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2016年 35卷 第2期
2016, 35(2): 165-170.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0201
摘要
PDF 991KB
摘要:
随着齿轮泵向高压大流量方向发展,间隙泄漏、粘滞摩擦、流量脉动等现象对泵工作效率的影响也更为突出。大流量齿轮泵的特点之一是模数大,齿数相对较少,使得齿高和齿厚较大,导致在高压作用下间隙泄漏损失和粘滞摩擦损失增加,尤其是粘滞摩擦损失增加幅度较大。提出了齿轮泵广义效率的概念,并建立了多个与广义效率相关的优化模型,构建了序列二次规划法的优化算法,针对高压大流量齿轮泵模数大和齿数较小的特点,用混合参数增效设计方法,优化齿轮的结构参数,解决了优化过程的全约束,克服了传统圆整法优化过程产生截断误差的难题,实现增效设计。
随着齿轮泵向高压大流量方向发展,间隙泄漏、粘滞摩擦、流量脉动等现象对泵工作效率的影响也更为突出。大流量齿轮泵的特点之一是模数大,齿数相对较少,使得齿高和齿厚较大,导致在高压作用下间隙泄漏损失和粘滞摩擦损失增加,尤其是粘滞摩擦损失增加幅度较大。提出了齿轮泵广义效率的概念,并建立了多个与广义效率相关的优化模型,构建了序列二次规划法的优化算法,针对高压大流量齿轮泵模数大和齿数较小的特点,用混合参数增效设计方法,优化齿轮的结构参数,解决了优化过程的全约束,克服了传统圆整法优化过程产生截断误差的难题,实现增效设计。
2016, 35(2): 171-175.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0202
摘要:
针对芯部滑杆与滚珠之间的多接触问题,基于冲击函数法,应用ADAMS软件进行动力学仿真分析,获得各芯部滑杆与滚珠之间的接触力。选取芯部滑杆受拉时,受接触力最大的dw8号滚珠作为研究对象,在ABAQUS环境下建立接触模型,求解接触应力参数。主要结论如下:1)推拉芯部滑杆时,芯部滑杆上下表面受交变接触应力,且最大应力幅值比滚珠大,使其较滚珠更易出现接触疲劳; 2) Mises等效应力由芯部滑杆内部向外先增大后减小,而最大值出现在接触面以下一定距离,故疲劳裂纹多由芯部滑杆内部产生,而逐渐向其表面扩展。
针对芯部滑杆与滚珠之间的多接触问题,基于冲击函数法,应用ADAMS软件进行动力学仿真分析,获得各芯部滑杆与滚珠之间的接触力。选取芯部滑杆受拉时,受接触力最大的dw8号滚珠作为研究对象,在ABAQUS环境下建立接触模型,求解接触应力参数。主要结论如下:1)推拉芯部滑杆时,芯部滑杆上下表面受交变接触应力,且最大应力幅值比滚珠大,使其较滚珠更易出现接触疲劳; 2) Mises等效应力由芯部滑杆内部向外先增大后减小,而最大值出现在接触面以下一定距离,故疲劳裂纹多由芯部滑杆内部产生,而逐渐向其表面扩展。
2016, 35(2): 176-181.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0203
摘要:
以某速射武器的身管为研究对象,对其烧蚀寿命进行可靠性优化设计,采用改进的响应面模型作为身管烧蚀寿命代理模型。结合遗传算法和高斯牛顿法进行响应面公式参数的拟合。首先用遗传算法求出参数初值,然后高斯牛顿法从这组初值出发迭代搜索响应面模型参数的最优解,最后以得到的响应面模型作为身管烧蚀寿命优化的功能函数进行可靠性优化。该方法充分利用了遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法精确的局部寻优能力的优点。结果表明,该方法得出的响应面模型的精度较高,以响应面模型代替有限元模型进行可靠性优化更为方便快捷。
以某速射武器的身管为研究对象,对其烧蚀寿命进行可靠性优化设计,采用改进的响应面模型作为身管烧蚀寿命代理模型。结合遗传算法和高斯牛顿法进行响应面公式参数的拟合。首先用遗传算法求出参数初值,然后高斯牛顿法从这组初值出发迭代搜索响应面模型参数的最优解,最后以得到的响应面模型作为身管烧蚀寿命优化的功能函数进行可靠性优化。该方法充分利用了遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法精确的局部寻优能力的优点。结果表明,该方法得出的响应面模型的精度较高,以响应面模型代替有限元模型进行可靠性优化更为方便快捷。
2016, 35(2): 182-186.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0204
摘要:
