数控转台蜗轮转动元动作的热变形有限元分析

为研究数控转台传动系统元动作的热误差建模方法,首先介绍了元动作理论以及有限元数值模拟的温度场模型假设及边界条件,并分析了温度场仿真所需的摩擦机理及参数计算方法.采用ANSYS仿真分析从稳态和瞬态两个方面对转动元动作进行数值模拟,并给出其中关键元动作的温升曲线,分析了元动作瞬态、稳态及热-结构耦合温度场和变形场,得到元动作温度分布云图、温升量及热变形量.通过热变形理论计算和热变形有限元分析,得到考虑动作件热变形的传动系统元动作热误差模型.

考虑双重不确定性的机械产品元动作可靠性分配方法

针对元动作可靠性分配中专家评价的不确定性问题,提出了一种同时考虑认知不确定性和随机不确定性的可靠性分配方法。利用功能运动动作(FMA)的层次方法将机械产品进行合理分解,得到产品的基本运动形式(元动作);将专家进行分组并以概率语言术语集(PLTS)进行评价,以降低专家评价的随机不确定性;将各组专家综合评价结果作为证据进行推理,根据证据融合理论综合所有专家信息,并减小专家的认知不确定性影响;计算各元动作权重值,进而将产品可靠性指标分配给元动作。通过应用实例,验证了所提方法的有效性和实用性。

可靠性驱动下的机械元动作单元变论域自适应模糊PID振动控制系统研究

机械元动作装配单元可靠性是整机功能可靠性的重要构成,元动作单元工作过程中振动异常是导致其故障频发的重要因素。因此,采取有效的振动控制策略对降低元动作单元运行故障、提高单元可靠性和整机性能具有良好的工程意义。结合主动控制思想采用简易、精准的作动装置建立了一种智能的振动控制系统。为了提升控制系统中智能位移作动器的进给精度,设计了变论域自适应模糊PID控制器,并通过仿真分析了控制系统的可行性。仿真结果表明,变论域自适应模糊PID控制器下的系统响应具有极低的超调量、较少调整时间和趋于零的稳态误差。此项研究为提高机械产品使用可靠性提供了一种新的振动控制技术手段。

基于逼近理想解和模糊综合评价的机械产品元动作健康状态评估

健康状态评估是机械产品高质量发展不可或缺的一环。从运动层面出发,以机械产品中的元动作单元为研究对象,提出一种基于逼近理想解和模糊综合评价的健康状态评估方法。首先,采用M-FMMECA方法,确定元动作单元的关键性能退化指标,给出元动作单元健康指数这一量化指标;接着,将逼近理想解法运用到元动作健康状态评估中,建立元动作单元健康状态量化模型;然后,在完成健康状态分级后,采用模糊综合评价法确定元动作单元健康状态隶属度函数,完成健康状态评估;最后,以某可靠性试验台锥齿轮转动元动作单元为例,进行健康状态评估方法的实例分析。研究表明,将逼近理想解与模糊综合评价结合,可以定量且更加全面地评估元动作单元健康状态。

元动作装配单元误差源及误差传递模型研究

机械产品装配误差源和误差传递规律分析,是装配精度预测与控制的前提工作。在对数控机床进行结构化分解至元动作的基础上,提出了元动作装配单元的概念。针对元动作装配单元层面影响装配质量的因素,将装配过程的误差源分为位置误差、形状误差、装配位置误差等五类误差源;建立各类误差源及其误差评价的统计模型;分析误差在零件间、零件内两特征间的传递和相互作用,构建误差传递链图、误差传递网络对五种误差源与配合误差进行形象化表达。综合误差传递链接图,建立面向整个产品误差传递及装配功能表达的装配误差网络图模型,为方便误差传递网络图中各类误差传递模型的计算与存储,又进一步构建了面向整个产品装配误差传递的链接矩阵。以某加工中心连续分度转台蜗杆转动元动作装配单元装配为例,验证误差源表达和误差传递模型的有效性。

机械产品可靠性研究的新进展--元动作可靠性理论

比较了机械产品与电子产品之间的差异,全面分析了机械产品传统可靠性分析方法存在的主要问题,给出元动作可靠性的理论依据,介绍了元动作可靠性的理论体系,讨论了元动作可靠性理论的关键技术。实践证明,采用元动作方法开展机械产品的可靠性设计与分析,方法的针对性非常强,有助于提高机械产品的可靠性。

