低耗稳定的四间隙平面连杆多目标优化设计

为提高优化设计效率且更符合工程实践,提出了平面连杆机构低耗平稳的一套可量化的优化设计及评价体系。首先,从运动过程低耗稳定角度完成了综合方案设计和技术设计,基于含摩擦副平面连杆理论模型,建立了低耗稳定平面四连杆优化模型;其次,基于遗传算法,获得该机构的曲柄力矩、铰接点受力峰值和与摇杆角加速度pareto解集;最终,采用含四间隙平面连杆理论模型与龙格库塔法,对5组解动力学数值求解并对比选型。结果表明,满足设计要求下,相比于各目标均衡的方案5,方案1驱动力矩微增0.63%,摇杆角加速度降低了0.41%,各铰接点受力下降了2.94%、11.92%、12.92%、12.04%,既可低耗平稳,又助于减小磨损。该体系能有效减少优化时间,以及传统理论模型与实际差距。

机械设备振动参数测量系统设计

机械设备振动不仅带来噪音,而且影响机械设备的使用寿命。因此,对机械设备振动监测是十分必要的。根据机械振动的特点,通过加速度和角加速度测量机械设备的三轴位移振动和角位移振动。选用6轴姿态传感器MPU6050测量机械设备振动时的加速度和角加速度,详细分析了MPU6050的I^(2)C接口时序,寄存器配置。以STM32为主控芯片,设计了硬件电路,完成软件程序的设计,可实时将测量的数据显示在OLED屏上,同时通过串口将测量数据送出,供上位机做后端数据处理与故障分析。

螺栓联接结合面三维分形刚度模型与实验研究

为更准确地分析螺栓联接体的静动态特性,根据三维分形理论,考虑微凸体弹塑性接触在内的4种变形阶段,分别得到螺栓联接结合面的法向载荷与切向载荷,进而建立了螺栓联接结合面法向刚度与切向刚度模型,并分析了各参数对螺栓联接结合面刚度模型的影响关系。开展了有限元分析与实验研究,应用所建立的法向刚度与切向刚度模型,将考虑结合面影响的螺栓联接体有限元分析结果分别与忽略结合面影响的螺栓联接体有限元分析结果以及实验结果对比。研究结果显示,增大预紧力、工作载荷、分形维数、材料特性参数,或是减小分形尺度参数,可增大螺栓联接结合面的刚度;应用所建立结合面刚度模型的螺栓联接体有限元分析结果与实验结果误差在8%以内,远小于忽略结合面影响的有限元分析误差。

考虑精度与成本的再制造装配优化选配方法

再制造装配过程中零部件装配精度低、综合成本高,再制造产品质量难以保证,基于此这里提出了一种考虑精度与成本的再制造装配优化选配方法。创建再制造零部件质量损失函数、综合成本目标函数,确定装配精度尺寸链约束,以两个目标函数综合性能最少为优化目标,构建再制造机械产品多目标优化选配模型,并选用PSO-GA混合算法求解多目标模型。最后,以1.4TGDI发动机曲柄连杆机构再制造选配为例,验证了本方法的有效性和实用型。采用本研究所提出的多目标选配模型能有效保证再制造产品的装配精度,获取综合成本最少的装配序列,并且充分利用了再制造零部件,提高了再制造匹配成功率。

基于IMOGWO算法的机械臂多目标轨迹规划

为了在提高串联机械臂工作效率的同时保证运行轨迹良好的节能性、平稳性及灵活性,设计新的多目标轨迹优化方法。采用高次NURBS(non-uniform rational B-Spline,NURBS)曲线插值方法,构造机械臂高阶连续、首尾运动参数均可指定且具有局部修改特性的关节轨迹,保证了机械臂的运动性能。采用改进多目标灰狼算法(improved multi-objective grey wolf optimizer,IMOGWO)对机械臂轨迹进行优化,得到Pareto最优解集,该算法采用SIN混沌初始种群、非线性收敛因子、个体维度位置学习及领导者广义反向学习变异,并通过不可行度来处理多物理约束条件。在六自由度串联机械臂上的仿真实验结果表明,采用高次NURBS曲线规划方法可得到高阶连续的分段可调轨迹,采用IMOGWO算法可对NURBS曲线实现有效的多目标寻优,得到较为理想的Pareto分布,为用户提供多样化选择方案。

非圆齿扇齿条副动态啮合建模与仿真分析

汽车转向器摇臂轴通常采用非圆齿扇齿条副来实现转向过程中的非匀速传动,其设计制造大多采用经验和试凑的方法,使得产品开发周期长,效率低。针对企业对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇齿条副设计与强度分析校核,尤其是动态啮合过程中应力应变的瞬时状态的需求,基于ANSYS ACT插件设计出摇臂轴非圆齿扇齿条副动态啮合仿真软件完成三维建模与仿真分析。该仿真软件包含创建求解项目、三维参数化建模与有限元仿真参数化3个部分,可实现摇臂轴非圆齿扇齿条副从设计到三维建模再到有限元分析的全流程参数化与模块化。相较于传统设计分析方法,将三维建模与有限元分析集成到Workbench中进行动态啮合仿真分析,极大地提高了汽车摇臂轴非圆齿扇齿条副设计与分析效率。