针对移动目标模拟器负载转动惯量大、运动速度快、运动轨迹非线性的特点,以减小移动目标模拟器轮廓误差为研究目标,对移动目标模拟器伺服控制系统进行设计,建立移动目标模拟器伺服控制系统模型,将交叉耦合控制系统(cross-coupled control, CCC)引入伺服控制系统中,并在MATLAB中进行了仿真验证。仿真结果证明基于交叉耦合控制的移动目标模拟器比传统的基于PID控制的移动目标模拟器能达到更高的控制精度,使得模拟器能更加真实再现目标运动轨迹。
针对移动目标模拟器负载转动惯量大、运动速度快、运动轨迹非线性的特点,以减小移动目标模拟器轮廓误差为研究目标,对移动目标模拟器伺服控制系统进行设计,建立移动目标模拟器伺服控制系统模型,将交叉耦合控制系统(cross-coupled control, CCC)引入伺服控制系统中,并在MATLAB中进行了仿真验证。仿真结果证明基于交叉耦合控制的移动目标模拟器比传统的基于PID控制的移动目标模拟器能达到更高的控制精度,使得模拟器能更加真实再现目标运动轨迹。
2016, 35(2): 187-191.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0205
摘要:
为研究沉没辊装置振动固有特性的影响因素,采用有限元技术,开展了沉没辊装置的湿模态和预应力模态分析,分别研究了流体密度、带钢断面及其张力等因素对沉没辊装置振动频率的影响程度及规律,并分析造成频率差异的原因。结果表明:沉没辊装置在锌液中振动时的频率比在空气中减小24.4%~58.8%,且频率随着流体密度的减小而增大;沉没辊装置在带钢断面及其张力等预应力作用下的固有特性影响很小,但一些具有不对称性的振型会减少轴承的工作寿命。
为研究沉没辊装置振动固有特性的影响因素,采用有限元技术,开展了沉没辊装置的湿模态和预应力模态分析,分别研究了流体密度、带钢断面及其张力等因素对沉没辊装置振动频率的影响程度及规律,并分析造成频率差异的原因。结果表明:沉没辊装置在锌液中振动时的频率比在空气中减小24.4%~58.8%,且频率随着流体密度的减小而增大;沉没辊装置在带钢断面及其张力等预应力作用下的固有特性影响很小,但一些具有不对称性的振型会减少轴承的工作寿命。
2016, 35(2): 192-195.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0206
摘要:
针对滚动轴承振动信号降噪的问题,研究压缩感知在滚动轴承信号降噪中的应用。分析滚动轴承振动信号的DCT变换系数值分布的特点,提出能够自适应信号类型的重构停止阈值计算方法,使用OMP进行信号重构的同时实现降噪。与传统小波阈值降噪方法进行实验对比分析,结果表明:使用的方法在降噪效果上与小波双曲阈值方法接近,优于小波软阈值方法,且处理的数据量远小于小波方法。
针对滚动轴承振动信号降噪的问题,研究压缩感知在滚动轴承信号降噪中的应用。分析滚动轴承振动信号的DCT变换系数值分布的特点,提出能够自适应信号类型的重构停止阈值计算方法,使用OMP进行信号重构的同时实现降噪。与传统小波阈值降噪方法进行实验对比分析,结果表明:使用的方法在降噪效果上与小波双曲阈值方法接近,优于小波软阈值方法,且处理的数据量远小于小波方法。
2016, 35(2): 196-202.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0207
摘要:
针对非高斯随机载荷的复杂性,研究了悬臂梁结构在单点非高斯激励下的位移响应问题。通过定性分析非高斯随机载荷的统计特性和频谱特征指出基于功率谱的频域方法对于非高斯过程不完全适用,并进一步说明基于高阶谱的分析方法很难展开应用。通过理论研究建立了悬臂梁结构时域非高斯激励位移响应计算公式,并确定了影响结构位移响应峭度值的不同因素。通过仿真计算具体分析了激励位置、平稳性和阻尼比对结构位移响应非高斯性的影响。
针对非高斯随机载荷的复杂性,研究了悬臂梁结构在单点非高斯激励下的位移响应问题。通过定性分析非高斯随机载荷的统计特性和频谱特征指出基于功率谱的频域方法对于非高斯过程不完全适用,并进一步说明基于高阶谱的分析方法很难展开应用。通过理论研究建立了悬臂梁结构时域非高斯激励位移响应计算公式,并确定了影响结构位移响应峭度值的不同因素。通过仿真计算具体分析了激励位置、平稳性和阻尼比对结构位移响应非高斯性的影响。
2016, 35(2): 203-209.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0208
摘要:
由于PDC钻头几何外形、岩石材料以及井底钻井工况的复杂性,PDC钻头切削破岩机理的研究一直都是难点问题。基于单齿切削机理,引入岩石比功ε,推导出钻井钻压W、扭矩t和切削厚度d之间的关系,建立切削比功E与钻井强度S的二维图;同时结合接触摩擦分量,分析并阐述了破岩过程的概念模型;通过有限元方法建立全尺寸PDC钻头动态破岩的非线性动力学三维仿真模型,开展PDC钻头切削破岩机理的研究,进一步分析PDC钻头破岩过程的响应规律。结果表明:岩石损伤与应力云图可直观反映钻井过程岩石损伤剥落形成井眼及井底应力分布状况;PDC钻头钻进方向的位移、加速度和扭矩响应规律与理论分析相一致,并揭示了PDC钻头钻进过程中的"进尺台阶"现象,亦佐证了破岩过程的概念模型。
