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2014年 33卷 第12期
2014, 33(12): 1773-1776.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1201
摘要
PDF 2110KB
摘要:
接触问题属于边界非线性问题.当用有限元程序进行接触分析时,计算时间较长,收敛与否依赖于模型的复杂程度以及接触刚度等因素.在有限元分析中,节点自由度耦合分析方法为线性分析,不存在收敛问题.为了研究这两种方法在高空作业车伸缩臂结构分析中的差异,在有限元软件ANSYS中建立了伸缩臂接触模型和节点自由度耦合模型.结果表明:在模拟滑块接触时,自由度耦合方法得到的结果接近接触模型;但在铰接支座处由于这两种模型差异较大,两者结果相差很大.
接触问题属于边界非线性问题.当用有限元程序进行接触分析时,计算时间较长,收敛与否依赖于模型的复杂程度以及接触刚度等因素.在有限元分析中,节点自由度耦合分析方法为线性分析,不存在收敛问题.为了研究这两种方法在高空作业车伸缩臂结构分析中的差异,在有限元软件ANSYS中建立了伸缩臂接触模型和节点自由度耦合模型.结果表明:在模拟滑块接触时,自由度耦合方法得到的结果接近接触模型;但在铰接支座处由于这两种模型差异较大,两者结果相差很大.
2014, 33(12): 1777-1780.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1202
摘要:
在刚性连杆机构承受外负载的情况下,采用冗余伺服电机法对机构进行动力学平衡分析。根据实际工作要求推导了连杆机构和伺服电机的动力学方程,通过一个实例,对连杆机构的动力学平衡特性进行了分析。验证了RSM法对含有外负载的刚性连杆机构动力学平衡的有效性,同时也对机构动平衡时所需要的理论输入转矩与伺服电机实际输出转矩的关系进行了对比研究。
在刚性连杆机构承受外负载的情况下,采用冗余伺服电机法对机构进行动力学平衡分析。根据实际工作要求推导了连杆机构和伺服电机的动力学方程,通过一个实例,对连杆机构的动力学平衡特性进行了分析。验证了RSM法对含有外负载的刚性连杆机构动力学平衡的有效性,同时也对机构动平衡时所需要的理论输入转矩与伺服电机实际输出转矩的关系进行了对比研究。
2014, 33(12): 1781-1785.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1203
摘要:
安装误差是影响齿轮啮合性能的关键因素,接触印痕和传动误差比较完整地表达了齿轮副在空载或轻载下的啮合性能.针对接触印痕和传动误差,研究了安装误差对准双曲面齿轮啮合性能的影响,该方法突破了传统靠实践经验来调整齿轮副现场安装的局限性.根据格里森HFT(hypoid formatetilt)准双曲面齿轮的加工原理和加工方法,建立了切齿加工数学模型,推导了理论齿面方程.以一对准双曲面齿轮为例,在考虑安装误差的情况下进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis,TCA),研究了安装误差对啮合性能的影响.结果表明:准双曲面齿轮对安装误差敏感性较低.
安装误差是影响齿轮啮合性能的关键因素,接触印痕和传动误差比较完整地表达了齿轮副在空载或轻载下的啮合性能.针对接触印痕和传动误差,研究了安装误差对准双曲面齿轮啮合性能的影响,该方法突破了传统靠实践经验来调整齿轮副现场安装的局限性.根据格里森HFT(hypoid formatetilt)准双曲面齿轮的加工原理和加工方法,建立了切齿加工数学模型,推导了理论齿面方程.以一对准双曲面齿轮为例,在考虑安装误差的情况下进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis,TCA),研究了安装误差对啮合性能的影响.结果表明:准双曲面齿轮对安装误差敏感性较低.
2014, 33(12): 1786-1790.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1204
摘要:
根据圆柱面配合引起的转子自激失稳振动的特性,建立了圆柱面间隙配合失稳模型.用Riccati传递矩阵法计算双转子实验器低压转子系统的失稳转速,分析圆柱面配合参数和轴承刚度对转子系统稳定性的影响.实验验证了圆柱面配合处锁紧螺母预紧力对转子门槛转速的影响,通过加大锁紧螺母预紧力能够有效提高转子的失稳转速.
根据圆柱面配合引起的转子自激失稳振动的特性,建立了圆柱面间隙配合失稳模型.用Riccati传递矩阵法计算双转子实验器低压转子系统的失稳转速,分析圆柱面配合参数和轴承刚度对转子系统稳定性的影响.实验验证了圆柱面配合处锁紧螺母预紧力对转子门槛转速的影响,通过加大锁紧螺母预紧力能够有效提高转子的失稳转速.
2014, 33(12): 1791-1794.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1205
摘要:
根据袋鼠的结构特点,建立了具有欠驱动关节的液动三刚体跳跃机器人模型,关节处加装扭转弹簧,实现了关节的柔性和储能.建立了机构在着地阶段的欠驱动动力学方程,分析了主被动关节间动力学耦合效应.结合实例求得液压缸驱动力变化规律与机器人理论姿态图.建立实体模型,并运用ADAMS进行欠驱动动力学仿真.结果表明:通过动力学耦合来控制欠驱动关节的位置是可能的,与理论姿态图对比结果也验证了所提出方案的可行性及所建模型的正确性.
根据袋鼠的结构特点,建立了具有欠驱动关节的液动三刚体跳跃机器人模型,关节处加装扭转弹簧,实现了关节的柔性和储能.建立了机构在着地阶段的欠驱动动力学方程,分析了主被动关节间动力学耦合效应.结合实例求得液压缸驱动力变化规律与机器人理论姿态图.建立实体模型,并运用ADAMS进行欠驱动动力学仿真.结果表明:通过动力学耦合来控制欠驱动关节的位置是可能的,与理论姿态图对比结果也验证了所提出方案的可行性及所建模型的正确性.
