节能目标得以真正实现。
2012, 31(9): 1508-1511.
摘要:
针对液压滑阀内部结构的复杂性,以及各参数对液压滑阀流场影响的不确定性,建立了U型节流槽液压滑阀计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)三维模型,分别从阀口开度、槽口深度和工作压差3个方面对该模型进行分析,得出液压油速度场分布以及高速射流区域的形状和大小的变化趋势,计算结果以可视的图形图像形式给出。
针对液压滑阀内部结构的复杂性,以及各参数对液压滑阀流场影响的不确定性,建立了U型节流槽液压滑阀计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)三维模型,分别从阀口开度、槽口深度和工作压差3个方面对该模型进行分析,得出液压油速度场分布以及高速射流区域的形状和大小的变化趋势,计算结果以可视的图形图像形式给出。
2012, 31(9): 1512-1515,1521.
摘要:
为了研究气隙偏心对陶瓷电主轴转子系统的影响,首先分析只考虑静偏心时电主轴气隙磁导的变化规律,推导了静偏心下作用于转子的单边磁拉力表达式,并通过电磁场有限元分析了170SD30的无内圈式陶瓷电主轴单边磁拉力特性。建立了电主轴转轴三维有限元模型,分析对比陶瓷转轴及金属转轴在单边磁拉力作用下的变形情况。分析表明,电主轴气隙偏心对电磁转矩影响较小。且当极对数P>1时产生的单边磁拉力不随时间变化。将陶瓷材料应用于电主轴转轴中,气隙偏心对电主轴整体性能的影响将减弱。
为了研究气隙偏心对陶瓷电主轴转子系统的影响,首先分析只考虑静偏心时电主轴气隙磁导的变化规律,推导了静偏心下作用于转子的单边磁拉力表达式,并通过电磁场有限元分析了170SD30的无内圈式陶瓷电主轴单边磁拉力特性。建立了电主轴转轴三维有限元模型,分析对比陶瓷转轴及金属转轴在单边磁拉力作用下的变形情况。分析表明,电主轴气隙偏心对电磁转矩影响较小。且当极对数P>1时产生的单边磁拉力不随时间变化。将陶瓷材料应用于电主轴转轴中,气隙偏心对电主轴整体性能的影响将减弱。
2012, 31(9): 1516-1521.
摘要:
为解决爆破试验条件下离心压缩机齿轮箱出现裂纹的问题,运用UG、HyperMesh与Optist-ruct软件分别对箱体进行三维重建、网格划分与有限元分析,以确定其最大应力与应变及其区域。结果表明,最大应力为1 096 MPa,不满足要求。为此,以单元密度为设计变量,体积最小为目标函数,最大应变处单元位移不超过0.2 mm为约束条件,利用Optistruct软件对其进行拓扑优化,并对优化后的结构重新进行强度校核,最大应力降低为228 MPa,低于材料许用强度,符合要求。爆破试验也表明,优化后的样机不再出现上述问题。
为解决爆破试验条件下离心压缩机齿轮箱出现裂纹的问题,运用UG、HyperMesh与Optist-ruct软件分别对箱体进行三维重建、网格划分与有限元分析,以确定其最大应力与应变及其区域。结果表明,最大应力为1 096 MPa,不满足要求。为此,以单元密度为设计变量,体积最小为目标函数,最大应变处单元位移不超过0.2 mm为约束条件,利用Optistruct软件对其进行拓扑优化,并对优化后的结构重新进行强度校核,最大应力降低为228 MPa,低于材料许用强度,符合要求。爆破试验也表明,优化后的样机不再出现上述问题。
2012, 31(9): 1522-1525,1529.
摘要:
为开发基于虚拟现实的机器人临场感仿真实验平台,对捕捉抛物的仿真成为必要。本文中提出了机器人捕捉抛物的仿真方法,以虚拟三自由度机器人捕捉虚拟小球为例进行了应用计算,包括求解正向运动学方程、逆向运动学方程,抛出虚拟小球的运动跟踪计算,捕捉点坐标的计算,最后结合初始位置以及规划的轨迹,得到了实现VS编程仿真的实时插补关节角度,并开发出了三自由度机器人临场感仿真平台中的相应程序。仿真结果表明了该方法的有效性。
为开发基于虚拟现实的机器人临场感仿真实验平台,对捕捉抛物的仿真成为必要。本文中提出了机器人捕捉抛物的仿真方法,以虚拟三自由度机器人捕捉虚拟小球为例进行了应用计算,包括求解正向运动学方程、逆向运动学方程,抛出虚拟小球的运动跟踪计算,捕捉点坐标的计算,最后结合初始位置以及规划的轨迹,得到了实现VS编程仿真的实时插补关节角度,并开发出了三自由度机器人临场感仿真平台中的相应程序。仿真结果表明了该方法的有效性。
2012, 31(9): 1526-1529.
