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。

对置端曲面齿轮柱塞泵动态特性仿真研究

为了研究对置端曲面齿轮柱塞泵参数对泵动态特性的影响,根据端曲面齿轮柱塞泵工作原理,推导柱塞运动方程。利用Adams与AMESim软件建立对置端曲面齿轮柱塞泵联合仿真模型,通过联合仿真得到不同转速与偏心率下的柱塞泵出口流量与压力的相应曲线。结果表明:转速增大,泵出口流量与压力增大,脉动幅值与脉动频率增大;偏心率增加,泵出口流量与压力增大,脉动幅值增大,脉动频率不变。

基于SSA-GA-BP神经网络的数显千分表非线性误差补偿

利用数显千分表进行精密测量时,零部件的生产、装配及使用磨损、挤压、碰撞等带来的固有误差与弹性误差严重降低了测量精度。针对此问题,利用遗传算法(genetic algorithm,GA)寻优速度快、精度高、并行搜索能力的优势及麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的全局寻优性能,优化反向传播(back propagation,BP)神经网络的初始权值、阈值及网络结构等,提出了基于数显千分表测量数据非线性误差补偿的SSA-GA-BP神经网络模型。将其与传统BP神经网络、遗传算法优化的GA-BP神经网络进行比较分析。结果表明:所提出SSA-GA-BP神经网络可使数显千分表的非线性误差由没有补偿前的最大误差5.504μm降低至0.883μm,残差平方和、相对误差和R相关系数具有一定的优越性。

Bennett机构构型的环形可展天线桁架热致振动分析

卫星在运行过程中会频繁进出地球阴影区,天线桁架在太阳热辐射和无辐射的交替影响下,会产生热致振动响应,从而影响天线的使用精度和寿命。为提高天线的稳定性,以Bennett机构替代构型构建环形天线桁架,并建立有限元模型,计算其在突加热载荷条件下的瞬态温度场;通过热-结构间接耦合仿真,分析桁架在突加热载荷条件下的热致振动响应,并与传统的对角线伸缩式环形桁架进行比较。结果表明,相比于传统的对角线伸缩式环形桁架,Bennett替代构型环形桁架在热载荷作用下振幅明显减小,表现出良好的稳定性。

基于改进SSA优化PID的下肢康复机器人控制

针对下肢康复机器人训练过程中步态跟踪误差大的问题,提出一种改进麻雀搜索算法(ISSA)优化PID的控制策略。首先,利用拉格朗日方程对下肢机器人进行动力学分析,得到动力学模型;然后,通过引入Kent映射混沌初始化种群、Tent混沌扰动和柯西变异扰动,以及改变探索者-跟随者比例系数和探索者位置更新公式等方面对麻雀搜索算法进行改进,通过8种测试函数证实了算法改进的有效性;最后,在Matlab/Simulink中建立下肢机器人PID控制器和ISSA-PID控制器系统的仿真模型,以正常人体步态数据进行拟合得到的函数曲线作为系统实际输入进行跟踪实验。结果表明:相比于传统PID控制,ISSA-PID控制髋关节和膝关节的误差分别降低了63.3%和72.5%,实现了精准的步态跟踪,验证了该控制策略的有效性。

基于改进BP神经网络的数显千分表非线性误差补偿

数显千分表零/部件制造和安装误差及使用磨损是影响其测量精度的主要因素。为了提高其精度,基于数显千分表的单片机嵌入式控制系统,提出采用北方苍鹰优化(Northern Goshawk Optimization,NGO)算法和贝叶斯正则化(Bayesian Regularization,BR)算法改进BP神经网络(NGO-BR-BP神经网络)的非线性测量误差软件补偿方法,并将其与基于BP神经网络、贝叶斯正则化BP神经网络的补偿模型进行了比较,论证了基于NGO-BR-BP神经网络的数显千分表非线性误差补偿模型具有较高的预测精度,且模型可靠性高、稳定性好。实验结果表明,在0~50 mm的测量范围内,所提出的方法可使最大误差降低到0.888527μm,而没有补偿前的最大误差为5.626μm。在数显千分表的嵌入式系统中植入NGO-BR-BP神经网络以提高千分表的测量精度,是可行和有效的。