由于PDC钻头几何外形、岩石材料以及井底钻井工况的复杂性,PDC钻头切削破岩机理的研究一直都是难点问题。基于单齿切削机理,引入岩石比功ε,推导出钻井钻压W、扭矩t和切削厚度d之间的关系,建立切削比功E与钻井强度S的二维图;同时结合接触摩擦分量,分析并阐述了破岩过程的概念模型;通过有限元方法建立全尺寸PDC钻头动态破岩的非线性动力学三维仿真模型,开展PDC钻头切削破岩机理的研究,进一步分析PDC钻头破岩过程的响应规律。结果表明:岩石损伤与应力云图可直观反映钻井过程岩石损伤剥落形成井眼及井底应力分布状况;PDC钻头钻进方向的位移、加速度和扭矩响应规律与理论分析相一致,并揭示了PDC钻头钻进过程中的"进尺台阶"现象,亦佐证了破岩过程的概念模型。
2016, 35(2): 210-215.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0209
摘要:
相对于传统的理论和实验方法,采用数值模拟的方法能够更快捷地获得离心泵的内部流场分布。研究了离心泵全流场数值求解的方法,构建了离心泵的几何模型并划分非结构网格,采用了CFX软件,通过求解雷诺平均N-S方程,对离心泵流场进行了数值模拟,计算得到了离心泵在不同工况下的扬程和效率。将计算值与实验值进行了对比,在设计工况点Q的条件下,扬程相对误差为2.8%,效率值相对误差为1.8%。因此,针对离心泵建立的基于非结构网格的离心泵全流场数值求解方法是可靠的,能够快速准确的对离心泵进行性能预测与分析。
相对于传统的理论和实验方法,采用数值模拟的方法能够更快捷地获得离心泵的内部流场分布。研究了离心泵全流场数值求解的方法,构建了离心泵的几何模型并划分非结构网格,采用了CFX软件,通过求解雷诺平均N-S方程,对离心泵流场进行了数值模拟,计算得到了离心泵在不同工况下的扬程和效率。将计算值与实验值进行了对比,在设计工况点Q的条件下,扬程相对误差为2.8%,效率值相对误差为1.8%。因此,针对离心泵建立的基于非结构网格的离心泵全流场数值求解方法是可靠的,能够快速准确的对离心泵进行性能预测与分析。
2016, 35(2): 216-221.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0210
摘要:
设计一种具有2级放大的高精度微操作平台,建立压电陶瓷驱动的平台动态模型,采用PID控制策略综合平衡其性能。采用杠杆原理设计的2级放大机构,将平台设计为对称结构,提高了其运动精度。采用有限元法和振型截断法建立平台的传递函数,它可等效为一质量-阻尼-弹簧系统。将压电陶瓷驱动器的电气特性等效为RC电路,力学特性等效为具有一定柔度的器件,建立整个系统的开环传递函数和闭环传递函数。以综合平衡系统的动态性能和稳定性为目的设计PID控制器。结果表明,在PID控制器作用下,系统的相位裕度和幅值裕度均增大,提高了系统的稳态性能,但剪切频率减小,降低了系统的快速响应性。同时,系统的调节时间和超调量减小,提高了系统的平稳性。驱动器时间常数对微操作平台动态性能有较大的影响,时间常数选择于0.2 ms附近可以得到较小的调节时间和合适的超调量。
设计一种具有2级放大的高精度微操作平台,建立压电陶瓷驱动的平台动态模型,采用PID控制策略综合平衡其性能。采用杠杆原理设计的2级放大机构,将平台设计为对称结构,提高了其运动精度。采用有限元法和振型截断法建立平台的传递函数,它可等效为一质量-阻尼-弹簧系统。将压电陶瓷驱动器的电气特性等效为RC电路,力学特性等效为具有一定柔度的器件,建立整个系统的开环传递函数和闭环传递函数。以综合平衡系统的动态性能和稳定性为目的设计PID控制器。结果表明,在PID控制器作用下,系统的相位裕度和幅值裕度均增大,提高了系统的稳态性能,但剪切频率减小,降低了系统的快速响应性。同时,系统的调节时间和超调量减小,提高了系统的平稳性。驱动器时间常数对微操作平台动态性能有较大的影响,时间常数选择于0.2 ms附近可以得到较小的调节时间和合适的超调量。
2016, 35(2): 222-226.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0211
摘要:
针对传统拓扑优化中对中间密度单元处理的单向(惩罚)性,提出一种由阈值决定中间密度单元处理方式的双向插值模型(Bi-Directional Interpolation Model, BDIM),建立基于BDIM模式的优化模型。利用拓扑优化梯度投影法,结合算例,对比分析传统插值模型、只对敏度进行双向插值模型和同时对刚度和敏度双向插值模型优化。结果表明,只对敏度进行双向插值模型具有无需过滤、全局收敛、边界清晰的多重优点。
