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纳米粉体连续高压分散装置的特性研究
袁方洋, 崔政伟
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190270
摘要(4803) HTML(175) PDF 1230KB(289)
摘要:
搭建了一种超微颗粒连续分散装置,实验发现纳米颗粒经连续喷射分散可被分散至初级粒径范围。为探讨该装置的机理及高压分散特性,数值模拟了纳米粉体的二级喷射分散过程。结果表明,数值与实验结果的压力动态曲线相符,颗粒数密度沿流动方向降低,实验数据较模拟结果更低。颗粒高压分散的喷嘴不宜过长,以避免颗粒在喷嘴内流动过程中再次团聚,喷嘴长径比在2.5左右可在射流出口产生最大的剪切率,获得最佳的颗粒分散效果。
改进的交互式卡尔曼滤波对雷达数据处理技术研究
刘全周, 贾鹏飞, 李占旗, 王启配, 王述勇
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200111
摘要(384) HTML(158) PDF 5156KB(196)
摘要:
为了减少车载毫米波雷达数据中的噪声影响,本文采用了改进的交互式卡尔曼滤波算法对采集数据进行了处理,得到了目标运动状态的最优值。依据目标车辆的运行轨迹构建了运动状态方程,确定了不同状态下的状态矩阵和观测矩阵,同时设计了交互式多模型滤波器,借助于dSPACE场景仿真软件建立了虚拟交通场景,利用硬件在环技术实现了运动目标的数据采集,分析计算了雷达数据噪声,在滤波过程中,利用遗传算法对过程噪声和量测噪声进行在线优化,得到噪声的最优组合。通过激光雷达对目标的探测结果对算法的滤波性能进行了验证,滤波算法求得的数据平均误差小于0.1 m,对数据的噪声起到一定的抑制作用,提高了对目标车辆的定位与追踪能力。
缝纫机器人工作空间分析
王晓华, 王育合, 王文杰, 王进, 陶庆
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190260
摘要(297) HTML(215) PDF 1176KB(49)
摘要:
为确定符合缝纫机结构条件的缝纫机器人工作空间,提高机器人缝纫作业前的规划效率,应用旋量法建立运动学模型,并使用Adams软件验证了所建运动学模型的正确性。采用蒙特卡洛法结合控制变量法分析具有区域限制性的工作空间,确定出机器人各关节在实际工作环境中最佳的转角范围。利用MATLAB仿真得到机器人自由与受限情况下的工作空间云图,对比结果表明所确定的关节转角范围满足机器人实际的工作空间要求。
4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化
张春燕, 谢明娟, 卢晨晖
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
摘要(351) HTML(133) PDF 1944KB(34)
摘要:
为适应多重地形特征环境,本文提出一种集四足步行、蠕动和“全姿态”滚动等运动模式为一体的4-URPU多模式移动并联机构。利用螺旋理论分析了机构在各模式下的运动可行性,求解各模式下机构的位置解及速度雅可比矩阵,并建立多目标优化模型,得到一组相对最优解的集合。结果表明,行走过程中的速度性能指标的最大值低于机构在滚动过程中的速度性能指标,不同的工作环境有不同的最优解决方案。最后对机构进行样机试验,验证了该机构的理论正确性以及运动可行性。所提出的机构可应用于核电事故、野外、自然灾害等具有多重地形特征的地理环境中,有一定的应用前景。
改进狼群算法的SCARA机械臂自适应迭代学习控制
张长胜, 马泽楠, 李宽, 陈标发, 李伟, 杨俊
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190227
摘要(383) HTML(383) PDF 1508KB(135)
摘要:
针对减小机器人重复运动的位置、速度跟踪误差的问题,给出一种基于狼群算法优化的机械臂自适应迭代学习控制策略。根据SCARA(Selective compliance assembly robot arm)机械臂驱动方程,设计动力学系统的迭代学习控制律。引入自适应步长的狼群算法,使狼群能够根据猎物气味浓度动态调整移动步长,提高了算法的收敛速度和精度。该策略对机械臂控制器参数KPKD进行寻优时,得到了良好的控制效果,实现了对期望轨迹的有效跟踪。实验结果表明,该算法灵活性好,对系统期望轨迹具有较高的跟踪精度,有效降低了双关节机械臂的位置、速度跟踪误差,具有较强的可行性与有效性。
转子调磁式磁力齿轮设计与分析
李开元, 朱姿娜, 吴鹏, 吴迪
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
摘要(517) HTML(162) PDF 1496KB(41)
摘要:
针对传统磁力齿轮高速运转时转子永磁体会破坏的缺点,提出没有永磁体的转子调磁式磁力齿轮。根据磁场调制原理建立了输入输出转矩与气隙磁场间的关系,使用二维有限元法分析其转矩传递能力;使用参数化扫描对不同的转子尺寸参数组合进行优化分析,得到输出转矩与转子尺寸间的关系,并探究各转子尺寸参数对输出转矩影响的原因。仿真结果表明:输出转矩与转子的尺寸参数有直接关系,存在最优尺寸使输出转矩达到最大值;优化后输出转矩增加了81.2%,低速转子尺寸对输出转矩影响最大。最后对气隙中磁密进行谐波分析,结果表明优化前后主要谐波的变化与转矩变化一致,验证了转子调磁式磁力齿轮设计分析的有效性。
机械动力学
遗传算法在橡胶超弹性材料参数反求中的应用
周兵, 袁昆明, 刘阳毅, 沈川
2024, 43(4): 553-558.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220263
摘要(0) HTML(0) PDF 1921KB(0)
摘要:
将优化算法与有限元仿真分析相结合可以对橡胶的材料参数进行反求, 该方法基于一款叠层橡胶弹簧的试验数据, 并选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型。在参数反求的过程中, 为解决传统遗传算法出现的早熟、稳定性差以及收敛速度慢的问题, 将编码方式改为实数编码, 并在算法中引入精英保留策略和自适应的交叉与变异概率。将根据改进遗传算法反求得到的刚度特性曲线与试验结果进行对比, 发现二者具有很好的一致性, 表明通过反求得到的材料参数能准确地对橡胶材料的力学性能进行描述。
谐波驱动系统Back-stepping滑模控制研究
宋港, 陈满意, 邱临风, 张杰, 杨燃, 张瀚
2024, 43(4): 559-565.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220244
摘要(0) HTML(0) PDF 2598KB(0)
摘要:
针对谐波传动系统动力学模型中存在的柔性变形、摩擦和运动误差等非线性因素。为了提高系统的传动精度, 针对系统非线性刚度和静态误差因素进行了建模, 并提出了一种Back-stepping滑模控制方法。利用Lyapunov稳定性理论, 证明了闭环系统的误差是一致有界的。仿真结果表明, 与PID控制相比, 采用Back-stepping滑模控制, 系统传动误差曲线峰峰值减小66.63%;负载端角速率误差曲线峰峰值减小77.35%。Back-stepping滑模控制能有效地补偿系统传动误差, 抑制其负载端的速度波动, 提高了系统的传动精度。
机器鳄鱼运动的仿生步态规划方法
黄可凡, 贾文祯, 韩路路, 蒋建平
2024, 43(4): 566-572.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220287
摘要(0) HTML(0) PDF 3935KB(0)
摘要:
模仿真实动物的运动步态是仿生机器人步态规划研究的一个重点。针对一种新型仿生机器鳄鱼的步态规划问题, 采用动作捕捉技术获取了真实鳄鱼的运动步态。在此基础上, 利用高斯牛顿法求解出机器鳄鱼的腿部关节角度, 拟合得到与真实步态轨迹相似性较好的仿生步态, 并分析了机器鳄鱼在该步态下的运动稳定性。虚拟样机的运动仿真实验结果表明: 机器鳄鱼能用与真实鳄鱼相似的步态, 以0.3 m/s的速度向前爬行, 且具备较高的稳定性。
最大相关熵准则下改进扩展卡尔曼滤波的车辆状态估计
祁登亮, 冯静安, 倪向东, 宋宝
2024, 43(4): 573-581.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220288
摘要(0) HTML(0) PDF 4126KB(0)
摘要:
针对传统卡尔曼滤波在非高斯环境下对车辆状态估计鲁棒性和精度差的问题, 提出最大相关熵准则(MCC)下改进自适应迭代扩展卡尔曼(AIEKF)滤波算法(MC-AIEKF), 建立横-纵耦合的三自由度车辆模型, 利用易测得的车载传感器信息设计了包含横摆角速度、质心侧偏角、纵向车速的状态观测器。在双移线和正弦扫频输入工况下通过Simulink/CarSim仿真试验平台对提出的算法进行了验证。结果表明, 在非高斯环境下, 相比于扩展卡尔曼滤波(EKF)和AIEKF, MC-AIEKF算法估计精度高, 鲁棒性好, 在实际的车辆状态估计中MC-AIEKF具有更强的适用性。
压电陶瓷驱动器迟滞非线性的修正Rayleigh模型建模及实验验证
张萌, 刘玉为, 范鹏举, 刘时成, 朱禹清
2024, 43(4): 582-590.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20240047
摘要(0) HTML(0) PDF 5589KB(0)
摘要:
针对压电陶瓷驱动器建模复杂的技术难点, 本文提出了一种基于修正Rayleigh模型的动态迟滞非线性建模方法。首先, 针对压电陶瓷材料的机电响应特性, 构建了压电驱动器的线性本构方程; 然后, 基于迟滞效应成因及其微观机理研究, 提出了采用Rayleigh模型的非线性建模方法; 在此基础上, 采用一阶线性方程描述压电驱动器频率相关特性并通过实验验证其有效性; 之后, 采用双Rayleigh系数, 构建了非对称Rayleigh模型; 最后, 实验验证了Rayleigh模型在压电陶瓷驱动器次环响应中的适用性。
功率超声铆焊变幅杆的设计与分析
李永亮, 梁强, 冯俊
2024, 43(4): 591-599.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220251
摘要(0) HTML(0) PDF 5044KB(0)
摘要:
功率超声塑料铆焊变幅杆的设计中, 纵波谐振频率和振幅是设计的关键。某工程实践中以阶梯形铆焊变幅杆为设计对象, 有限元模态分析中, 其纵波固有频率为19 982 Hz, 谐波扫频响应共振频率为20 082 Hz, 阻抗测试频率为19 813 Hz, 三者误差率较小, 且在材料阻尼率为0.004时, 变幅杆端头有仿真最大振幅59.16 μm, 与激光测振仪测量的振幅49.8 μm同样误差较小, 实践加工验证, 铆焊效果较好。结果表明有限元固有模态、谐波响应、阻抗分析、振幅测试分析可为超声变幅杆的工程设计提供高效的设计、分析、测试方法。
循环相关熵和一维浅卷积神经网络轴承故障诊断
李辉, 徐伟烝
2024, 43(4): 600-610.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220246
摘要(0) HTML(0) PDF 7604KB(0)
摘要:
针对传统二维深度卷积神经网络结构复杂、易产生过拟合和难以有效处理低信噪比信号的问题, 提出了一种基于循环相关熵和一维浅卷积神经网络的故障诊断-CCe-1D SCNN方法。该方法综合利用了一维浅卷积神经网络结构简单、计算复杂度低和循环相关熵能在低信噪比环境下有效提取故障特征的优点。首先, 计算轴承故障振动信号的循环相关熵函数、循环相关熵谱密度函数和广义循环平稳度; 其次, 将一维归一化的广义循环平稳度作为一维浅卷积神经网络的输入层, 通过一维浅卷积神经网络自动实现故障特征提取和模式分类; 最后, 将CCe-1D SCNN方法应用于电机轴承故障特征提取和分类, 实验结果表明: CCe-1D SCNN方法在低噪声比情况下仍能保持很高的模式识别正确率, 为一种自动故障特征提取和模式识别的有效方法。