面向机械工程专业的计算机仿真实践课程体系

随着计算机技术在机械设计领域的广泛应用,设计人员的计算机仿真分析能力对于机械产品的设计水平日益显示出重要的作用。针对此现状,文章提出一套以提高工程实践能力为目标的机械工程专业计算机仿真实践课程体系,旨在培养本科学生运用计算机仿真技术解决机械工程实际问题的能力,使之成为适应现代计算机技术条件的机械工程技术人才。

改进YOLOv8的轻量化轴承缺陷检测算法

针对工业轴承表面缺陷检测算法精度低、模型参数量大的问题,提出一种改进YOLOv8的轻量化目标检测算法(MFA-YOLOv8)。首先,设计了一种轻量化多尺度特征卷积模块EMFC,基于此重构了主干和颈部部分C2f中的Bottleneck结构,保持轻量化的同时还有效地捕获不同尺度信息的细节特征;其次,引入焦点调制模块FM,提升模型对缺陷目标的表征能力和感受野;最后,引入注意力尺度序列融合模块ASF,进一步提升网络对轴承缺陷的检测精度,减小参数规模。实验结果表明,在GGS数据集上,MFA-YOLOv8的检测精度mAP@0.5高达91.5%,较YOLOv8检测精度提升了2.4%,参数量下降了21.9%,可满足工业现场轴承外观缺陷检测要求。

非圆齿轮泵流量特性分析及脉动优化方法

为解决非圆齿轮泵在流体输送过程中其大排量导致的剧烈流量脉动问题,提出一种将ADAMS-Simulink联合仿真与计算流体力学(CFD)数值模拟相结合的优化方法,实现齿轮泵转子平稳传动从而降低其流量脉动。分析高阶椭圆齿轮转子的传动特性,讨论齿轮偏心率及其阶数对传动比的影响,以卵形齿轮转子为例分析偏心率对流量脉动的影响;搭建基于Simulink和ADAMS的联合仿真模型,利用PID实现卵形齿轮泵转子的平稳传动,达到缓冲减振的目的;利用Fluent动网格技术,对卵形齿轮泵进行CFD数值仿真,并基于Visual Studio网络编程平台实现Fluent和Simulink之间的数据耦合,精确模拟转子平稳传动时的变速比关系。结果表明:转子平稳传动后其流量脉动降低30.72%,该方法能够在不改变齿轮泵内部结构的情况下平抑流量脉动,具有显著的优化效果。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定镧玻璃废粉中五氧化二铌、二氧化锆和二氧化钛

采用氢氧化钠和过氧化钠高温熔融样品,用热水提取熔融物,在碱性条件下,分离硅、硼及钠盐。以盐酸和氢氟酸溶解沉淀,选择Nb 309.418nm、Zr 257.139nm、Ti 334.941nm作为分析线,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）同时测定了Nb2O5、ZrO2和TiO2含量,从而建立了镧玻璃废粉中Nb2O5、ZrO2和TiO2的测定方法。试验确定了最佳熔样条件,结果如下：在0.5g样品中加入3.0g氢氧化钠、1.5g过氧化钠,在750℃下熔融10min。通过谱线及背景轮廓、信背比、信号强度等条件选择了最佳分析线。试验表明基体的质量浓度在0.1mg/mL以下对待测组分无影响,共存元素La、Ni、Ce、Ba、Sr、Si、B的干扰可以忽略。Nb2O5、ZrO2和TiO2的线性范围分别是1.00-15.0μg/mL、1.00-10.0μg/mL和1.00-15.0μg/mL。各组分的校准曲线线性相关系数均为0.999 9;检出限为0.013%-0.016%。按照实验方法对镧玻璃废粉实际样品中Nb2O5、ZrO2和TiO2进行测定,结果的相对标准偏差（RSD,n=11）在0.59%-1.2%之间;并与X射线荧光光谱法（Nb2O5）、重量法（ZrO2）和滴定法（TiO2）的结果进行比对,测定结果相吻合。