针对传统拓扑优化中对中间密度单元处理的单向(惩罚)性,提出一种由阈值决定中间密度单元处理方式的双向插值模型(Bi-Directional Interpolation Model, BDIM),建立基于BDIM模式的优化模型。利用拓扑优化梯度投影法,结合算例,对比分析传统插值模型、只对敏度进行双向插值模型和同时对刚度和敏度双向插值模型优化。结果表明,只对敏度进行双向插值模型具有无需过滤、全局收敛、边界清晰的多重优点。
2016, 35(2): 227-231.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0212
摘要:
针对工程中复杂板壳结构由于复杂性而无法采用板壳理论进行厚度设计的问题,提出一种基于有限元理论的板壳厚度优化设计方法。结合板壳理论和有限元理论建立了复杂板壳厚度优化设计的数学模型,并提出基于ANSYS的板壳厚度快速优化设计实现方法;分析了载荷、约束和复杂性对设计精度的影响。结果表明,此方法能够适用于复杂载荷、不同约束类型、不同载荷类型和复杂结构模型。最后,利用优化设计实例进行了验证,结果验证了该设计方法的有效性和可行性。
针对工程中复杂板壳结构由于复杂性而无法采用板壳理论进行厚度设计的问题,提出一种基于有限元理论的板壳厚度优化设计方法。结合板壳理论和有限元理论建立了复杂板壳厚度优化设计的数学模型,并提出基于ANSYS的板壳厚度快速优化设计实现方法;分析了载荷、约束和复杂性对设计精度的影响。结果表明,此方法能够适用于复杂载荷、不同约束类型、不同载荷类型和复杂结构模型。最后,利用优化设计实例进行了验证,结果验证了该设计方法的有效性和可行性。
2016, 35(2): 232-236.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0213
摘要:
由于多种不稳定因素对机器臂的影响,末端执行器往往会偏离理论作业位置,导致工作精度降低,其中机器臂铰接处存在的间隙对其运动影响很大。为了研究铰间隙对机器臂末端位姿的影响,采用D-H坐标系和位姿坐标变换法建立了机器臂逆运动学模型,用MATLAB获得广义坐标解析解,并由该广义坐标出发建立含间隙机器臂正运动学模型;采SolidWorks建立机器臂三维模型,分别对有、无铰间隙机器臂运动进行仿真及误差分析,得到机器臂作业时末端执行器的运动特性。结果表明,铰间隙对线性动态特性及角加速度有一定影响,特别是对线加速度和角加速度影响较大,使机器臂末端位姿存在偏差,降低了机器臂的运动稳定性与作业精度。
由于多种不稳定因素对机器臂的影响,末端执行器往往会偏离理论作业位置,导致工作精度降低,其中机器臂铰接处存在的间隙对其运动影响很大。为了研究铰间隙对机器臂末端位姿的影响,采用D-H坐标系和位姿坐标变换法建立了机器臂逆运动学模型,用MATLAB获得广义坐标解析解,并由该广义坐标出发建立含间隙机器臂正运动学模型;采SolidWorks建立机器臂三维模型,分别对有、无铰间隙机器臂运动进行仿真及误差分析,得到机器臂作业时末端执行器的运动特性。结果表明,铰间隙对线性动态特性及角加速度有一定影响,特别是对线加速度和角加速度影响较大,使机器臂末端位姿存在偏差,降低了机器臂的运动稳定性与作业精度。
2016, 35(2): 237-240.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0214
摘要:
取纸箱是方块地毯包装中的重要环节,为了保证能成功地吸取纸箱,且被移动到指定位置,在本文中,设计了以气缸为原动件可调节的双平行四边形机构作为方块地毯包装机的取纸箱机构,建立了取纸箱机构的运动学模型,进行了运动学性能分析。结果表明,所设计的取纸箱机构结构合理、运动可靠,能满足方块地毯包装机的包装工艺要求,具有很强的实用性。
取纸箱是方块地毯包装中的重要环节,为了保证能成功地吸取纸箱,且被移动到指定位置,在本文中,设计了以气缸为原动件可调节的双平行四边形机构作为方块地毯包装机的取纸箱机构,建立了取纸箱机构的运动学模型,进行了运动学性能分析。结果表明,所设计的取纸箱机构结构合理、运动可靠,能满足方块地毯包装机的包装工艺要求,具有很强的实用性。
2016, 35(2): 241-246.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0215
摘要:
为兼顾工业机器人臂部更高静动态特性和更低自重的要求,基于SIMP变密度法拓扑优化,运用相对差值的数学方法,构建了提高结构静态各工况刚度和动态各阶固有频率的多目标拓扑优化数学模型。以MOTOMAN-HP20工业机器人的L臂为研究对象,对其进行静动态多目标拓扑优化设计,获得L臂新结构方案。分析表明:L臂新结构静态各工况的刚度和动态各低阶固有频率都得到提高,同时L臂减重15.5%,实现了轻量化。并且相对差值法的运用有效避免了在多目标优化过程中大数量级目标支配优化结果的问题。