精密制造与加工
面向盘类零件的加工仿真方法及工艺参数优化研究
董立卓, 李方春, 吴宝海, 陈冰
2024, 43(4): 611-618.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20240055
摘要(0) HTML(0) PDF 4322KB(0)
摘要:
针对风扇盘材料的本构模型进行参数辨识, 为使有限元模型的模型上有准确的加工应力场进行贴合, 对TC11钛合金残余应力进行经验公式的建模, 开展残余应力仿真方法研究。对风扇盘半精车小端进行仿真建模与验证。基于残余应力仿真结果进行工艺参数优化, 通过实例加工验证了方法的有效性。
钛合金切削中切屑形态与残余应力的仿真与实验研究
庄可佳, 高金强, 翁剑, 张伟伟, 周胜强
2024, 43(4): 619-627.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220253
摘要(0) HTML(0) PDF 5144KB(0)
摘要:
钛合金作为航空工业的常用材料, 其加工后的残余应力会严重影响到零件的使用寿命。本文针对钛合金加工建立了基于CEL方法的仿真模型, 并搭建正交实验平台测量切屑形态和残余应力来验证模型的有效性。将所提模型与传统的拉格朗日方法和ALE方法进行比较, 结果表明CEL方法虽然耗时较长但是预测结果更加准确并且不产生网格畸变, 综合性能最优。最后基于所提方法探究不同进给量和刃口半径影响下的切屑形态和加工表面残余应力。结果表明, 随着进给量和刃口半径的增大, 切屑锯齿化程度和等效切屑厚度增大, 表面残余应力随着进给量和刃口半径的增大变得更压。
水平振动式滚磨光整加工中力链演化及量化分析
张凯, 李秀红, 李文辉, 王嘉明, 李昊
2024, 43(4): 628-636.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220258
摘要(0) HTML(0) PDF 7828KB(0)
摘要:
滚磨光整加工中磨块颗粒介质内力链网络影响颗粒群的宏观行为, 进而影响加工效果。本文建立水平振动式滚磨光整加工离散元模型, 分析颗粒介质介观尺度力链网络动态演化机制与宏观运动行为的联系, 并对力链网络进行量化表征研究。结果表明: 力链网络复杂的时空分布特性决定了颗粒群的运动特征, 提高激振参数, 颗粒介质出现流态化现象, 力链数目减少, 强力链长度变短、准直系数减小、强度提高、方向偏向重力方向。研究工作为形成滚磨光整加工多尺度研究策略提供了一定的分析方法。
碳化硅陶瓷的激光改性磨削
刘伟, 顾浩, 唐都波, 刘顺
2024, 43(4): 637-642.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220243
摘要(0) HTML(0) PDF 4017KB(0)
摘要:
为了实现碳化硅陶瓷的高精加工, 激光辐照被引入磨削加工中。本文以碳化硅陶瓷为研究对象, 采用激光改性磨削工艺, 利用激光辐照对碳化硅陶瓷进行改性处理, 进而对碳化硅陶瓷进行磨削试验。与普通磨削进行比较, 研究了碳化硅陶瓷试样的磨削力、表面粗糙度、表面形貌和亚表面损伤。实验结果表明, 与普通磨削相比, 激光改性磨削可以有效降低法向磨削力、切向磨削力、表面粗糙度, 最大下降幅度分别为33.91%、37.31%和33.14%。激光改性磨削促使SiC陶瓷在磨削过程中以塑性去除为主, 磨削表面规则且光滑; 工件亚表面微裂纹较少, 亚表面损伤深度小; 实现了大磨削深度的塑性去除, 提高了SiC陶瓷的磨削质量。
运用响应面法的Ti-6Al-4V ELI钛合金铣削表面粗糙度预测模型
孙庆贞, 魏学涛, 张涛, 张磊, 魏旭东