摘要:
为了减少电主轴的热误差,提高数控机床的加工精度,考虑热变形不仅与自身若干期的滞后值有关,还与当前温升及其滞后值有关,提出采用多元自回归方法建立电主轴热误差模型。首先将观测序列进行差分处理,剔除线性趋势项,然后利用Akaike判据获得自回归模型的阶数,用最小二乘法求得自回归模型的系数,最后用建立的自回归模型预测电主轴热误差,并通过试验验证该模型的有效性。试验结果表明基于位移的热误差自回归模型比基于温度的热误差多元线性回归模型有更好的精度。
为了减少电主轴的热误差,提高数控机床的加工精度,考虑热变形不仅与自身若干期的滞后值有关,还与当前温升及其滞后值有关,提出采用多元自回归方法建立电主轴热误差模型。首先将观测序列进行差分处理,剔除线性趋势项,然后利用Akaike判据获得自回归模型的阶数,用最小二乘法求得自回归模型的系数,最后用建立的自回归模型预测电主轴热误差,并通过试验验证该模型的有效性。试验结果表明基于位移的热误差自回归模型比基于温度的热误差多元线性回归模型有更好的精度。
2012, 31(9): 1530-1534,1538.
摘要:
远程协同故障诊断的主要关键支撑技术包括对装备现场健康状况信息的主动有效预处理,以及对多诊断资源参与协作过程中的规划,包括任务分配与资源配置两个子环节;最后一个关键技术为对多诊断结论的博弈决策。以移动发电车为对象,对远程协同诊断的关键支撑技术及其系统开发进行了验证,表明远程协同故障诊断具有快速、高效、资源共享等优点。
远程协同故障诊断的主要关键支撑技术包括对装备现场健康状况信息的主动有效预处理,以及对多诊断资源参与协作过程中的规划,包括任务分配与资源配置两个子环节;最后一个关键技术为对多诊断结论的博弈决策。以移动发电车为对象,对远程协同诊断的关键支撑技术及其系统开发进行了验证,表明远程协同故障诊断具有快速、高效、资源共享等优点。
2012, 31(9): 1535-1538.
摘要:
液压同步阀是实现液压同步驱动的重要器件,其集流工况速度同步精度直接反映着液压同步阀的优劣。通过对液压同步阀的结构及集流工作原理分析,利用AMESim软件对集流工况进行建模,依据某型号液压同步阀的实际参数设置模型的各项参数并验证模型的正确性。在此模型基础上重点分析了对中弹簧刚度、弹簧座直径及可变节流口预设开度对液压同步阀集流工况速度同步精度的影响,得到了它们对液压同步阀集流工况速度同步精度的影响趋势。
液压同步阀是实现液压同步驱动的重要器件,其集流工况速度同步精度直接反映着液压同步阀的优劣。通过对液压同步阀的结构及集流工作原理分析,利用AMESim软件对集流工况进行建模,依据某型号液压同步阀的实际参数设置模型的各项参数并验证模型的正确性。在此模型基础上重点分析了对中弹簧刚度、弹簧座直径及可变节流口预设开度对液压同步阀集流工况速度同步精度的影响,得到了它们对液压同步阀集流工况速度同步精度的影响趋势。
2012, 31(9): 1539-1542,1548.
摘要:
针对轴承振动信号的非平稳特征和现实中难以获得大量典型故障样本的情况,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)的近似熵和支持向量机的轴承故障诊断方法。首先通过LMD方法将非平稳的原始加速度振动信号分解成若干个平稳的乘积函数(productionfunction,PF);轴承发生不同的故障时,在不同频带内的信号近似熵值会发生改变,故可通过计算不同振动信号的LMD近似熵判断是否发生故障和发生的故障类型;从包含有主要故障信息的PF分量中提取出来的近似熵特征作为输入建立支持向量机(support vector machine,SVM),判断轴承的工作状态和故障类型。
针对轴承振动信号的非平稳特征和现实中难以获得大量典型故障样本的情况,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)的近似熵和支持向量机的轴承故障诊断方法。首先通过LMD方法将非平稳的原始加速度振动信号分解成若干个平稳的乘积函数(productionfunction,PF);轴承发生不同的故障时,在不同频带内的信号近似熵值会发生改变,故可通过计算不同振动信号的LMD近似熵判断是否发生故障和发生的故障类型;从包含有主要故障信息的PF分量中提取出来的近似熵特征作为输入建立支持向量机(support vector machine,SVM),判断轴承的工作状态和故障类型。
2012, 31(9): 1543-1548.
摘要:
对于空气轴承中气膜的复杂湍流运动,无法直接用解析法求解其雷诺方程。基于Fluent的3D标准κ-ε粘性湍流两方程模型,用数值方法分析了静压平面空气轴承节流器4×4阵列,得到了多节流器耦合后的阵列气膜承载力、质量流量等关键参数。仿真结果揭示了节流器单元的气膜压强分布规律:与节流器单元耦合的单元个数越多,气膜压强耦合越强,且压强数值越大;从气膜压强和速度的累积分布可得到多节流器之间的耦合关系。通过实物模型的测试验证了仿真结果的有效性。结果可用于空气轴承优化设计和阵列气膜压强分布的解析模型辨识。
对于空气轴承中气膜的复杂湍流运动,无法直接用解析法求解其雷诺方程。基于Fluent的3D标准κ-ε粘性湍流两方程模型,用数值方法分析了静压平面空气轴承节流器4×4阵列,得到了多节流器耦合后的阵列气膜承载力、质量流量等关键参数。仿真结果揭示了节流器单元的气膜压强分布规律:与节流器单元耦合的单元个数越多,气膜压强耦合越强,且压强数值越大;从气膜压强和速度的累积分布可得到多节流器之间的耦合关系。通过实物模型的测试验证了仿真结果的有效性。结果可用于空气轴承优化设计和阵列气膜压强分布的解析模型辨识。