为兼顾工业机器人臂部更高静动态特性和更低自重的要求,基于SIMP变密度法拓扑优化,运用相对差值的数学方法,构建了提高结构静态各工况刚度和动态各阶固有频率的多目标拓扑优化数学模型。以MOTOMAN-HP20工业机器人的L臂为研究对象,对其进行静动态多目标拓扑优化设计,获得L臂新结构方案。分析表明:L臂新结构静态各工况的刚度和动态各低阶固有频率都得到提高,同时L臂减重15.5%,实现了轻量化。并且相对差值法的运用有效避免了在多目标优化过程中大数量级目标支配优化结果的问题。
2016, 35(2): 247-252.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0216
摘要:
将数控机床按其功能层次划分为主系统与辅助系统。研究了主系统与辅助系统之间的关系,提出超单元可靠性建模技术概念,将辅助系统以超单元的形式嵌入到关联主系统的可靠性模型中,并建立了基于马尔可夫过程的数控机床主系统动态可靠性分析数学模型,降低了系统的状态空间。在此基础上,假设各主系统为相互独立的模块,采用克罗内克方法对数控机床的整机稳态可靠性指标进行计算。最后,以某型号数控外圆磨床为例,通过实际数据求解其可靠性指标,分析其可靠性状况,验证了模型的正确性和适用性。
将数控机床按其功能层次划分为主系统与辅助系统。研究了主系统与辅助系统之间的关系,提出超单元可靠性建模技术概念,将辅助系统以超单元的形式嵌入到关联主系统的可靠性模型中,并建立了基于马尔可夫过程的数控机床主系统动态可靠性分析数学模型,降低了系统的状态空间。在此基础上,假设各主系统为相互独立的模块,采用克罗内克方法对数控机床的整机稳态可靠性指标进行计算。最后,以某型号数控外圆磨床为例,通过实际数据求解其可靠性指标,分析其可靠性状况,验证了模型的正确性和适用性。
2016, 35(2): 253-259.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0217
摘要:
在CNC机床上开发出一种新的三维陶瓷零件增材制造装置,在低于材料凝固点的温度下,将高固相膏体状陶瓷进行分层沉积成型,形成三维陶瓷材料零件。但在该三维零件沉积成型过程中,配置好的Al2O3材料由于挤压作用,会产生结块。当结块分解,膏体中气泡释放以及储料器中材料不断减少时,导致沉积过程的挤压力不断变化,使得成型过程不稳定,成形零件质量差。在分析三维陶瓷零件沉积成型过程的干扰因素的基础上,根据试验,建立了沉积过程中挤压力的动态模型,采用递推最小二乘方法进行系统辨识,完成了自适应挤压力控制器的设计,并进行了低温沉积控制过程仿真和实验。结果表明:该动态模型可以有效的描述陶瓷零件沉积过程的挤压力变化,所设计的自适应控制器可以有效的跟踪不同种类的参考挤压力的变化,实现稳定的三维陶瓷零件沉积过程。
在CNC机床上开发出一种新的三维陶瓷零件增材制造装置,在低于材料凝固点的温度下,将高固相膏体状陶瓷进行分层沉积成型,形成三维陶瓷材料零件。但在该三维零件沉积成型过程中,配置好的Al2O3材料由于挤压作用,会产生结块。当结块分解,膏体中气泡释放以及储料器中材料不断减少时,导致沉积过程的挤压力不断变化,使得成型过程不稳定,成形零件质量差。在分析三维陶瓷零件沉积成型过程的干扰因素的基础上,根据试验,建立了沉积过程中挤压力的动态模型,采用递推最小二乘方法进行系统辨识,完成了自适应挤压力控制器的设计,并进行了低温沉积控制过程仿真和实验。结果表明:该动态模型可以有效的描述陶瓷零件沉积过程的挤压力变化,所设计的自适应控制器可以有效的跟踪不同种类的参考挤压力的变化,实现稳定的三维陶瓷零件沉积过程。
2016, 35(2): 260-266.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0218
摘要:
针对PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169中颤振对加工效率和质量的影响,建立一种根据切削参数有效判定切削状态的方法。首先建立了二自由度外圆车削再生颤振模型,然后利用锤击法对数控车床的刀具系统进行模态试验,测定了1阶频率、模态阻尼、模态刚度、模态质量等模态参数;设计了二自由度外圆车削再生颤振MATLAB/Simulink仿真模型,根据仿真结果预测了稳定极限切削深度和颤振的主振方向。最后利用PCBN刀具进行变切深试验。试验结果表明,仿真模型正确。