2014, 33(12): 1795-1797.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1206
摘要:
以10×6型汽车起重机转向系统为研究对象,根据汽车转向理论阿克曼定理建立了多轴转向系统的数学模型及运动学模型,运用ADAMS对模型进行运动学仿真及转向性能分析.在分析了轴间内轮转角误差及各轴内外轮转角误差的基础上,选取转向机构上的几个硬点坐标为设计变量,分别以轴间内轮转向角累计误差和各轴内外轮转向角累积误差最小为优化目标,运用ADAMS对转向机构的Ⅱ轴、Ⅴ轴进行轴间内轮转角和Ⅰ轴内外轮转角进行了优化设计,最后对优化后的模型进行试验验证.
以10×6型汽车起重机转向系统为研究对象,根据汽车转向理论阿克曼定理建立了多轴转向系统的数学模型及运动学模型,运用ADAMS对模型进行运动学仿真及转向性能分析.在分析了轴间内轮转角误差及各轴内外轮转角误差的基础上,选取转向机构上的几个硬点坐标为设计变量,分别以轴间内轮转向角累计误差和各轴内外轮转向角累积误差最小为优化目标,运用ADAMS对转向机构的Ⅱ轴、Ⅴ轴进行轴间内轮转角和Ⅰ轴内外轮转角进行了优化设计,最后对优化后的模型进行试验验证.
2014, 33(12): 1798-1802.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1207
摘要:
现有的几种用模糊数量化模糊语言进行可靠性模糊分配的方法存在计算过程复杂的缺陷,影响实际应用效果.在梯形模糊数量化模糊语言的基础上引入了模糊数明晰化方法,数据处理通过简单编程即可完成;充分考虑人们对事物认识的模糊性,引入偏重系数对层次分析法的比例标度法进行改进,使各影响因素权重的计算结果更符合实际.将改进后的模糊综合评判法与层次分析法结合进行环模制粒机可靠性分配,结果证明该分配方法实用、合理.
现有的几种用模糊数量化模糊语言进行可靠性模糊分配的方法存在计算过程复杂的缺陷,影响实际应用效果.在梯形模糊数量化模糊语言的基础上引入了模糊数明晰化方法,数据处理通过简单编程即可完成;充分考虑人们对事物认识的模糊性,引入偏重系数对层次分析法的比例标度法进行改进,使各影响因素权重的计算结果更符合实际.将改进后的模糊综合评判法与层次分析法结合进行环模制粒机可靠性分配,结果证明该分配方法实用、合理.
2014, 33(12): 1803-1806.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1208
摘要:
针对柔索驱动并联加工机构,着重分析了该系统的固有频率及动力学响应特性.构建了系统瞬态时在切削力作用下的振动模型,解算出系统的固有频率;研究了系统的切削力模型和该力作用下的系统响应问题,基于龙格库塔法对系统的受迫振动模型进行数值求解.最后通过数值算例验证了该算法的可行性,并通过快速傅里叶变换(fast fourier transformation,FFT)将时域响应转变为频域解,分析了动平台质量和重心位置参数对系统稳定性的影响.
针对柔索驱动并联加工机构,着重分析了该系统的固有频率及动力学响应特性.构建了系统瞬态时在切削力作用下的振动模型,解算出系统的固有频率;研究了系统的切削力模型和该力作用下的系统响应问题,基于龙格库塔法对系统的受迫振动模型进行数值求解.最后通过数值算例验证了该算法的可行性,并通过快速傅里叶变换(fast fourier transformation,FFT)将时域响应转变为频域解,分析了动平台质量和重心位置参数对系统稳定性的影响.
2014, 33(12): 1807-1810.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1209
摘要:
针对需要与人体高度偕行的外骨骼,采用基于运动生物力学分析方法,对外骨骼进行运动仿真.对人体运动分析,采用连续体离散化-离散体连续化的思路.连续体离散化利用高速摄像机与光学动作捕捉系统测试人体关节在人体运动时的空间三维坐标.离散体连续化采用最小二乘法对测试数据进行拟合分析得到可以应用于外骨骼人体运动模型.建立外骨骼虚拟样机,将人体运动模型应用于外骨骼虚拟样机中仿真,得到运动时外骨骼各关节处受力曲线,分析关节力矩驱动特性,其中最大受力和力矩都在左膝关节处,分别为450 N和68N.m,对外骨骼设计制造时材料选择、结构设计有着重要作用.
针对需要与人体高度偕行的外骨骼,采用基于运动生物力学分析方法,对外骨骼进行运动仿真.对人体运动分析,采用连续体离散化-离散体连续化的思路.连续体离散化利用高速摄像机与光学动作捕捉系统测试人体关节在人体运动时的空间三维坐标.离散体连续化采用最小二乘法对测试数据进行拟合分析得到可以应用于外骨骼人体运动模型.建立外骨骼虚拟样机,将人体运动模型应用于外骨骼虚拟样机中仿真,得到运动时外骨骼各关节处受力曲线,分析关节力矩驱动特性,其中最大受力和力矩都在左膝关节处,分别为450 N和68N.m,对外骨骼设计制造时材料选择、结构设计有着重要作用.
2014, 33(12): 1811-1814.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1210
摘要:
基于Udwadia和Kalaba方程的伺服约束控制理论可以较好地应用在机械系统的轨迹跟踪控制中.在伺服约束控制中,对约束系统动力学模型的数值积分过程会产生对低阶约束的违约,同时还存在初始值不相容引起的控制偏差甚至系统不稳定问题.利用系统广义质量矩阵的乔利斯基分解,将描述系统的广义虚位移向量经过变换,在约束流形上分解为约束方向与约束允许方向,从而分离出速率约束及坐标约束违约部分,在此基础上推导出修正公式.以二自由度机械臂为仿真对象,在伺服约束轨迹控制中的应用进行了仿真研究.结果表明,基于虚位移分解的方法可以对伺服控制中的约束违约进行抑制,同时也可以解决系统初始条件不相容引起的问题.