2024, 43(4): 643-649.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20240046
摘要(0) HTML(0) PDF 2661KB(0)
摘要:
本研究采用端面铣削方式对Ti-6Al-4V ELI(TC4)钛合金进行加工, 结合工艺参数进行建模以预测工件的表面质量并确定最佳切削参数。为了实现对工件表面质量的精确预测, 在三轴数控加工中心上进行了相应的试验。试验基于Box Behnken方法(BBD)进行了四因素和三水平的设计, 减少了试验所需的数目。试验中选择切削深度、切削宽度、切削速度和每齿进给量作为输入参数, 将每次试验所测量的表面粗糙度作为输出参数。最终采用响应面法(Response surface methodology, RSM)建立输入参数和输出参数之间的二次关系, 并进行方差分析(Analysis of variance, ANOVA)以评估所建立的模型。同时, 利用RSM进行优化分析, 确定铣削参数以实现最小表面粗糙度。分析表明, 使用RSM建立铣削参数与表面粗糙度的二次回归模型, 其校正系数为96.16%, 模型能够较好反应输入参数与表面粗糙度的映射关系, 该方法能够提供可靠的用于输入参数限制内任何铣削条件的表面粗糙度预测。经优化分析和试验验证, 所得铣削参数能够获得较小的表面粗糙度, 可应用于实践生产中的工艺优化。
加工误差对静压气浮主轴静动态性能的影响
李瑞瑞, 李运堂, 王鹏峰, 叶月亮, 李孝禄, 陈源
2024, 43(4): 650-659.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220252
摘要(0) HTML(0) PDF 6335KB(0)
摘要:
为了改善静压气浮主轴静动态性能, 研究了非均匀分布变节流孔直径静压气浮主轴结构。基于有限差分和线性小扰动法分析节流孔直径和分布不均匀性对主轴承载能力的影响, 研究了轴套存在周向或轴向加工误差(正弦波纹、矩形波纹和三角波纹)对主轴静动态性能的影响。结果表明: 节流孔直径系数为0.9~0.95时, 承载能力提升最明显; 周向或轴向加工误差有助于提高主轴承载能力; 矩形和三角形波纹提高新型主轴承载能力更显著; 轴向矩形波纹、三角波纹更有助于提高主轴稳定性; 随着加工误差幅值增大, 主轴稳定性降低。
工艺参数对7050铝合金铣削表面质量的影响
王昱晨, 何利华, 罗冬妮, 潘建峰, 倪敬
2024, 43(4): 660-666.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220260
摘要(0) HTML(0) PDF 3566KB(0)
摘要:
为了探究7050铝合金铣削表面质量的关键影响因素, 寻找最优工艺参数, 对7050铝合金在浇注冷却条件下进行了正交试验, 建立了表面粗糙度与切削深度、主轴转速之间的回归模型, 分析了加工过程中刀具-工件相对接触状态不同时所产生的刀痕差异。结果表明: 切削深度对表面粗糙度的影响最大, 主轴转速其次, 进给量的影响最小; 刀痕的表现形式与刀具-工件相对接触状态存在直接联系, 刀具切入工件位置主要受切削深度的影响产生单向圆弧状刀痕, 刀具完全进入铣削工件后则会形成交错的圆弧状刀痕, 在刀具离开工件位置主要受进给量影响产生较浅刀痕。
采用门控循环单元神经网络和多特征融合的铣削刀具磨损监测
葛慧, 韩林池, 麻俊方, 宋清华, 王润琼, 刘战强, 杜宜聪, 王兵, 蔡玉奎, 赵金富
2024, 43(4): 667-673.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220269
摘要(0) HTML(0) PDF 3583KB(0)
摘要:
为实现汽车发动机缸盖生产中刀具磨损状态的监测,提高刀具磨损监测方法的计算效率和识别精度,基于门控循环单元神经网络和多特征融合方法提出了面向铣刀后刀面磨损带宽度识别的刀具状态监测方法。通过铣削力信号数据对所提出方法的有效性进行了验证,分析了不同超参数设置对模型识别精度的影响机制,给出了最优超参数,实现了对铣削刀具磨损的精确识别。