基于预定啮合特性的点啮合齿轮的CNC制造技术研究

针对当前螺旋锥齿轮技术不能充分利用数控机床的万能运动功能,保证点啮合齿面在整个传动过程中获得预定的啮合特性这一不足,论述经典齿轮啮合模型的一个反问题的数值解法:由给定加工刀具和加工目标齿面的几何结构确定加工刀具相对工件运动的齿面啮合问题的数值逼近方法——曲面的包络逼近原理。提出一种在Free-form型五轴联动数控机床上按预定齿面结构要求加工点啮合齿面的新方法,与以往介绍的加工方法不同,新方法加工的齿面与加工目标齿面沿预定的接触迹线具有二阶切触,完全满足设计所要求的预定的点啮合齿面的啮合特性,而在齿面的其他区域,该方法展成的齿面能以最小偏差逼近加工目标齿面。最后,以一个实例说明所提出方法的可行性和精确性。

格利森圆弧螺旋锥齿轮副的实体造型方法

介绍了一种基于UG自由曲面造型的格利森 (Gleason)圆弧螺旋锥齿轮副的实体造型方法 ,详细论述了圆弧螺旋锥齿轮齿面特征在UGforFreeFormFeature中的实现方法和齿轮副的形成方式 ,在计算机中得到了完整的格利森圆弧螺旋锥齿轮副的三维实体造型 ,作为虚拟制造、仿真分析的平台。

EDTA滴定法测定稀土矿石中氧化钙

根据稀土矿石的特性,以氢氧化钠、过氧化钠、碳酸钠熔融分解试样,经过强碱分离铝、硅、氟、磷等杂质元素,氨水分离铁等元素后,用EDTA滴定法测定稀土矿石中氧化钙含量。试验发现经过强碱分离后硅、氟、磷等元素不影响钙的测定结果。讨论了少量铝、钡、锰元素的干扰情况及其干扰消除方法:用三乙醇胺和硫酸钾掩蔽剩余少量Al、Ba等干扰元素,盐酸羟铵掩蔽锰的干扰,加入硫酸镁来改善滴定终点的颜色变化;并实验得出空白值对不同称样量的贡献值也不一样,因为必须做空白实验。在pH>13的氢氧化钾介质中,以钙指示剂为指示剂,EDTA标准溶液滴定稀土矿石中氧化钙,测定值与ICP-AES法值相一致,RSD在0.8%～4.3%之间。

基于CAN总线的车间粉尘检测系统设计

车间空气中的粉尘浓度超过一定比例容易引发生产事故,为随时监测粉尘浓度,设计了一种基于CAN总线的车间粉尘检测系统。该系统以STC89C52作为处理器,采用CAN总线网络实现主从节点之间的通信。介绍了总体设计思路,对CAN总线节点模块的硬件电路进行了设计,研发上位机软件以及CAN通信程序。该系统经过测试实现了对车间粉尘浓度的实时监控,达到了远程操作控制的要求,具有声光报警提醒的功能。整个检测系统运行稳定可靠,检测性能好,灵敏度高。

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定镧玻璃废粉中稀土元素总量及配分量

建立了电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP—AES）法测定镧玻璃废粉中稀土元素总量和配分量的分析方法。样品经碱熔融后分离硅、铝等元素及钠盐，用硝酸和高氯酸破坏滤纸和溶解沉淀，用ICP-AES法测定稀土元素总量和配分量。讨论了溶解样品条件、共存元素干扰等影响测定的各种因素。实际样品的稀土总量与草酸盐重量法测定结果一致，配分量与X-射线荧光光谱（XRF）法、电感耦合等离子体质谱（ICP—MS）法测定结果一致。RSD（n=11）在0．15％～1．1％，加标回收率为97％～105％。测定范围为：La2O3／REO（80％～98％）；CeO2／REO（2％～20％）；REO（16%～70％）。方法能快速准确地测定镧玻璃废粉中稀土元素总量及配分量。