基于Udwadia和Kalaba方程的伺服约束控制理论可以较好地应用在机械系统的轨迹跟踪控制中.在伺服约束控制中,对约束系统动力学模型的数值积分过程会产生对低阶约束的违约,同时还存在初始值不相容引起的控制偏差甚至系统不稳定问题.利用系统广义质量矩阵的乔利斯基分解,将描述系统的广义虚位移向量经过变换,在约束流形上分解为约束方向与约束允许方向,从而分离出速率约束及坐标约束违约部分,在此基础上推导出修正公式.以二自由度机械臂为仿真对象,在伺服约束轨迹控制中的应用进行了仿真研究.结果表明,基于虚位移分解的方法可以对伺服控制中的约束违约进行抑制,同时也可以解决系统初始条件不相容引起的问题.
2014, 33(12): 1815-1817.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1211
摘要:
通过研究一台四缸直喷增压柴油机整机噪声和近声场噪声频谱,分析发动机的噪声特性及噪声主要来源.在不改变柴油机主要零部件结构的前提下,采取改变供油提前角、发动机功率、增压器类型、油嘴开启压力、油泵参数等措施,对比分析各措施对发动机噪声的影响效果,确定综合降噪措施.试验结果表明:各措施都取得了一定降噪效果,在最佳方案下柴油机整机噪声声功率级降低了1.32 dB(A).
通过研究一台四缸直喷增压柴油机整机噪声和近声场噪声频谱,分析发动机的噪声特性及噪声主要来源.在不改变柴油机主要零部件结构的前提下,采取改变供油提前角、发动机功率、增压器类型、油嘴开启压力、油泵参数等措施,对比分析各措施对发动机噪声的影响效果,确定综合降噪措施.试验结果表明:各措施都取得了一定降噪效果,在最佳方案下柴油机整机噪声声功率级降低了1.32 dB(A).
2014, 33(12): 1818-1825.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1212
摘要:
三坐标测量机、经纬仪、激光扫描仪、在线视觉测量等空间坐标测量系统逐渐在逆向工程中得到应用,但是复杂测量任务对测量范围、测量精度、测量环境的要求越来越高,现有技术已不能很好地满足工业需求.在介绍国内外学者提出的基于机器人的空间坐标测量方法的基础上,利用机器人的高柔性、高效率以及可搭载多种传感器等优点,解决测量任务中范围大、环境复杂、自动化要求高等问题.对基于机器人的空间坐标测量技术研究进行了系统综述,阐述了基于机器人的空间坐标测量技术研究现状,并分析了其技术理论与应用研究中的困难和解决方法.基于多机器人的组合式空间坐标测量代表了未来发展的方向之一.
三坐标测量机、经纬仪、激光扫描仪、在线视觉测量等空间坐标测量系统逐渐在逆向工程中得到应用,但是复杂测量任务对测量范围、测量精度、测量环境的要求越来越高,现有技术已不能很好地满足工业需求.在介绍国内外学者提出的基于机器人的空间坐标测量方法的基础上,利用机器人的高柔性、高效率以及可搭载多种传感器等优点,解决测量任务中范围大、环境复杂、自动化要求高等问题.对基于机器人的空间坐标测量技术研究进行了系统综述,阐述了基于机器人的空间坐标测量技术研究现状,并分析了其技术理论与应用研究中的困难和解决方法.基于多机器人的组合式空间坐标测量代表了未来发展的方向之一.
2014, 33(12): 1826-1829.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1213
摘要:
建立了方形薄壁直梁的有限元模型,并用LS-DYNA有限元软件进行了碰撞模拟仿真,从纵梁的变形情况,能量吸收以及碰撞力3个方面对该薄壁梁进行分析,研究了诱导槽的数量和诱导槽的间距对薄壁梁碰撞性能的影响.仿真结果表明:诱导槽的数量对碰撞时的吸能影响不是很大,但是数量的增加可以获得更小的碰撞力峰值;诱导槽的间距对于薄壁梁的吸能和碰撞力都有较大影响,随着诱导槽间距的增加,薄壁梁的吸能和峰值力都变差,且压溃过程变得不稳定.
建立了方形薄壁直梁的有限元模型,并用LS-DYNA有限元软件进行了碰撞模拟仿真,从纵梁的变形情况,能量吸收以及碰撞力3个方面对该薄壁梁进行分析,研究了诱导槽的数量和诱导槽的间距对薄壁梁碰撞性能的影响.仿真结果表明:诱导槽的数量对碰撞时的吸能影响不是很大,但是数量的增加可以获得更小的碰撞力峰值;诱导槽的间距对于薄壁梁的吸能和碰撞力都有较大影响,随着诱导槽间距的增加,薄壁梁的吸能和峰值力都变差,且压溃过程变得不稳定.
2014, 33(12): 1830-1833.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1214
摘要:
以双圆弧齿轮为研究对象,利用UG软件对其进行精确建模,并进行有限元分析.研究齿轮跑和前理论点加载时,齿轮的弯曲强度分析.分析齿轮弯曲应力沿齿高方向的分布,不同位置加载时弯曲应力的变化情况,齿轮主要的失效形式,发生齿根和齿腰折断的原因.分析了双圆弧齿轮齿全高h,名义压力角α,齿廓的圆弧半径p与齿轮弯曲强度的关系,讨论了这些参数的选取原则.