金属板材大深宽比微沟槽特征辊压成形工艺分析
李廷, 郑洁霁, 沈建明, 张春苗, 张金美
2024, 43(4): 674-680.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220257
摘要(0) HTML(0) PDF 2355KB(0)
摘要:
提出一种新型的辊压成形的工艺, 对主辅成形辊轮的轮廓设计提出新的设计思路, 并对0.1 mm的厚度TA1钛板微沟槽(深度2.5 mm, 深宽比86.2%)进行辊压成形的试验, 将最大减薄率、最大深度偏差作为评价指标, 验证工艺的合理性与科学性。结果表明: 辅助成形辊轮在满足挠度(<0.02 mm)的前提下, 应尽可能减少辅助成形辊轮的特征数, 使其在辊压过程中板材折弯变形而非拉延, 其最大减薄率为小于0.4%, 深度偏度小于0.5%, 配合冲压模具可以对大深宽比的微沟槽成形, 而不受拔模角度的影响, 此新型成形工艺可以促进金属板材微沟槽产品的产业化。
仪器、仪表科学与技术
跳连接变分自编码器与CNN相结合的滚动轴承故障诊断方法
张洪亮, 余其源, 王锐
2024, 43(4): 681-689.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220273
摘要(0) HTML(0) PDF 4948KB(0)
摘要:
针对滚动轴承故障率小、不易收集故障数据的问题, 提出基于跳跃连接变分自编码器与宽核深度卷积神经网络相结合的小样本故障诊断方法。该方法首先在变分自编码器的编码和解码之间引入跳跃连接结构, 并将Tanh作为网络的激活函数, 进而提高生成样本的特征多样性; 其次, 构建宽核深度卷积网络诊断模型, 该模型可以提高从振动信号中提取故障特征的能力; 最后, 经生成样本扩充的数据集作为模型输入, 提高训练集包含的特征信息量, 实现小样本下的故障诊断。实验分析表明, 所提方法在小样本情形下能生成有效的伪样本并具有较高的诊断精度。
对抗神经网络在轴承故障诊断中的应用
樊星男, 刘晓娟
2024, 43(4): 690-697.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220264
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摘要:
针对条件对抗神经网络(CGAN)只能进行真假不能进行分类判别和半监督对抗神经网络(SGAN)需要同时进行分类和真假判别的缺点, 提出了一种改进对抗神经网络CSGAN模型, 并给出了具体设计。该对抗网络的生成器G以CGAN为基础, 由多层感知机(MLP)构成; 判别器D以SGAN为基础, 由卷积神经网络(CNN)构成。基于CSGAN, 还提出了一种二维对抗神经网络轴承故障诊断方法, 该方法首先将原始故障信号归一化到[-1, 1]区间, 然后利用一个滑窗从归一化数据中截取1024长度的数据, 并转换构成32×32尺寸的二维矩阵作为CSGAN的输入。经多个公开数据集验证表明, 这一诊断方法在不同样本比例的情况下都能有效提高判别器的诊断精度, 具有良好的适用性。
运载工程
功率六分支人字齿轮传动系统的配齿方法
刘琳琳, 王三民, 何前进, 赵永进, 任鸿飞
2024, 43(4): 698-703.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220247
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摘要:
功率分流传动系统具有承载能力强、传动比大、结构紧凑等优点, 已被广泛应用于大功率动力传输。在各支路齿轮配齿时, 考虑邻接条件和传动比条件, 且避免齿轮发生碰撞的前提下, 消除各对齿轮啮合时产生的干涉已成为该系统设计时需考虑的关键问题之一。本文在功率六分支同轴传动构型设计基础上, 提出了一种更容易判断4个齿轮啮合是否产生干涉的判断条件, 并将其与变位齿轮结合, 建立了六分支人字齿轮配齿方法, 该方法不仅可快速计算出使齿轮啮合不产生干涉的变位系数, 而且还可以得出满足传动比要求和干涉量误差的多组方案。算例结果表明, 该方法得到的齿轮参数满足各项要求, 为某舰船动力系统中的六分支人字齿轮传动系统的设计提供了实用的方法和理论依据。
