基于磁网络法的正弦调磁环磁齿轮研究

提出的一种适合高速运行的磁齿轮,其调磁环具有正弦轮廓。为了研究这类磁齿轮性能,引入磁网络法,该方法将计算区域离散化,便于描述不规则边界条件,并建立等效磁网络模型。对比研究了矩形调磁块磁齿轮和正弦调磁环磁齿轮的气隙磁密、峰值转矩、稳态转矩和涡流损耗。结果表明,磁网络法和有限元结果整体吻合,局部存在偏差,正弦调磁环内、外转子峰值转矩的相对误差为12.95%和14.9%,相较于传统结构,正弦调磁环磁齿轮的峰值转矩减小了15%,涡流损耗降低了29%,验证了所提出结构在高速下的潜在应用前景。

斜齿轮表面形貌分形特征对时变接触刚度的影响

基于改进的W-M分形函数,利用齿高和齿宽表征斜齿轮齿面的表面形貌。采用圆锥微凸体并考虑啮合过程中斜齿轮接触曲率半径的时变性建立了斜齿轮时变接触刚度模型,计算发现基于圆锥微凸体模型计算的时变啮合刚度与ISO6336-1—2006标准计算所得结果接近。研究结果表明,斜齿轮的时变接触载荷和时变接触刚度随着分形维数、特征尺度系数、量纲一接触面积、材料塑性指数的变化而表现出不同的变化趋势。

面向啮合接触的斜齿轮修形多目标优化研究

以齿轮啮合接触分析为研究对象,提出了一种既能减振降噪又能使齿面载荷均匀分布的多目标优化设计方法。通过传输误差幅值的对比实验与理论计算,验证了载荷齿面接触分析模型的正确性。在此基础上,给出了齿面载荷分布的计算方法,并进一步提出了齿面载荷均匀分布的判断方法。以扭转方向相对速度最小和齿面载荷均匀分布为优化目标,构造多目标优化函数,得到最优修形参数。在此基础上给出了实例来说明所提出的方法,结果表明优化后沿扭转方向相对速度和左右齿面载荷差得到了大幅降低,验证了优化后的修形效果。

内齿圈柔性对航空行星齿轮系统偏载行为的影响机制研究

行星齿轮系统因其体积小、质量轻、承载能力大等优点被广泛应用于航空器传动设备中,但由于各种误差造成的偏载问题无法避免,严重的偏载状态将会导致行星系统的优点无法充分发挥。以某型号航空行星齿轮系统为研究对象,探究了内齿圈柔性变化对系统偏载行为的影响机制。通过试验测量了不同的行星数以及不同轮缘厚度下内齿圈挠度、应力及应变,分析了偏载的影响机制并评估了行星数及轮缘厚度对系统偏载行为的影响程度;利用层级有限元模型完成了大型航空行星系统的高级仿真计算和分析任务,量化了内齿圈柔性变化对系统载荷分布以及齿圈偏移的影响机制。将试验与仿真计算结果在相同的参数范围内进行拟合对比,评估了仿真计算结果的准确性。研究结果为大型航空行星齿轮系统内齿圈的开发和设计提供了有针对性的结构优化指导,能够极大降低该类大型航空设备在设计和迭代过程中的成本。

流形正则化支持高阶张量机及其在行星齿轮箱半监督故障诊断中的应用

本文提出了一种基于流形正则化支持高阶张量机(MRSHTM)的行星齿轮箱半监督故障诊断方法。在MRSHTM中引入CP分解挖掘张量数据中的内在结构信息,并定义张量逆多元二次核函数(Tensor‐IMKF)以构建图拉普拉斯算子,从而更好地描述张量数据之间的流形结构。针对多分类问题,将一对多(OVR)策略引入MRSHTM中,提出一对多流形正则化支持高阶张量机(OVR‐MRSHTM)模型。利用层次多尺度排列熵(HMPE)提取多通道振动信号的“通道×层次×尺度”三阶张量故障特征,并输入OVR‐MRSHTM中进行自动识别。实验结果表明,所提算法能够在张量空间中实现稀缺标记样本下的行星齿轮箱智能故障诊断。

基于遗传算法的风电齿轮传动系统参数优化设计

齿轮箱是风力发电系统的重要部件,其体积大、重量高等问题制约了风电清洁能源的发展.以1.5 WM风力发电机组为研究对象,建立齿轮传动系统轻量化数学模型,并采用遗传算法进行优化求解.结果表明,采用遗传算法是可行的,优化后齿轮传动系统体积减少了4.59%,这将进一步减小齿轮传动系统箱体体积和总质量.通过计算行星轮系的传动效率,验证了优化结果的可行性,该研究将为风电齿轮传动系统轻量化设计提供新方法.