针对PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169中颤振对加工效率和质量的影响,建立一种根据切削参数有效判定切削状态的方法。首先建立了二自由度外圆车削再生颤振模型,然后利用锤击法对数控车床的刀具系统进行模态试验,测定了1阶频率、模态阻尼、模态刚度、模态质量等模态参数;设计了二自由度外圆车削再生颤振MATLAB/Simulink仿真模型,根据仿真结果预测了稳定极限切削深度和颤振的主振方向。最后利用PCBN刀具进行变切深试验。试验结果表明,仿真模型正确。
2016, 35(2): 267-272.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0219
摘要:
掩膜电解加工是金属基底表面织构化的有效手段,为了实现在轴套内表面阵列微结构的加工,进行了活动掩膜电解加工方法的仿真与试验研究。建立了活动掩膜电解加工有限元计算模型,通过数值计算分析了图形分布均匀性及掩膜厚度影响电流密度分布的规律和机理。结果表明:采用掩膜和阴极一体化的这种特殊电极结构形式,加工非均匀占空比图形时更有利于得到一致的加工深度;通过控制掩膜厚度与图形特征尺寸的关系,可以控制所加工的微结构底部形状。以仿真计算结论为依据进行了掩膜电解试验优化,并采用优化的工艺参数在轴套的内表面加工出了直径为100μm的微坑阵列。
掩膜电解加工是金属基底表面织构化的有效手段,为了实现在轴套内表面阵列微结构的加工,进行了活动掩膜电解加工方法的仿真与试验研究。建立了活动掩膜电解加工有限元计算模型,通过数值计算分析了图形分布均匀性及掩膜厚度影响电流密度分布的规律和机理。结果表明:采用掩膜和阴极一体化的这种特殊电极结构形式,加工非均匀占空比图形时更有利于得到一致的加工深度;通过控制掩膜厚度与图形特征尺寸的关系,可以控制所加工的微结构底部形状。以仿真计算结论为依据进行了掩膜电解试验优化,并采用优化的工艺参数在轴套的内表面加工出了直径为100μm的微坑阵列。
2016, 35(2): 273-278.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0220
摘要:
针对现有修形齿轮三维建模存在操作复杂、建模精度低等问题,以齿轮几何原理为基础,推导出圆柱斜齿轮作齿形、齿向全鼓形修形的齿面拓扑解析方程,采用数值模拟方法对拓扑齿面进行离散。在CATIA V5 R20环境中分别利用曲面扫掠和逆向工程两种方法对修形齿面三维建模,并根据AGMA标准对建模齿面的齿形、齿向精度进行评价。结果表明,基于逆向工程的齿面重构模型理论建模精度为0级。
针对现有修形齿轮三维建模存在操作复杂、建模精度低等问题,以齿轮几何原理为基础,推导出圆柱斜齿轮作齿形、齿向全鼓形修形的齿面拓扑解析方程,采用数值模拟方法对拓扑齿面进行离散。在CATIA V5 R20环境中分别利用曲面扫掠和逆向工程两种方法对修形齿面三维建模,并根据AGMA标准对建模齿面的齿形、齿向精度进行评价。结果表明,基于逆向工程的齿面重构模型理论建模精度为0级。
2016, 35(2): 279-284.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0221
摘要:
为了准确获取往复泵故障规律和特征量用以监控和诊断往复泵工作状态。本文通过人为实验模拟往复泵液力端泵阀漏失、弹簧断裂、柱塞磨损等6种典型故障,得到了往复泵在典型故障状态下的示功图并分析其产生原因和规律;利用MATLAB编程分别对6种故障状态下的示功图提取6组灰度矩阵特征向量,所得特征量样本数据通过支持向量机训练。结果表明,其故障自动识别率能达到95%以上,具有较高的诊断准确性,可作为往复泵在线监控和故障自动诊断的数据基础。
为了准确获取往复泵故障规律和特征量用以监控和诊断往复泵工作状态。本文通过人为实验模拟往复泵液力端泵阀漏失、弹簧断裂、柱塞磨损等6种典型故障,得到了往复泵在典型故障状态下的示功图并分析其产生原因和规律;利用MATLAB编程分别对6种故障状态下的示功图提取6组灰度矩阵特征向量,所得特征量样本数据通过支持向量机训练。结果表明,其故障自动识别率能达到95%以上,具有较高的诊断准确性,可作为往复泵在线监控和故障自动诊断的数据基础。
2016, 35(2): 285-289.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0222
摘要:
回转轴线的标定技术是保证θFXZ型测量机测量精度的一项关键技术。针对该型测量机没有y方向运动的特点,分析了其内外径测量原理,讨论了回转轴线标定误差与内外径测量误差的关系,并提出了一种基于环形标准件内孔、外圆的测量结果,快速标定回转轴线的方法。试验结果表明:利用该方法进行θFXZ型测量机的回转轴线标定,标定后,测量机对其它型号环形标准件的测量误差在±0.001 mm以内。该方法实现了对回转轴线的精确标定,同时操作简单,可以制定标定软件,实现回转轴线的软件自动标定。