航空、宇航工程
航空安全带织带拉伸力学特性研究
杨欢, 刘小川, 张宇, 惠旭龙, 白春玉
2024, 43(4): 704-710.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220256
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摘要:
航空安全带是保障乘员安全的关键部件, 为研究航空安全带织带的拉伸力学性能, 利用电子万能实验机, 开展了AM SAFE安全带织带在6.35 mm/min、30 mm/min、152.4 mm/min加载速率、160 mm、254 mm标距段尺寸、以及考虑二次加载影响下的拉伸性能实验, 并基于实验结果, 采用区段式、有限元、混合式3种安全带建模方法, 模拟并对比了安全带织带的拉伸过程。结果表明: 安全带织带迟滞效应明显, 耗能作用显著; 其拉伸力学特性受加载速率影响很小, 受标距段尺寸影响较大, 与加载次数密切相关; 3种建模方式均能较好地表征安全带织带的拉伸力学性能。
索膜反射面可展开天线的形态设计
杜雪林
2024, 43(4): 711-720.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220282
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摘要:
为研究金属反射网和索网的张紧状态对可展开天线形面精度的影响, 考虑支撑桁架变形对索膜反射面可展开天线进行形态设计研究。金属反射网可看作一类薄膜结构, 由于金属反射网和索网均需施加预张力来达到一定的刚度, 因此首先基于索膜结构力密度方程进行形态设计, 使其在自身预张力和外载作用下达到满足要求的形状和精度; 索膜结构的张拉作用会导致桁架变形, 造成再平衡后索膜反射面形面精度的降低和张力分布不合理, 因此, 需要建立天线整体的非线性有限元模型; 对天线模型进行迭代修正, 最后得到满足要求的张力设计变量和天线构型。最后通过相应算例, 验证了方法的正确性。
U型障碍物多方向多层填充的移动机器人改进蚁群算法
陈青桢, 龚家宝, 于潇雁, 邵宇飞
2024, 43(4): 721-728.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220259
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摘要:
针对传统蚁群算法在移动机器人路径规划中典型的U型障碍物死锁问题, 提出了一种U型障碍物多方向多层填充的改进蚁群算法。首先证明了路径规划的最优解不会进入U型障碍物之中; 其次证明了运用此多方向多层填充法在填充U型障碍物解决死锁问题的同时, 不会造成原有通路的阻塞, 具有原通路保持性, 且填充的迭代次数与迭代总时间少; 之后对填充图形的迭代次数给出了理论性的判定, 此填充方法不仅适用于U型障碍物还适用于其它可填充区域, 且其对于可填充区域可实现完全填充; 最后将此填充方法与蚁群算法结合。仿真结果表明, 改进蚁群算法相比于传统蚁群算法有效率提升。
轴对称矢量喷管平移控制系统运动学建模仿真
王新恺, 项坤, 田晶, 赵建策, 李文灏, 庞博文
2024, 43(4): 729-736.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220289
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摘要:
为解决轴对称矢量喷管原始偏转控制方案中出现的奇异性问题及出口截面光顺性较差的问题, 提出了一种新型平移控制方案。利用CATIA设计了轴对称矢量喷管平移控制系统的三维模型, 在DMU模块中进行运动仿真并激活传感器追踪驱动舵机的旋转角度数据。将三维模型尺寸数据及约束关系代入MATLAB中, 建立了空间运动学方程, 进行数值计算、曲线拟合及误差分析。获得了描述喷管矢量偏转角、矢量方位角与舵机旋转角映射关系的二维插值模型, 进而建立了各个控制周期内矢量偏转角、矢量方位角的动态控制指令。仿真结果表明: 该平移控制方案不存在奇异位置且出口截面形状较好, 提高了喷管的可靠性及密封性, 满足轴对称矢量喷管的精准控制需求, 最后通过模型样机进一步验证了该平移控制方案的可行性。
六自由度工业机械臂运动学仿真研究
云洋, 宋华, 徐炳吉
摘要(4124) PDF 1265KB(1171)
摘要:
为了解决传统插补方法机械臂运行缓慢的问题,采用一种构造雅可比函数的方式来对目标曲线进行插补,根据目标曲线计算出曲线上每个点的雅可比矩阵,形成雅可比矩阵函数,再将目标曲线拟合成末端速度函数,进而求得机械臂每个关节的角速度函数。实时计算机械臂的雅可比矩阵,根据机械臂末端需要的速度,计算出每个关节的速度,这样就能保证机械臂末端在工作空间每个位置的速度可控,同时使用KUKA KR30-3工业机器人模型对其进行仿真验证并就其在头盔加工方面进行仿真分析。仿真结果表明,在避开机械臂奇异位姿的情况下,根据末端位置函数能够计算出机械臂每个关节角的速度函数,并且能够保证速度的连续性。
双驱进给系统同步误差建模与分析
韩兴, 胡小秋, 胡雨伸, 周义成
摘要(2251) PDF 1053KB(844)
摘要:
以数控铣床工作台进给系统为研究对象,通过分析双丝杠进给结构机械特性,并考虑工作台所受摩擦力,建立了同步误差理论模型。利用MATLAB/Simulink模块求解,分析结构参数等因素对同步误差的影响趋势。通过实验测得工作台分别在匀速运动和S形曲线运动下的同步误差,并与理论计算相比较。结果表明:进给系统同步误差是由几何误差导致的扭转角和运动过程中工作台两侧结构参数的不同共同作用产生的,所建的模型对同步误差有较准确的预测。
仿蚕机器人的运动特性分析和仿真研究
孟令森, 吴胜, 王永娟
摘要(2307) PDF 996KB(800)
摘要:
以蚕为典型生物进行观察分析,采用拍摄测量的方法,对蚕的身体做了静态测量,对蚕的运动进行了动态测量,对蚕运动速度进行定量分析,获得了蚕的形态规律特点。采用连杆机构建立了蚕的运动模型,提出了仿生机器人模块化结构方案,在ADAMS软件中建立了其虚拟样机模型。通过仿真计算,实现了仿蚕机器人的运动形态,分析了仿蚕机器人运动过程中关节扭矩的变化情况,制作了二维蠕动样机,并进行了试验。
Vine Copula模型的失效动态相关机械系统可靠性分析
胡启国, 周松
摘要(2386) PDF 892KB(794)
摘要:
提出机械系统的失效动态相关可靠性可采用动态Vine Copula模型进行描述。采用Vine Copula函数将复杂多失效相关的机械系统可靠性问题转换为对多个二维动态Copula函数进行分析。利用非参数估计算法,提出经验分布函数-局部极大似然两步法估计动态Copula函数中的时变参数,从而建立动态Vine Copula 模型来描述多失效动态相关机械系统的可靠性;并重点对机械系统的串联体系可靠性进行建模与分析,进而对机械系统的可靠度进行求解。最后通过单级减速器系统的算例验证了所述方法的合理性及有效性。
杆长误差对水下扩展机构的位置精度影响分析
安徽, 杜向党
摘要(1935) PDF 922KB(758)
摘要:
由于杆长制造误差等因素的影响,水下探测基阵的扩展机构在扩展运动时会产生位置误差,导致换能器描点轨迹的偏差,影响探测性能。以某水下扩展机构为研究对象,基于封闭矢量法和误差独立作用原理建立了杆长误差下的水下扩展机构位置精度分析模型,研究了实际扩展过程中8个杆长误差及输入角度误差对水下扩展机构输出位置的误差影响,探索了一种杆长误差下的机构运动学分析方法,提出一种在不同加工精度下换能器描点运动轨迹的描述方法。
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