基于有限元的热力耦合场匣钵运动分析与优化

为解决装有锂离子电池正极材料的匣钵在辊道窑烧结过程中易出现异常横向运动使匣钵破损的问题,本研究通过分析匣钵异常运动特性的影响因素对其进行优化。首先,利用Solidworks软件建立辊道-匣钵传动系统简化模型,对匣钵进行受力分析,推导出匣钵发生异常横向运动的原因是辊棒的弹性变形;其次,通过Abaqus软件进行有限元仿真,对比分析热力耦合场和重力场下匣钵的位移曲线以及辊棒的受力情况。结果表明,与重力场相比,热力耦合场的辊棒弹性变形量更大,且热力耦合场匣钵横向位移在0~1 s内相对重力场增大,而在1~5 s内相对重力场减小,说明在温度和重力共同作用下所引起的辊棒弹性变形是导致匣钵异常横向运动的主要原因。在此基础上,设计了一种匣钵传动机构,包括辊棒支撑机构、匣钵夹紧装置及匣钵挡齐装置,并通过对比生产验证了改进机构的可行性。本研究对在辊道窑烧结过程中匣钵异常横向运动的影响因素进行分析并提供了一种改进机构,有助于推进锂离子电池正极材料生产设备的发展。

计入齿根裂纹的直齿轮传动系统振动特性研究

针对裂纹故障状态下的直齿轮传动系统,提出了计入齿根裂纹不均匀分布的直齿轮传动动态仿真方法。首先将齿轮沿齿轮齿宽方向分成若干薄片,通过具有均匀分布的齿根裂纹的方法来获得每个齿轮切片的时变啮合刚度(TVMS)。考虑了齿轮和小齿轮的纵向/垂直相对位移,推导了外圈与轴承座之间的纵向/垂直接触力,根据达朗伯原理,得出了齿轮传动系统中齿轮和小齿轮的运动方程。最后通过仿真分析了裂纹从齿轮齿面一侧开始扩展时的轴承振动特性,同时通过统计指标验证了仿真分析的合理性。该模型可为齿轮齿根裂纹的检测与诊断提供理论指导。

齿轮故障诊断的机器视觉技术研究进展

齿轮是机器设备中常见的旋转机械部件,对其开展故障诊断是避免重大事故发生的重要手段,齿轮故障诊断必然成为学者研究的焦点,而机器视觉技术为开展齿轮故障诊断提供了新的思路。文章分析了机器视觉系统的基本原理,重点梳理了基于机器视觉的齿轮图像采集、齿轮图像处理和齿轮图像识别的研究现状,归纳总结了基于机器视觉的齿轮故障诊断研究存在的主要问题,提出开展动态齿轮图像采集工程化研究与应用、三维齿轮图像采集、图像增强与迁移学习技术应用、浅层学习与深度学习融合等方面的建议,为从事齿轮故障诊断相关领域的技术人员提供参考和借鉴。

大气隙外笼型转子磁力耦合器设计及性能研究

采用Halbach单侧聚磁特性,设计出了一种大气隙外笼型转子磁力耦合器(Long Air Gap External-cage Rotor Magnetic Coupler,LAEMC),并分析了其运行特性、调速特性及散热特性,推导出LAEMC电磁转矩解析表达式,据此分析了结构参数对电磁转矩的影响,得出了不同磁化比的Halbach结构对LAEMC电磁转矩的影响规律;根据LAEMC的运行特性,分析了其在离心式负载、恒功率负载及恒转矩负载的调速特性,表明其仅适合离心式负载调速并具有良好的节能效果;在离心式负载转差率为33%处的最大功率损耗点对LAEMC进行热仿真计算,得到永磁体工作温度约为60℃,而通过气隙与之相隔的笼条温度约为360℃,两者温度差达300℃以上,表明所提出的大气隙外笼型转子磁力耦合器———LAEMC在离心式负载上既具有良好的运行特性也具有良好的隔热效果。