基于Bennett机构的环形可展开桁架设计与分析

针对环形天线桁架在面对大口径卫星天线时存在柔性较大、容易引起卫星天线形变的问题,提出一种基于Bennett机构的环形可展桁架。首先,介绍空间过约束Bennett机构,通过改变Bennett机构的转动副与连杆关系,得到稳定的Bennett机构替代构型;其次,以替代构型为基本单元,构建基本单元之间的过渡机构,实现单元之间的衔接和力矩的传递,从而构建出环形可展桁架;最后,通过结构优化和仿真实验,验证了该桁架的可靠性,并与现有的三种环形桁架进行对比。结果表明,该桁架的比刚度与比模态频率均大于其它三种环形可展天线桁架,具备良好的稳定性。

连杆与机架平行位形直线导引机构综合及稳健设计

针对连杆与机架在初始位形平行时的直线导引机构综合问题,基于瞬时运动几何理论,考虑机构常规性能和稳健性能,提出一种该类机构的综合方法。在给定欲逼近理想直线的鲍尔点及其方向角和机架一个定铰点的条件下,建立连杆与机架平行位形时的机构综合模型,该模型可综合得到无穷多满足位形要求的直线导引机构。通过对机构常规性能施加约束得到可行解域,为判断可行解域内机构是否满足稳健性能要求,建立直线导引机构稳健模型,提出机构稳健性能的质量特性指标,依据质量特性指标筛选出稳健机构得到可行稳健解域。设计者可精确快捷的在可行稳健解域内寻找到满足机构常规性能要求与稳健性能要求的最优稳健机构解。通过机构综合示例验证了该方法的可行性和有效性。

孪生Transformer编码胶囊数控机床主轴故障分类网络研究

主轴作为数控机床最重要的机械模块之一,及时检测其故障可保障机床的运转效能和加工精度。由此,提出一种孪生Transformer编码胶囊数控机床主轴故障分类网络。利用二维化预处理模块,得到较完整的原始数控机床主轴轴承振动数据;采用改进Transformer编码特征提取模块,获得深层次振动信号特征;通过高级胶囊特征转移网络实现特征映射;最后,使用孪生Transformer编码胶囊分类网络完成数控机床主轴故障样本的分类。选择XK7145型铣床完成健康轴承、内外圈故障轴承及滚珠故障下的无磨损刀具与磨损刀具故障诊断实验。结果表明:文中方法的平均主轴故障诊断准确率可达95.1%,相对于ISERAVF-net、VSCPC-net方法的平均准确率升高6.9%和12.3%,且文中方法的可视化分类效果较优,采用文中方法检测主轴故障的实验效果更佳。

眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。

大重合度直齿轮动载特性分析

针对大重合度直齿轮啮合齿数与普通直齿轮间的差异性变化,以一对大重合度直齿轮和普通直齿轮为研究对象,通过有限元法求解齿轮时变啮合刚度,建立大重合度直齿轮啮合耦合型动力学模型,利用Newmark-β时域积分求解齿轮系统动态响应,对其进行时频域分析并与普通直齿轮进行对比,获得了大重合度直齿轮在不同转速、误差影响下的动载系数变化规律。结果表明,大重合度直齿轮啮合刚度与普通齿轮有较大差异,其动态响应结果波动幅值较普通直齿轮有明显降低,提升了系统稳定性;大重合度直齿轮动载系数与普通直齿轮相比有明显下降,并且随着转速的升高和误差的增大出现不同程度的增加,其中在共振转速区域范围内增幅明显。

基于SO-ELM的数控机床进给系统热误差分析

为了对数控机床进给系统热误差进行更加精确的预测,提出一种基于蛇优化(SO)算法和极限学习机(ELM)的数控机床进给系统热误差预测模型SO-ELM。利用模糊c均值聚类(FCM)和灰色关联度分析(GRA)筛选出进给系统的关键测温点;通过蛇优化算法优化极限学习机的输入层权重和隐藏层偏置,利用关键温度测点的温升数据和热误差数据构建SO-ELM热误差预测模型。为验证模型的准确性和适用性,与基于SSA-BP和LSMT的热误差预测模型进行对比分析,结果表明SO-ELM模型预测结果的均方根误差和决定系数均优于SSA-BP和LSTM模型,能够更精准地对机床进给系统热误差进行预测,为机床热误差预测补偿提供一种新的思路。

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现:阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。