回转轴线的标定技术是保证θFXZ型测量机测量精度的一项关键技术。针对该型测量机没有y方向运动的特点,分析了其内外径测量原理,讨论了回转轴线标定误差与内外径测量误差的关系,并提出了一种基于环形标准件内孔、外圆的测量结果,快速标定回转轴线的方法。试验结果表明:利用该方法进行θFXZ型测量机的回转轴线标定,标定后,测量机对其它型号环形标准件的测量误差在±0.001 mm以内。该方法实现了对回转轴线的精确标定,同时操作简单,可以制定标定软件,实现回转轴线的软件自动标定。
2016, 35(2): 290-295.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0223
摘要:
为解决定量泵设计的电静液作动器(EHA)在大负载时热耗带来的温升问题,提出一种以自适应变量泵为基础的高效电机泵组件,利用杠杆原理,把EHA大负载时电机大扭矩输出,转换成电机小扭矩输出,从而降低电机电流造成的损耗,减小发热。通过建立物理模型,运用理论推导,分析了自适应变量泵、直流无刷电机和高效电机泵组件的特性,得出了EHA输出功率归一化曲线和电机损耗功率归一化曲线,找到了EHA在大负载下提高工作效率,解决发热的方法。
为解决定量泵设计的电静液作动器(EHA)在大负载时热耗带来的温升问题,提出一种以自适应变量泵为基础的高效电机泵组件,利用杠杆原理,把EHA大负载时电机大扭矩输出,转换成电机小扭矩输出,从而降低电机电流造成的损耗,减小发热。通过建立物理模型,运用理论推导,分析了自适应变量泵、直流无刷电机和高效电机泵组件的特性,得出了EHA输出功率归一化曲线和电机损耗功率归一化曲线,找到了EHA在大负载下提高工作效率,解决发热的方法。
2016, 35(2): 296-302.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0224
摘要:
高效率的设计出大消声量的消声器一直是车辆排气噪声控制中面临的难题。考虑到消声器优化过程中涉及参数较多,在消声器传递损失数值建模的基础上,采用试验设计(DOE)中的拉丁超立方设计对消声器参数进行分析,结合多岛遗传算法(MIGA)和传统遗传算法(GA)分别建立消声器在排气噪声单峰值频率和多峰值频率处的传递损失为目标的优化模型,开展消声器传递损失优化设计研究。结果表明:DOE方法能有效的辨识出各参数对消声器传递损失影响的大小,简化了消声器的优化模型。MIGA对消声器在单峰值频率和多峰值频率的优化都优于GA,且多峰值频率的优化好于单峰值频率的优化,能使排气噪声最大降低20.98 dB。
高效率的设计出大消声量的消声器一直是车辆排气噪声控制中面临的难题。考虑到消声器优化过程中涉及参数较多,在消声器传递损失数值建模的基础上,采用试验设计(DOE)中的拉丁超立方设计对消声器参数进行分析,结合多岛遗传算法(MIGA)和传统遗传算法(GA)分别建立消声器在排气噪声单峰值频率和多峰值频率处的传递损失为目标的优化模型,开展消声器传递损失优化设计研究。结果表明:DOE方法能有效的辨识出各参数对消声器传递损失影响的大小,简化了消声器的优化模型。MIGA对消声器在单峰值频率和多峰值频率的优化都优于GA,且多峰值频率的优化好于单峰值频率的优化,能使排气噪声最大降低20.98 dB。
2016, 35(2): 303-308.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0225
摘要:
为了在恶劣行驶环境下提高轮式车辆轮胎的防爆胎防弹能力,基于金属螺旋弹簧的高强度与变形恢复特性,设计了一种弹簧轮胎。理论分析了轮胎各部件的结构参数,建立了轮胎的三维模型,运用有限元软件分析了轮胎的强度和刚度特性,进行了简易的轮式车辆试验。研究结果表明:轮胎结构有效地提高了车辆的安全防护能力,弹簧轮胎的力学分析理论模型和仿真模型准确,轮胎强度和刚度符合标准,同时试验为进一步分析和优化轮胎性能提供了依据。
为了在恶劣行驶环境下提高轮式车辆轮胎的防爆胎防弹能力,基于金属螺旋弹簧的高强度与变形恢复特性,设计了一种弹簧轮胎。理论分析了轮胎各部件的结构参数,建立了轮胎的三维模型,运用有限元软件分析了轮胎的强度和刚度特性,进行了简易的轮式车辆试验。研究结果表明:轮胎结构有效地提高了车辆的安全防护能力,弹簧轮胎的力学分析理论模型和仿真模型准确,轮胎强度和刚度符合标准,同时试验为进一步分析和优化轮胎性能提供了依据。
2016, 35(2): 309-314.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0226
摘要:
工程自卸车行驶路面崎岖不平,行驶环境较为恶劣,由不平路面产生的激励不仅严重影响车辆的舒适性,对车架的安全性及使用寿命都带来较大影响。为了更好地验证车架的动态性能,本文对工程专用自卸车整车进行了典型路面动态特性试验。由于数据信号线性和平稳性较差,难以直接处理分析,本文中结合固有模态分析与具有自适应性的信号小波变换,对采集到的车架关键点振动信号进行小波变换,分析了变换后的信号,提取了车架的动态特征,找出了车架的薄弱位置和潜在问题。
工程自卸车行驶路面崎岖不平,行驶环境较为恶劣,由不平路面产生的激励不仅严重影响车辆的舒适性,对车架的安全性及使用寿命都带来较大影响。为了更好地验证车架的动态性能,本文对工程专用自卸车整车进行了典型路面动态特性试验。由于数据信号线性和平稳性较差,难以直接处理分析,本文中结合固有模态分析与具有自适应性的信号小波变换,对采集到的车架关键点振动信号进行小波变换,分析了变换后的信号,提取了车架的动态特征,找出了车架的薄弱位置和潜在问题。
2016, 35(2): 315-319.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0227
摘要:
为有效预测车辆履带系统动力学响应,应用非线性有限元描述了履带、地面及负重轮之间的接触,并建立了数学模型。在增量方程的基础上采用有限单元法解决了接触边界值问题,在半圆形和等腰梯形两种路面,干沙、粘土和沙壤土3种土壤及不同负重轮位置和履带刚度条件下进行了算例分析。结果表明:车辆在等腰梯形和半圆形路面行驶时,两个边角接地压力最大;路面越软,履带接地压力越小,且越均匀;负重轮间距和沉陷量越小,履带最大接地压力越大;履带张力和负重轮上反作用力随着履带刚度的增加而增大。建立的数学模型能够合理预测履带张力变化、几何大变形和履带接地压力。
为有效预测车辆履带系统动力学响应,应用非线性有限元描述了履带、地面及负重轮之间的接触,并建立了数学模型。在增量方程的基础上采用有限单元法解决了接触边界值问题,在半圆形和等腰梯形两种路面,干沙、粘土和沙壤土3种土壤及不同负重轮位置和履带刚度条件下进行了算例分析。结果表明:车辆在等腰梯形和半圆形路面行驶时,两个边角接地压力最大;路面越软,履带接地压力越小,且越均匀;负重轮间距和沉陷量越小,履带最大接地压力越大;履带张力和负重轮上反作用力随着履带刚度的增加而增大。建立的数学模型能够合理预测履带张力变化、几何大变形和履带接地压力。
2016, 35(2): 320-324.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0228
摘要:
机械系统的振动特性多依赖于其结合面的动态特性,以动力总成系统的螺栓联接结合面为研究对象,设计了模拟机械结合面动态特性的非标试验测试装置,经过多轮次的试验,确定了结合面切、法向刚度和阻尼的测试流程和参数识别方法,获得了接触压力、结合面材料和接触面状态等因素对结合面动态特性的影响规律。提出了薄层单元结合面等效计算模型,并基于试验测试数据,建立了考虑结合面影响的等效动力学模型。变速箱壳体组合模态的计算结果表明,该等效计算模型具有较高的计算精度和良好的工程适用性。
机械系统的振动特性多依赖于其结合面的动态特性,以动力总成系统的螺栓联接结合面为研究对象,设计了模拟机械结合面动态特性的非标试验测试装置,经过多轮次的试验,确定了结合面切、法向刚度和阻尼的测试流程和参数识别方法,获得了接触压力、结合面材料和接触面状态等因素对结合面动态特性的影响规律。提出了薄层单元结合面等效计算模型,并基于试验测试数据,建立了考虑结合面影响的等效动力学模型。变速箱壳体组合模态的计算结果表明,该等效计算模型具有较高的计算精度和良好的工程适用性。
2016, 35(2): 325-328.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0229
摘要:
NdFeB材料由于高硬度、高脆性的特性,常规方法难以加工。电火花加工是加工硬脆材料的一种有效方法。为了实现高效、高质量的加工,对钕铁硼材料的电火花加工工艺规律需进行研究。本文中采用单因素实验法与正交试验法相结合进行实验设计。在大量试验的基础上,利用SPSS软件建立了电火花加工工艺模型。根据已建立的理论模型,对比回归结果与实际加工结果,验证了所建立的回归分析模型的合理性。通过设计新的实验,利用MATLAB软件预测电火花加工工艺效果,得出不同工艺参数下预测值与实际值相接近。
NdFeB材料由于高硬度、高脆性的特性,常规方法难以加工。电火花加工是加工硬脆材料的一种有效方法。为了实现高效、高质量的加工,对钕铁硼材料的电火花加工工艺规律需进行研究。本文中采用单因素实验法与正交试验法相结合进行实验设计。在大量试验的基础上,利用SPSS软件建立了电火花加工工艺模型。根据已建立的理论模型,对比回归结果与实际加工结果,验证了所建立的回归分析模型的合理性。通过设计新的实验,利用MATLAB软件预测电火花加工工艺效果,得出不同工艺参数下预测值与实际值相接近。