以双圆弧齿轮为研究对象,利用UG软件对其进行精确建模,并进行有限元分析.研究齿轮跑和前理论点加载时,齿轮的弯曲强度分析.分析齿轮弯曲应力沿齿高方向的分布,不同位置加载时弯曲应力的变化情况,齿轮主要的失效形式,发生齿根和齿腰折断的原因.分析了双圆弧齿轮齿全高h,名义压力角α,齿廓的圆弧半径p与齿轮弯曲强度的关系,讨论了这些参数的选取原则.
2014, 33(12): 1834-1837.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1215
摘要:
考虑到不确定性因素,将机床主轴设计中的参数看作区间变量,应用非概率可靠性理论,建立了机床主轴基于区间分析的非概率可靠性模型,给出了多区间变量非线性函数的非概率可靠性度量方法,提出了基于主轴扭转强度和挠度的可靠性度量指标.对XH2320/4机床主轴进行分析结果表明:所提出的区间分析方法在实际工程中的可行性.
考虑到不确定性因素,将机床主轴设计中的参数看作区间变量,应用非概率可靠性理论,建立了机床主轴基于区间分析的非概率可靠性模型,给出了多区间变量非线性函数的非概率可靠性度量方法,提出了基于主轴扭转强度和挠度的可靠性度量指标.对XH2320/4机床主轴进行分析结果表明:所提出的区间分析方法在实际工程中的可行性.
2014, 33(12): 1838-1844.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1216
摘要:
应用Matlab软件开发了顺序式、棋盘式排列的采煤机螺旋滚筒负载计算程序,得到了滚筒截煤及含夹矸煤层的瞬时负载曲线、相应的切削图及块煤率.建立了不同截齿排列方式的采煤机的刚柔耦合模型,并针对10种典型工况进行了可靠性分析.研究表明:采煤机滚筒采用棋盘式排列截割坚固性系数为3.11的无夹矸煤时,牵引速度可以达到9m/min.与顺序式相比,平均截割比能耗降低17.8%,方正率提高21.9%,煤的切屑面积将提高1.85倍;而采用顺序式截齿排列方式时,输出轴应力超过许用应力,可靠性不高;而当采煤机截割含夹矸煤层时,应首选顺序式滚筒,以减少单齿受力,使截割工作稳定可靠.通过对顺序式排列滚筒叶片螺旋升角的优化,确定了其最佳螺旋升角为9°.
应用Matlab软件开发了顺序式、棋盘式排列的采煤机螺旋滚筒负载计算程序,得到了滚筒截煤及含夹矸煤层的瞬时负载曲线、相应的切削图及块煤率.建立了不同截齿排列方式的采煤机的刚柔耦合模型,并针对10种典型工况进行了可靠性分析.研究表明:采煤机滚筒采用棋盘式排列截割坚固性系数为3.11的无夹矸煤时,牵引速度可以达到9m/min.与顺序式相比,平均截割比能耗降低17.8%,方正率提高21.9%,煤的切屑面积将提高1.85倍;而采用顺序式截齿排列方式时,输出轴应力超过许用应力,可靠性不高;而当采煤机截割含夹矸煤层时,应首选顺序式滚筒,以减少单齿受力,使截割工作稳定可靠.通过对顺序式排列滚筒叶片螺旋升角的优化,确定了其最佳螺旋升角为9°.
2014, 33(12): 1845-1849.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1217
摘要:
圆柱的形状误差为研究对象,为提高圆柱体形状误差评定精度,增强其理论和工程应用价值,提出一种基于序列二次规划算法的圆柱度误差评定方法.定义了测量点到圆柱面的符号距离函数,建立了圆柱度误差评定的数学模型,应用最小二乘方法将圆柱进行粗定位,将拟合圆柱和测量点进行坐标变换简化了误差评定数学模型,运用运动几何学的知识和序列二次规划(SQP)算法解决了满足最小区域原则的圆柱度评定的优化问题.实验结果表明:提出的圆柱度的评定算法稳定性较好,效率和精度较高,所得到的误差值是有效的.
圆柱的形状误差为研究对象,为提高圆柱体形状误差评定精度,增强其理论和工程应用价值,提出一种基于序列二次规划算法的圆柱度误差评定方法.定义了测量点到圆柱面的符号距离函数,建立了圆柱度误差评定的数学模型,应用最小二乘方法将圆柱进行粗定位,将拟合圆柱和测量点进行坐标变换简化了误差评定数学模型,运用运动几何学的知识和序列二次规划(SQP)算法解决了满足最小区域原则的圆柱度评定的优化问题.实验结果表明:提出的圆柱度的评定算法稳定性较好,效率和精度较高,所得到的误差值是有效的.
2014, 33(12): 1850-1853.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1218
摘要:
为了实现嵌入式数控系统对微小轨迹的高速加工,避免数控设备频繁加减速产生的冲击,提出了一种高速数控加工中根据小线段标志判别前瞻分界点,自动调整前瞻段数的加减速控制前瞻算法,有效简化了连接点衔接速度的计算方法.首先分析了相邻轨迹加工路径衔接速度限制条件,提出了小线段判别条件和自适应前瞻段数的确定方法,然后通过对样条曲线加工代码的30个轨迹点进行仿真实验,结果表明该算法显著缩短了加工时间,速度变化平稳.
为了实现嵌入式数控系统对微小轨迹的高速加工,避免数控设备频繁加减速产生的冲击,提出了一种高速数控加工中根据小线段标志判别前瞻分界点,自动调整前瞻段数的加减速控制前瞻算法,有效简化了连接点衔接速度的计算方法.首先分析了相邻轨迹加工路径衔接速度限制条件,提出了小线段判别条件和自适应前瞻段数的确定方法,然后通过对样条曲线加工代码的30个轨迹点进行仿真实验,结果表明该算法显著缩短了加工时间,速度变化平稳.