元动作装配单元的故障维修决策

为快速确定故障部位,缩短维修时间,提出一种基于元动作装配单元的故障维修决策方法。首先,提出元动作装配单元的概念,并介绍其特点和划分原则,然后,采用模糊集理论和灰色关联理论将元动作装配单元故障进行风险性分析并排序,进而对各故障灰色关联度进行归一化处理并用主次图法确定关键故障,最后利用灰色聚类分析法对关键故障进行聚类分析,选择出元动作装配单元关键故障的合理维修方式。通过对某加工中心某元动作装配单元进行实例分析,证明了该方法的有效性。

元动作装配单元误差传递模型及有效路径求解方法

在对机械产品进行"功能-运动-动作"结构化分解的基础上,将影响元动作装配单元装配精度的误差源分为零部件的形状误差、位置误差、装配位置误差和运动误差等四类误差源。引入误差链接模型作为元动作装配单元误差关联关系的基本封装单元,构建结构化误差关联模型——链接网络和链接矩阵,形象描述误差间的耦合嵌套关系。提出基于误差链接模型的装配误差传递路径求解方法,用老鼠迷宫算法搜索所有可能的误差传递路径,以装配精度最高作为判别依据,得到各误差分量的有效传递路径。以蜗杆转动元动作装配单元蜗杆轴线平行度误差有效传递路径为目标,对上述方法进行验证,结果表明该方法能够高效地搜索到所有误差传递路径,并快速获得有效传递路径。该方法的提出为整机装配过程质量预测与控制提供了理论依据。

基于自由度约束的元动作单元误差传递路径识别方法

准确识别元动作单元的误差传递路径是误差分析的前提。基于机械系统中自由度约束的概念,提出了一种利用自由度约束判断误差传递路径的新方法。首先,通过分析元动作单元功能和结构,确定精度输出件自由度约束要求并初步确定误差传递路径;然后,分析路径中零件结合面的约束属性,并沿误差传递路径计算精度输出件的自由度约束属性。将得到的自由度约束属性与自由度约束要求进行对比,确定误差传递路径。与传统方法相比,所提方法极大提高了误差传递路径分析和识别的效率。

机械产品基于元动作方程的运动分析方法

针对设计阶段机械产品的运动性能难以准确评估和预测的问题,提出基于元动作运动过程的研究方法。将机械产品按照“功能—运动—动作”分解成若干基本元动作单元。通过分析单个元动作运动过程,综合考虑了几何、装配等误差因素对运动性能的影响,将关键误差映射到运动参数中,建立了完整的元动作运动方程。再根据运动传递和耦合性关系,构建了机械产品的功能运动模型。最后,利用MATLAB对系统运动过程进行仿真,得到元动作的运动特性仿真曲线,并根据仿真结果计算系统运动可靠度。通过试验表明,所提方法显著缩减了试验次数,节约了试验成本,且该方法与经典的Monte Carlo模拟方法的试验结果具有很好的一致性。

基于元动作链理论的数控机床故障分析

利用所提出的元动作链方法建立宏观系统可靠度变化与微观元动作运行失效原因之间的联系,对数控机床运行过程中的运行故障进行了分析。以蜗轮齿面磨损失效为例,分析了微观失效原因与故障发生概率的联系,并综合所得到的故障底事件发生概率曲线,融合成系统可靠性曲线,从而实现系统结构信息、系统运行信息、微观失效原因信息、宏观可靠性模型的高度集成。算例表明,所提出的元动作链模型能够对机床的状态变换进行准确描述,有助于精确分析机电系统所有的故障模式,消除了传统可靠性建模过程中的不确定性。