非球头刀单触点宽行加工刀具运动优化方法

将非球面刀具的单触点宽行加工复杂曲面问题归结为刀具曲面包络特征线在运动变换下逼近设计曲面的曲面拟合问题,提出复杂曲面非球面刀具单触点宽行加工的通用刀具运动优化方法—曲面包络逼近原理.该方法基于曲面自然活动标架理论,推导了由刀具曲面和设计曲面运动不变量参数描述的、通用规范的刀具相对工件运动的速度方程和运动变换矩阵;分别以加工效率和加工精度最优为目标,建立了能确保刀具相对工件运动连续光滑的刀位优化的泛函极值模型.最后通过一个圆锥面刀具和一个圆环面刀具的数控加工复杂曲面的仿真实例,论证了文中方法的精确性、有效性和通用性.

点啮合齿面CNC制造技术的曲面包络逼近法

提出一种在Free-Form型五轴联动数控机床上加工具有预定齿面啮合特性的点啮合准双曲面齿轮齿面的新方法——曲面包络逼近法。与以往的齿面加工方法不同,在新的齿面展成方法中,齿面展成运动是在沿预定接触迹线的曲面活动标架下设计的。该方法展成的齿面在指定的接触迹线附近与目标齿面有二阶切触,而在齿面的其他区域,该方法展成的齿面能以最小偏差逼近预定的齿面,这表明新方法能展成具有预定啮合特性的齿面。实例说明了所提出方法的可行性和精确性。

基于ADAMS和ANSYS的空间四杆引纬机构优化研究

针对空间四杆引纬机构剑带运动平稳性差和运动精度低等问题,从机构运动参数和结构刚度两方面对该机构进行了优化设计研究。首先,运用空间机构学理论分析了剑带的运动规律,并利用软件仿真验证了其正确性,为优化设计提供了理论基础;然后,以剑带最大加速度最小化为目标,以满足引纬工艺和性能要求为约束条件,利用ADAMS参数化建模对该机构进行了优化分析;考虑引纬机构高速运转下不可忽视的柔性问题,建立了刚柔耦合模型并进行了仿真,分析了各个构件柔性变形对剑带运动精度的影响;最后,以连杆为例,以减小剑带加速度误差为目标,提出了通过增加截面尺寸、提升结构刚度来降低构件柔性变形影响的方法。研究结果表明:对运动参数进行优化后的剑带最大加速度减小35.7%,运动平稳性得到提升;对结构刚度进行优化后的剑带加速度误差明显减小,运动精度得到提高。

点啮合齿面安装误差敏感性的定量评价方法

针对以往同类研究中点啮合齿面安装误差的敏感性没有综合定量评价方法的不足,提出了一种定量评价齿面啮合特性对齿轮安装位置误差的敏感性的方法,其步骤为:利用矢量的齐次坐标矩阵和齐次坐标方阵表达啮合问题中啮合点在不同坐标系之间的变换关系;通过求解啮合方程对安装位置参数的全微分,推导关于齿面啮合点的位置误差与齿轮安装位置误差的线性方程组;由该线性方程组系数矩阵的条件数来定量评价齿面啮合点的位置误差对齿轮安装位置误差的敏感性。最后,通过实例说明所提出的方法在齿面设计中的应用。

大型圆形贮液池力学分析中的微分求积法

针对传统的大型圆形贮液池力学分析方法计算复杂、精度不高的问题,运用微分求积法对圆形贮液的线弹性静力问题进行了研究。通过由微分求积法得到的位移函数的各阶导数的线性关系,直接求得池壁中的内力,避免传统方法中大量的内力重分析带来的计算精度和计算效率的降低。分析了基于静力平衡方程的池壁中内力之间的关系,并由线弹性关系得到内力与位移的关系,进而运用微分求积法建立了求解节点位移的离散代数方程组。实例求解证明,运用该方法求解圆形贮液池的线弹性静力问题可以提高精度,减少计算量。