2014, 33(12): 1854-1858.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1219
摘要:
针对滚动轴承故障振动信号具有跨尺度复杂性的特点,提出了一种新的基于多尺度熵(multiscale entropy,MSE)和反馈式Elman神经网络的滚动轴承故障诊断方法.该方法利用MSE对滚动轴承不同健康状态下的振动信号进行故障特征提取,并将其作为Elman神经网络的输入,利用Elman神经网络自动识别轴承所属的故障类型及故障程度.实验数据包括不同故障类型和不同故障程度样本,结果表明提出的方法能有效地实现滚动轴承故障类型以及程度的智能诊断,效果优于前馈式概率神经网络(Probabilistic neural network,PNN),并具有较低的虚警率和漏警率.
针对滚动轴承故障振动信号具有跨尺度复杂性的特点,提出了一种新的基于多尺度熵(multiscale entropy,MSE)和反馈式Elman神经网络的滚动轴承故障诊断方法.该方法利用MSE对滚动轴承不同健康状态下的振动信号进行故障特征提取,并将其作为Elman神经网络的输入,利用Elman神经网络自动识别轴承所属的故障类型及故障程度.实验数据包括不同故障类型和不同故障程度样本,结果表明提出的方法能有效地实现滚动轴承故障类型以及程度的智能诊断,效果优于前馈式概率神经网络(Probabilistic neural network,PNN),并具有较低的虚警率和漏警率.
2014, 33(12): 1859-1864.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1220
摘要:
废旧矿冶零部件正成为全世界增长最快的废弃物,对其分类评估决策是再制造循环利用的前提和基础.根据废旧零部件灰尘多、腐蚀大、磨损快的特殊工况可靠性阈值及再制造经济性,建立典型矿冶废旧零部件剩余寿命的预测模型,通过构建基于霍尔三维结构的再制造评估方法,可以为企业废旧零部件残余寿命准确预测与再制造性评估决策提供一种新的解决途径.以电动轮自卸车曲轴为例,验证了上述方法的可行性.
废旧矿冶零部件正成为全世界增长最快的废弃物,对其分类评估决策是再制造循环利用的前提和基础.根据废旧零部件灰尘多、腐蚀大、磨损快的特殊工况可靠性阈值及再制造经济性,建立典型矿冶废旧零部件剩余寿命的预测模型,通过构建基于霍尔三维结构的再制造评估方法,可以为企业废旧零部件残余寿命准确预测与再制造性评估决策提供一种新的解决途径.以电动轮自卸车曲轴为例,验证了上述方法的可行性.
2014, 33(12): 1865-1868.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1221
摘要:
分析了砂带磨料种类、工件材料特性及磨削用量的不同对磨削加工效率和砂带磨损的影响,采用2种不同磨料的砂带分别对3种材料进行了工艺试验,对材料去除量和砂带磨损量进行了测量,揭示了砂带的磨损机理.研究表明:钛合金可磨削性较差,304不锈钢的可磨削性比钛合金好,45号圆钢最易于磨削;增加砂带线速度可在一定程度上提高材料去除率和磨耗比;陶瓷磨料比氧化铝磨料磨耗比大,因此磨削时可选择陶瓷砂带进行大余量加工;随着硬度比的增加,磨耗比呈现出先增大后减小的趋势,因此磨削时可根据磨削要求选择合适硬度磨粒的砂带进行磨削.
分析了砂带磨料种类、工件材料特性及磨削用量的不同对磨削加工效率和砂带磨损的影响,采用2种不同磨料的砂带分别对3种材料进行了工艺试验,对材料去除量和砂带磨损量进行了测量,揭示了砂带的磨损机理.研究表明:钛合金可磨削性较差,304不锈钢的可磨削性比钛合金好,45号圆钢最易于磨削;增加砂带线速度可在一定程度上提高材料去除率和磨耗比;陶瓷磨料比氧化铝磨料磨耗比大,因此磨削时可选择陶瓷砂带进行大余量加工;随着硬度比的增加,磨耗比呈现出先增大后减小的趋势,因此磨削时可根据磨削要求选择合适硬度磨粒的砂带进行磨削.
2014, 33(12): 1869-1875.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1222
摘要:
由于高效节能、成本低的优良特点,丛式井抽油机具有良好的应用前景.基于相位平衡原理,进行了新型丛式井抽油机的运动学和动力学分析,在理论工况与实际工况下,给出了相位平衡采油系统在奇数井、偶数井、均匀井载、非均匀井载下的多态动力学实例分析,并与异相抽油机的工作性能进行对比.结果表明:基于相位平衡原理的新型丛式井抽油机无需附加任何形式平衡重,完全适用于偶数井和奇数井;采用相位平衡方式,减速器峰值扭矩大幅降低,消除了负扭矩,使得减速器净扭矩曲线变化平稳,波动小,大大改善了减速器的工作条件;电动机装机功率与有效输出功率明显降低,周期载荷不均匀系数CLF值趋近于1,显示出非常显著的高效节能特性和优良的动力特性.
由于高效节能、成本低的优良特点,丛式井抽油机具有良好的应用前景.基于相位平衡原理,进行了新型丛式井抽油机的运动学和动力学分析,在理论工况与实际工况下,给出了相位平衡采油系统在奇数井、偶数井、均匀井载、非均匀井载下的多态动力学实例分析,并与异相抽油机的工作性能进行对比.结果表明:基于相位平衡原理的新型丛式井抽油机无需附加任何形式平衡重,完全适用于偶数井和奇数井;采用相位平衡方式,减速器峰值扭矩大幅降低,消除了负扭矩,使得减速器净扭矩曲线变化平稳,波动小,大大改善了减速器的工作条件;电动机装机功率与有效输出功率明显降低,周期载荷不均匀系数CLF值趋近于1,显示出非常显著的高效节能特性和优良的动力特性.