新型管道环切机切割方案设计及进给轨迹规划

刀旋式切管机采用刀具绕固定管道外围旋转的方式进行环形切割,在需要精密切割薄壁管材的场合中得到了广泛的应用,但其进给轨迹常为直线或弧线,存在相对单一、无法实现柔性化切割等问题。为此,提出一种新型管道环切机,其核心部件为冗余驱动环切机构,可以在平面内移动以控制环切进给量,并以半圆管道包络切割为例,基于5-6-5-6-5分段高次多项式曲线进行进给轨迹规划,搭建样机平台进行仿真和实验研究。结果表明:实际轨迹与理论轨迹具有一致性,且切割过程较为柔顺,管道切口质量较好,验证了管道环切机结构设计的合理性和柔顺切割的可行性。

基于构造绝对值三角函数的光栅信号细分

为了进一步提高光栅传感器的测量精度,需要对信号进行细分,但光栅莫尔信号的细分精度取决于信号的质量。本文利用归一化并结合CORDIC的方法补偿了直流、幅值、相位等误差,利用补偿后的信号构造绝对值三角函数,实现一个完整周期信号的16倍细分,并通过MATLAB进行了仿真,验证了该方法的可行性。

基于数字孪生的铣刀磨损状态识别方法研究

实时精准地监测铣刀磨损状态对于提高加工质量与加工效率具有重要意义,提出一种基于数字孪生的铣刀磨损状态识别方法,该方法通过结合VMD-MPE特征提取方法和GA-SVM状态识别模型构建数字孪生体对铣刀磨损状态进行实时监测。首先,利用变分模态分解算法(VMD)分解铣刀振动信号得到包含磨损状态信息的模态分量;其次,引入多尺度排列熵(MPE)从包含磨损状态信息的模态分量中提取铣刀的非线性动力学特征,并取各有效模态分量的多尺度排列熵平均值作为特征矩阵;最后,通过遗传算法(GA)优化支持向量机(SVM)构建铣刀磨损状态识别模型。实验结果表明,所构建的数字孪生体具有良好识别效果,其识别精度可达97.33%。

基于子模型技术的LISA中肘杆机构拓扑优化

激光干涉空间天线LISA(laser interferometer space antenna)作为空间引力波探测任务装备,其结构的轻量化设计是重要问题之一。基于子模型分析技术,采用固体各向同性材料惩罚(SIMP)模型插值变密度法,对LISA中肘杆机构的上下肘杆进行了拓扑优化设计;将肘杆的应力作为约束条件,并以肘杆结构的柔度最小化和质量最小化为优化目标,构建肘杆拓扑优化的数学模型,得到了肘杆构件的最优拓扑结构。优化后的上下肘杆质量分别降低了41.89%和32.31%,且优化后的肘杆机构应力和位移均满足设计要求,为进一步设计和实验研究提供参考。

工艺参数对不锈钢管切割表面质量的影响研究

不锈钢管切割质量主要受到切口断面毛刺的影响,对不锈钢管切割时毛刺的形成过程及工艺参数对切口质量的影响规律进行分析。首先,建立解析模型描述切口毛刺的产生过程,分析切口毛刺形成的影响因素;其次,运用有限元仿真软件,建立奥氏体不锈钢316L材料的三维切削仿真模型,模拟切削加工过程,分析切削完成后切口毛刺的形貌特征;最后,针对切口毛刺形成的影响因素,对切削过程进行单因素仿真。对减少切口毛刺的形成和优化工艺参数提供理论指导。

考虑安装误差的弧齿锥齿轮凹凸齿面印痕修正

弧齿锥齿轮作为重型燃气轮机中关键的动力传动部件,其双向传动的运行特点对齿轮凹凸齿面的接触印痕提出了更高的质量要求。为了满足实际需求,通过建立齿面啮合模型,利用考虑安装误差的齿轮接触分析(error tooth contact analysis, ETCA)技术研究了一对弧齿锥齿轮凹面和凸面均为工作面时,接触印痕随安装误差变化的数值规律。同时,以齿面印痕的中点位置、长轴倾角和面积作为印痕参数化处理后的特征值,优化齿轮安装误差调整值,修正印痕的不合理之处,实现凹凸齿面印痕的一致性和重叠性。滚检实验验证了模拟印痕的准确性,该修正规律可以为弧齿锥齿轮副的安装调整提供理论依据。

基于弹塑性理论的复杂截面导轨校直模型研究

为解决具有复杂截面导轨的横向和纵向弯曲变形校直问题,建立校直挠度的理论模型,并给出明确的校直行程公式。首先,分析导轨基于线性强化弹塑性材料的弹塑性阶段应力与应变几何关系;其次,依据弯矩与应力的表达式,结合弯矩的轴向变化规律,确定塑性阶段校直压力的范围,得到校直压力与总校直挠度和初始挠度的关系;最后,建立校直的理论计算模型。为验证理论模型的正确性,在ABAQUS中建立导轨的线性强化弹塑性力学模型,采用一端固定一端滑动的约束,加载头加载的方式,仿真校直压力与挠度之间的关系。结果表明,理论模型与有限元仿真的挠度与校直压力曲线规律完全一致,验证了理论模型的可行性与正确性。