双螺杆挤出机齿轮箱效率计算

为提高齿轮箱的传动效率,降低功率损耗,提出了一种齿轮箱传动效率的仿真计算方法。基于KISSsys建立齿轮箱系统的传动模型,计算齿轮、轴承、轴封等损耗,并应用于双螺杆挤出机齿轮箱的传动效率分析,通过加载试验得到齿轮箱的效率数值,并与理论仿真计算的结果进行对比,结果表明仿真计算与试验结果的最大偏差为0.28%,提出的仿真计算方法能够很好的预测双螺杆挤出机齿轮箱的效率;并分析齿轮的压力角和润滑油类型对传动效率的影响,KISSsys分析结果显示齿轮压力角从20°增大到25°,齿轮的负载损耗降低了22.26%,传动效率提高了0.24%;使用聚乙二醇类合成润滑油,齿轮负载损耗平均降低了28.83%,轴承损耗平均降低了19.68%,传动效率平均提高了0.59%。

基于PSO-BP神经网络的磨机传动系统模型修正

针对磨机传动系统结构的复杂性、部件间约束条件的不确定性以及非线性等因素,提出了一种基于PSO-BP神经网络的有限元模型修正方法。通过改进BP神经网络逼近设计参数和特征量间的非线性映射关系,结合实际结构响应,利用神经网络的泛化特性,得到了模型设计参数值。修正后频率误差从最高18%降到4%左右,修正系数误差范围均在0.5%以内,明显提高了有限元模型精度;同时,又不需要大量迭代求解步骤,避开了传统反问题模型修正法的复杂非线性优化过程,提升了效率,验证了PSO-BP神经网络法应用于大型磨机传动系统上的可行性,为后续传动系统整体分析奠定了基础。

矿用卡车AMT齿轮传动系统可靠性分析

为较准确预测矿用卡车(automated manual transmission,AMT)变速器齿轮传动系统的动态可靠性,考虑关键构件的柔性及内外部载荷激励的影响,构建了AMT齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型,针对服役频次高或载荷恶劣的变速器六挡和七挡传动系统进行了动载荷分析。在此基础上,考虑传动系统载荷动态变化、零件强度退化和各零件之间失效的相关性,对该AMT变速器六挡和七挡传动系统的动态可靠性进行研究,找到了该AMT变速器传动系统的薄弱零部件环节,获得了传动系统及其零部件的可靠度随服役时间的变化规律,为矿用卡车AMT变速器齿轮传动系统的可靠性设计及性能提升奠定了基础。

基于量纲分析法的永磁涡流耦合器结构参数优化设计

针对实心盘式永磁涡流耦合器性能优化问题中参数烦杂多样及优化效率低的问题,运用量纲分析法推导盘式永磁涡流耦合器的无量纲参数,得到速度参数、磁密参数、气隙参数及主要尺寸无量纲数等6个无量纲参数,有效地减少了分析研究的工作量;通过方程分析法验证了无量纲数的正确性;运用三维有限元仿真,分析了各无量纲数对永磁涡流耦合器的输出转矩影响。为提高优化效率,通过响应面法进行了结构优化设计,以提高永磁体利用率,仿真结果验证了优化的有效性。

行星齿轮箱降噪能力A-CNN模型及其智能诊断

为了降低随机噪声对行星齿轮箱振动信号造成的干扰,设计了一种采用卷积神经网络(A-CNN)算法的行星齿轮箱故障诊断,可以实现对噪声的良好抗干扰性能,采用A-CNN进行处理时可以通过Dropout实现输入信号的随机干扰,再以多尺度卷积核模块完成干扰信号开展特征分析和多尺度特征学习的过程。研究结果表明:采用Dropout处理信号后能够大幅提升模型抗噪性能,当设置3dB强噪条件时提升近10%。当噪声强度低于6dB时,(15×15)卷积核获得比了比(7×7)卷积核更优的效果。当噪声水平上升后,测试模型准确率降低。与其它算法进行比较可知,设计的A-CNN算法在各噪声水平测试集都达到了最优性能。当受到3dB强噪干扰时,A-CNN可以获得比AlexNet提升20%准确率,并且与VGG相比也可以提升近10%准确率。