2014, 33(12): 1876-1879.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1223
摘要:
为提高外啮合齿轮泵齿轮端面间隙内的润滑性能,提出了旨在强化其内动压效应的设计方法,结合加工简单的基本要求,以主从动齿轮的两轴心在浮动侧板内侧面上的投影点为基准,将浮动侧板内侧面分成上中下3大区域,其中,上下两区域的倾斜角由油膜最佳承载量条件来计算;中间区域为平行面,主要起密封作用.结果表明:提出的组合油楔结构以及推导出的斜面倾斜角,简单实用,加工方便;采用36°的密封区和根圆处的1.25最佳收敛比,具有更大的油膜力和剪切流量,并提高容积效率等。
为提高外啮合齿轮泵齿轮端面间隙内的润滑性能,提出了旨在强化其内动压效应的设计方法,结合加工简单的基本要求,以主从动齿轮的两轴心在浮动侧板内侧面上的投影点为基准,将浮动侧板内侧面分成上中下3大区域,其中,上下两区域的倾斜角由油膜最佳承载量条件来计算;中间区域为平行面,主要起密封作用.结果表明:提出的组合油楔结构以及推导出的斜面倾斜角,简单实用,加工方便;采用36°的密封区和根圆处的1.25最佳收敛比,具有更大的油膜力和剪切流量,并提高容积效率等。
2014, 33(12): 1880-1883.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1224
摘要:
利用FLUENT软件对球阀内部三维流场进行数值模拟仿真.探究了球阀开度由关闭到逐步增大时阀门的内部流场流动状态.分析了球阀在5个不同开度下(20%、40%、60%、80%和100%),球阀的内部流场变化情况.由此得出当阀门开度为20%～40%之间时,球阀内部流动最为复杂,产生最为强烈的涡流回旋,阀门的流阻很大,漩涡周围边界流速远大于中心流速,并且中心压力最低,直至全开时流动达到稳定.计算得出这5个不同开度下阀门前后压差,流量系数和流阻系数变化值,绘制出其三者在阀芯不同开度时的变化曲线.
利用FLUENT软件对球阀内部三维流场进行数值模拟仿真.探究了球阀开度由关闭到逐步增大时阀门的内部流场流动状态.分析了球阀在5个不同开度下(20%、40%、60%、80%和100%),球阀的内部流场变化情况.由此得出当阀门开度为20%～40%之间时,球阀内部流动最为复杂,产生最为强烈的涡流回旋,阀门的流阻很大,漩涡周围边界流速远大于中心流速,并且中心压力最低,直至全开时流动达到稳定.计算得出这5个不同开度下阀门前后压差,流量系数和流阻系数变化值,绘制出其三者在阀芯不同开度时的变化曲线.
2014, 33(12): 1884-1887.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1225
摘要:
针对现有电子式防盗设备易误报,而芯片式和网络式防盗系统成本高、维护难等缺陷,设计了一种基于单片机的沙滩车密码防盗系统.该系统由自锁电磁开关阀及其驱动电路、ISD4004语音模块、液晶显示系统和矩阵键盘密码输入系统组成.核心部件——自锁电磁开关阀,串联在发动机的进气管路中,通过判断输入密码是否正确来控制阀的启闭,从而确定发动机的启闭.测试结果表明:该系统成本低、可靠性好,能够有效防盗.
针对现有电子式防盗设备易误报,而芯片式和网络式防盗系统成本高、维护难等缺陷,设计了一种基于单片机的沙滩车密码防盗系统.该系统由自锁电磁开关阀及其驱动电路、ISD4004语音模块、液晶显示系统和矩阵键盘密码输入系统组成.核心部件——自锁电磁开关阀,串联在发动机的进气管路中,通过判断输入密码是否正确来控制阀的启闭,从而确定发动机的启闭.测试结果表明:该系统成本低、可靠性好,能够有效防盗.
2014, 33(12): 1888-1892.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1226
摘要:
在模拟电路故障诊断中,BP(back propagation)神经网络得到了广泛的应用并取得了不错的效果.但是BP神经网络在训练时仍然存在网络学习收敛速度慢、不易获得全局最优解、网络结构不确定等缺点.采用Levenberg-Marquardt算法进行网络训练,并用遗传算法对BP神经网络结构、初始连接权值和阈值进行全局优选,可以有效克服BP网络存在的缺陷.以Leap Frog Filter滤波器电路的故障诊断为例,仿真实验表明,优化后的BP网络能够快速有效的诊断电路中存在的故障,并且具有更高的诊断精度.
在模拟电路故障诊断中,BP(back propagation)神经网络得到了广泛的应用并取得了不错的效果.但是BP神经网络在训练时仍然存在网络学习收敛速度慢、不易获得全局最优解、网络结构不确定等缺点.采用Levenberg-Marquardt算法进行网络训练,并用遗传算法对BP神经网络结构、初始连接权值和阈值进行全局优选,可以有效克服BP网络存在的缺陷.以Leap Frog Filter滤波器电路的故障诊断为例,仿真实验表明,优化后的BP网络能够快速有效的诊断电路中存在的故障,并且具有更高的诊断精度.
2014, 33(12): 1893-1896.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1227
摘要:
设计了一种新型的智能恒温出水混水阀,推导建立了该恒温阀出口温水的流量模型及温度模型,并利用Fluent软件完成了对恒温阀内部冷热水混合情况进行了流场仿真分析,通过对仿真结果与模型计算结果的对比分析,证明了所推导建立的恒温阀数学模型的正确性.利用恒温阀试验样机开展了试验研究,来验证恒温阀的温度控制效果,试验结果表明,即使在恒温阀入口热水温度不断变化的条件下,通过控制器的智能自适应调节,也能维持恒温阀出口温水温度及流量的恒定,且实现温水恒温输出的响应时间约为7 s左右.
设计了一种新型的智能恒温出水混水阀,推导建立了该恒温阀出口温水的流量模型及温度模型,并利用Fluent软件完成了对恒温阀内部冷热水混合情况进行了流场仿真分析,通过对仿真结果与模型计算结果的对比分析,证明了所推导建立的恒温阀数学模型的正确性.利用恒温阀试验样机开展了试验研究,来验证恒温阀的温度控制效果,试验结果表明,即使在恒温阀入口热水温度不断变化的条件下,通过控制器的智能自适应调节,也能维持恒温阀出口温水温度及流量的恒定,且实现温水恒温输出的响应时间约为7 s左右.
2014, 33(12): 1897-1901.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1228
摘要:
针对车载自动调平装置快速性和高精度的要求,采用“以面调面”追逐最高支撑点的调平策略.执行机构内环采用模糊PID同传统PID相结合的PID控制器,外环采用PD控制器进行同步控制,同步误差经PD控制器对从动执行元件进行补偿,从而保证了调平的高精度及快速性.试验结果表明:该调平装置调平时间减少了29 s,调平精度在3.4′以内.
针对车载自动调平装置快速性和高精度的要求,采用“以面调面”追逐最高支撑点的调平策略.执行机构内环采用模糊PID同传统PID相结合的PID控制器,外环采用PD控制器进行同步控制,同步误差经PD控制器对从动执行元件进行补偿,从而保证了调平的高精度及快速性.试验结果表明:该调平装置调平时间减少了29 s,调平精度在3.4′以内.
2014, 33(12): 1902-1906.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1229
摘要:
为了综合体现汽车车身的垂直跳动、俯仰变化以及侧倾问题,建立了七自由度半主动悬架非线性动力学模型和四轮随机路面模型,并加入了制动模块和转向模块。采用改进型Bouc-wen模型来模拟磁流变阻尼器。利用Fuzzy-PID复合控制技术,即利用模糊规则实现了对PID参数的在线修改,使控制器能按操作者最初设定的规则进行自动调整,以便获得更好的控制性能。仿真结果表明:与常规PID控制相比,Fuzzy-PID控制具有更好的控制效果,不仅能够更有效的降低车身加速度、侧倾角加速度与俯仰角加速度,而且能较大的改善悬架动扰度,提高车辆的舒适性和安全性。
为了综合体现汽车车身的垂直跳动、俯仰变化以及侧倾问题,建立了七自由度半主动悬架非线性动力学模型和四轮随机路面模型,并加入了制动模块和转向模块。采用改进型Bouc-wen模型来模拟磁流变阻尼器。利用Fuzzy-PID复合控制技术,即利用模糊规则实现了对PID参数的在线修改,使控制器能按操作者最初设定的规则进行自动调整,以便获得更好的控制性能。仿真结果表明:与常规PID控制相比,Fuzzy-PID控制具有更好的控制效果,不仅能够更有效的降低车身加速度、侧倾角加速度与俯仰角加速度,而且能较大的改善悬架动扰度,提高车辆的舒适性和安全性。
2014, 33(12): 1907-1911.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1230
摘要:
针对军用履带车辆悬挂系统对车辆行驶中的振动控制需求,采用了磁流变阻尼器与电磁作动器相复合的方式,引入履带车辆电磁主动悬挂,建立了悬挂动力学模型.采用滤波白噪声方法生成路面随机输入激励,并导出了悬挂系统状态方程,进而设计和仿真分析了LQR最优主动控制算法.研究结果表明,采用该控制方法对于提高履带车辆行驶的安全性和乘坐舒适性是可行的.在某型履带车辆上,当负重轮相对动载荷均方根值仅增加2.82%和悬挂动行程小于三分之一最大行程时,车体加速度均方根值能降低40.74%.
针对军用履带车辆悬挂系统对车辆行驶中的振动控制需求,采用了磁流变阻尼器与电磁作动器相复合的方式,引入履带车辆电磁主动悬挂,建立了悬挂动力学模型.采用滤波白噪声方法生成路面随机输入激励,并导出了悬挂系统状态方程,进而设计和仿真分析了LQR最优主动控制算法.研究结果表明,采用该控制方法对于提高履带车辆行驶的安全性和乘坐舒适性是可行的.在某型履带车辆上,当负重轮相对动载荷均方根值仅增加2.82%和悬挂动行程小于三分之一最大行程时,车体加速度均方根值能降低40.74%.
2014, 33(12): 1912-1915.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1231
摘要:
工程结构的有限元数值分析往往采用粗网格模型,这导致压、剪或其联合载荷作用下的薄壁加筋结构初始屈曲临界载荷计算误差过大,而采用四边简支板的工程校核方法强化了实际约束效应,进一步加大了误差.为此,采用p-收敛的升阶谱元法,计算复合材料四边简支及弹性支承层合板的屈曲特征值;同时提取粗网格单元的实际应力状态,对复合材料薄壁加筋结构局域初始屈曲临界载荷进行了分析计算.结果表明:谱单元方法可很好的收敛于四边简支板的理论解,计算效率较高;局域薄壁加筋结构的谱单元方法可高效收敛于整体薄壁加筋结构的局部稳定性解,且能计及加强筋对复合材料层合板的弹性支承作用,更准确的模拟了加筋板的实际约束效应.
工程结构的有限元数值分析往往采用粗网格模型,这导致压、剪或其联合载荷作用下的薄壁加筋结构初始屈曲临界载荷计算误差过大,而采用四边简支板的工程校核方法强化了实际约束效应,进一步加大了误差.为此,采用p-收敛的升阶谱元法,计算复合材料四边简支及弹性支承层合板的屈曲特征值;同时提取粗网格单元的实际应力状态,对复合材料薄壁加筋结构局域初始屈曲临界载荷进行了分析计算.结果表明:谱单元方法可很好的收敛于四边简支板的理论解,计算效率较高;局域薄壁加筋结构的谱单元方法可高效收敛于整体薄壁加筋结构的局部稳定性解,且能计及加强筋对复合材料层合板的弹性支承作用,更准确的模拟了加筋板的实际约束效应.