往复压缩机连杆裂纹故障动力学仿真及振动响应分析

以往复压缩机连杆裂纹故障为研究对象,利用ADAMS和ANSYS软件建立往复压缩机刚柔耦合仿真模型,以连杆大小头间隙接触力为主要激励源,在此基础上添加连杆裂纹故障,通过仿真计算得到连杆裂纹激励的振动响应信号。考虑裂纹深度和输入转速等影响因素,进行变工况仿真,并通过仿真结果对比分析了连杆裂纹激励在机体表面的振动响应规律。结果表明,当往复压缩机发生连杆裂纹故障时,其振动信号的幅值会显著增大,并且裂纹深度越大、输入转速越高,振动信号的冲击和幅值就越大。仿真结果有助于对往复压缩机连杆裂纹故障的定性和定量分析。

床椅一体化机器人设计与实现

针对床椅机器人在室内狭小空间灵活行走的问题,研制一款四轮独立驱动转向的床椅一体化机器人。根据室内狭小空间的转向需求,确定了底盘总体布局方案和主要技术参数。对重要部件进行了理论计算、有限元分析,对驱动轮支架进行了应力及形变分析;在ADAMS软件中建立了床椅机器人的动力学仿真模型,进行了稳定性分析。仿真结果表明,驱动轮支架的强度和刚度均满足设计要求,床椅机器人的各项指标符合国家相关标准的规定。样机试验进一步验证了仿真分析的结果,确认了床椅一体化机器人的稳定性、越障性能和在室内狭小空间的转向性能。

考虑齿圈柔性的采煤机截割部行星传动动态特性研究

为研究均质煤层及夹矸煤层2种煤体工况下的采煤机截割部行星传动系统响应特点,综合考虑各构件的支撑刚度、轮齿啮合刚度及齿圈柔性等因素,建立了截割部行星传动平移-扭转耦合动力学模型。分别分析了刚性/柔性齿圈行星传动系统在2种煤体工况下的太阳轮与行星轮啮合力波动变化特点、行星架输出转速变化规律以及太阳轮中心浮动轨迹曲线。研究发现柔性齿圈状态下,太阳轮与行星轮啮合力幅值呈长周期波动变化,均质煤层工况下的齿圈柔性改善了两轮的啮合力状态且对行星架输出转速波动具有一定的稳定作用,研究成果可为传动系统的设计提供一定的理论指导作用。

固体润滑齿轮接触疲劳寿命及影响因素研究现状

齿轮作为传动领域的重要零部件,其使用寿命受到了广泛关注。在齿轮运行过程中,接触齿面受到相互滚动作用和相互滑动作用,容易造成齿面接触疲劳失效。固体润滑齿轮是指齿面上镀覆了一层固体润滑涂层的齿轮,涂层可有效减轻齿轮啮合面的摩擦磨损并提高其承载能力,最终实现延长齿轮接触疲劳寿命的目的。本文主要总结了固体润滑齿轮接触疲劳寿命的国内外研究现状。首先对固体润滑齿轮接触疲劳试验研究进行了综述,包括各种类型齿轮试验机的研制、各种固体润滑齿轮典型的接触疲劳失效形式以及提出的相关寿命计算模型和试验方法等内容。然后,从齿轮啮合面之间接触力学和摩擦学的角度,考虑固体润滑涂层的特性,概述了各类基于数值计算和有限元分析建立的寿命计算模型。接着,探究分析了表面物理性能、服役工况和固体润滑材料三个主要因素对固体润滑齿轮接触疲劳行为的影响。最后,本文对固体润滑齿轮接触疲劳寿命未来的研究方向进行了总结和展望。

基于压力角的摆线针轮齿廓曲线优化方法

根据摆线针轮传动理论,提出一种基于压力角的齿廓优化方法。将摆线针轮齿廓分为工作段与非工作段,区分影响工作段压力角的因素为修形参数与设计参数,讨论两类参数对压力角的影响,以此两类参数为设计变量,以工作段平均压力角为目标函数,以运动与润滑要求确定边界条件,对RV⁃550E型减速器摆线轮进行优化设计。结果表明,此方法使算例的工作段平均压力角降低了4.14%,使单齿啮合过程的压力角最大值降低了1.35%,优化前后接触齿对最大Mises应力下降了20.77%,发生位置由摆线轮转移至针轮,模型质量减小了9.38%,在确保无根切现象的同时能获得良好的组合修形效果。