2014, 33(12): 1916-1920.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1232
摘要:
建立了带有中介支承的双转子不对中故障系统动力学模型,利用解析分析、数值分析和实验验证,揭示了双转子系统存在平行、角度不对中故障时,高、低压转子的振动特性.理论分析和实验结果表明,由于高压转子采用中介轴承的支承方式,高、低压转子的振动相互耦合,低压转子的不对中振动特征会传至高压转子,在双转子系统临界转速的1/2处会发生2倍频共振.
建立了带有中介支承的双转子不对中故障系统动力学模型,利用解析分析、数值分析和实验验证,揭示了双转子系统存在平行、角度不对中故障时,高、低压转子的振动特性.理论分析和实验结果表明,由于高压转子采用中介轴承的支承方式,高、低压转子的振动相互耦合,低压转子的不对中振动特征会传至高压转子,在双转子系统临界转速的1/2处会发生2倍频共振.
2014, 33(12): 1921-1924.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1233
摘要:
基于大涵道比涡扇发动机风扇转子易于进行现场动平衡的特点,以带弹性支承的单盘对称转子为模型,根据动平衡的影响系数和转子的振动响应之间的关系,提出了利用影响系数和传递函数对转子动力学模型和模型参数(自振频率、等效刚度和弹支刚度)进行验证和估算的方法.并通过实验验证,验证了上述方法的可行性和正确性.
基于大涵道比涡扇发动机风扇转子易于进行现场动平衡的特点,以带弹性支承的单盘对称转子为模型,根据动平衡的影响系数和转子的振动响应之间的关系,提出了利用影响系数和传递函数对转子动力学模型和模型参数(自振频率、等效刚度和弹支刚度)进行验证和估算的方法.并通过实验验证,验证了上述方法的可行性和正确性.
2014, 33(12): 1925-1930.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1234
摘要:
概述了先进复合材料格栅结构的应用现状和潜在应用,分析了先进复合材料格栅结构制造工艺的共性问题和个性特征,按照赋形方式将先进复合材料格栅典型制造工艺划分为“硬模”工艺、膨胀垫工艺、膨胀块工艺、混合模工艺、互锁工艺、方管增强工艺、夹层互锁工艺,总计7类工艺,介绍了这7类工艺的基本原理,分析了这7类工艺的不足和适用范围,并针对工艺不足提出相应的改进措施.
概述了先进复合材料格栅结构的应用现状和潜在应用,分析了先进复合材料格栅结构制造工艺的共性问题和个性特征,按照赋形方式将先进复合材料格栅典型制造工艺划分为“硬模”工艺、膨胀垫工艺、膨胀块工艺、混合模工艺、互锁工艺、方管增强工艺、夹层互锁工艺,总计7类工艺,介绍了这7类工艺的基本原理,分析了这7类工艺的不足和适用范围,并针对工艺不足提出相应的改进措施.
2014, 33(12): 1931-1936.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1235
摘要:
为提高内并联式涡轮基组合循环发动机进气道的工作特性,设计了一种带多级楔板的扩压段二维进气道.采用数值模拟方法研究了非均匀来流对其流场特性及性能参数的影响,并与非均匀来流对常规型进气道特性的影响进行了比较.模拟结果表明:采用带多级楔板的扩压段二维进气道性能受非均匀来流影响更小,扩压段内出口流场有明显的提升;模态转换状态下,与常规型进气道相比,进气道出口总压恢复系数平均增大10%,总压畸变指数平均降低15%左右,冲压出口马赫数均小于0.41,出口温升比降低.从而使得发动机推力增加,耗油率降低,改善了TBCC发动机的性能.
为提高内并联式涡轮基组合循环发动机进气道的工作特性,设计了一种带多级楔板的扩压段二维进气道.采用数值模拟方法研究了非均匀来流对其流场特性及性能参数的影响,并与非均匀来流对常规型进气道特性的影响进行了比较.模拟结果表明:采用带多级楔板的扩压段二维进气道性能受非均匀来流影响更小,扩压段内出口流场有明显的提升;模态转换状态下,与常规型进气道相比,进气道出口总压恢复系数平均增大10%,总压畸变指数平均降低15%左右,冲压出口马赫数均小于0.41,出口温升比降低.从而使得发动机推力增加,耗油率降低,改善了TBCC发动机的性能.
2014, 33(12): 1937-1942.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.1236
摘要:
不确定性是影响飞机电静液作动器(EHA)可靠性的主要因素。针对消除不确定性影响和提高EHA可靠性的问题,研究了基于概率论的EHA不确定性建模与可靠度计算方法。对EHA不确定性进行了定性分析;在建立EHA线性数学模型基础上,给出了一种不确定性建模方法,并据此分别考虑独立不确定因素和多不确定因素的影响,提出了EHA对这些参数的不确定性建模和可靠度计算方法;以EHA作动筒截面积对输出位移影响为例进行演算,采用Matlab进行仿真对比验证,证明了EHA不确定性模型和可靠度计算方法的正确性。
不确定性是影响飞机电静液作动器(EHA)可靠性的主要因素。针对消除不确定性影响和提高EHA可靠性的问题,研究了基于概率论的EHA不确定性建模与可靠度计算方法。对EHA不确定性进行了定性分析;在建立EHA线性数学模型基础上,给出了一种不确定性建模方法,并据此分别考虑独立不确定因素和多不确定因素的影响,提出了EHA对这些参数的不确定性建模和可靠度计算方法;以EHA作动筒截面积对输出位移影响为例进行演算,采用Matlab进行仿真对比验证,证明了EHA不确定性模型和可靠度计算方法的正确性。