基于Gamma和混合Copula的元动作单元性能可靠性分析

针对机电产品(系统)性能可靠性建模和分析困难的问题,提出一种基于非线性Gamma随机过程和混合Copula函数的元动作单元性能可靠性分析通用模型.分析性能退化过程特点建立产品性能退化与其实现的特定功能之间的联系,利用“功能(Function)-运动(Motion)-动作(Action)”的功能运动分解方法将机电产品分解成一系列最小运动单元——元动作单元,将机电产品性能可靠性问题转化为实现特定功能的元动作单元性能可靠性问题.非线性Gamma随机退化过程描述单元内关键零件磨损的退化过程,在此基础上,结合Copula函数考虑元动作单元内部零件和结构的依赖耦合关系,提出一种元动作单元的性能可靠性分析方法.为了更准确地评估元动作单元的性能可靠性,采用描述相关关系更优的混合Copula函数建立元动作单元的性能可靠性分析模型,并利用改进的遗传算法,在适应度函数中加入惩罚项,实现混合Copula函数的最优参数估计,最后结合串联系统概念得到考虑内部结构依赖耦合的元动作单元的性能可靠度表达式.以某托盘交换架分解得到的不同元动作单元为例进行分析,并通过实验对比验证了该模型的可行性和有效性.

考虑性能依赖的元动作单元多态可靠性分析

为研究单元之间相互作用所引起的性能依赖给多态系统可靠性造成的影响.利用功能-运动-动作(FMA)分解理论将多态系统分解成多个元动作,以元动作单元为研究对象,运用非齐次马尔科夫模型描述元动作单元的多状态演变过程;通过设定状态转移系数将状态转移率与依赖特性相关联,构建新的状态转移矩阵,再运用Kolmogorov微分方程求得多态单元处于各状态的概率,并利用向量通用发生函数建立考虑单元性能依赖特性的多态系统可靠性分析模型,讨论了不同依赖情形下的模型特点;以国内某卧式加工中心的分度转台系统为例验证了单元依赖特性对系统可靠性的影响.结果表明:具有依赖特性单元的状态转移率会随着对应自立单元的性能退化而改变;与单元相互独立的多态系统相比,在单元处于高性能状态时,具有单元依赖特性的多态系统可靠度更高;在单元处于低性能状态时,具有单元依赖特性的多态系统可靠度更低.研究结果可为机械系统可靠性设计和产品维修周期设计提供相应的理论依据.

基于元动作单元的机械产品任务可靠性分析

在对任务可靠性进行解读的基础上,提出一种基于元动作单元的产品任务可靠性分析方法。首先将产品功能分解到运动单元层(运动层)和元动作单元层(元动作层),并通过分析层次间的关系,定义各种关系的表达符号及含义,建立产品功能分解关系模型;然后寻找待评估元动作单元的相似单元,并建立待评估元动作单元及其相似单元相似性多评价点体系,利用模糊理论和熵权法分别从主、客观角度对各评价点的相似性权重进行计算;以相似单元可靠性数据为基础,应用vague集理论对待评估元动作单元各评价点的可靠度隶属性进行评价,并综合相似性和隶属性分析结果对待评估元动作单元进行可靠性分析;最后通过建立产品运动层和功能层的可靠性模型,在元动作单元可靠性基础上对运动可靠性和功能可靠性进行分析,从而得到产品的任务可靠性指标。以某换料机设备的任务可靠性分析为例验证了方法的可行性和有效性。

数据驱动下基于元动作的数控车削能耗预测方法

针对传统的能耗预测模型预测精度较低、泛化性差的问题,提出一种数据驱动下基于元动作的数控车削能耗预测方法。通过分析数控车床的能耗特性,揭示各时段元动作与能耗的关联关系;提出车削元动作及能耗数据的获取方法,并通过元动作状态对数控车床状态进行判断;使用高斯过程回归构建以元动作状态作为输入的数控车削能耗预测模型,实现数据驱动的数控车削加工能耗动态预测。最后,对比3种拟合算法,验证高斯过程回归算法的优越性,并通过比较理论模型和基于元动作的数据模型,以加工某轴类工件为例,验证该方法的有效性。

跑跳类田径技能“元动作”分析及其学习的类比迁移问题

按照动作发生学观点及其“元动作”概念的动作层次结构分析方法,对跑跳类田径技能的“元动作”结构和动作学习的类属同化问题进行了相关讨论。认为动作的同构性和学习的类比,不仅是动作学习同化的理论基础,也是田径跑跳类技能学习类比迁移发生的前提条件,并以此提出了跑跳类田径动作技能学习的三种类属同化模式。

模糊物元在元动作单元可靠性分析中的应用

动作是机电产品的基本运动单元,为了保障整机的可靠性,首先必须保障基本动作单元的可靠性,本文基于模糊物元法提出一种对产品最小动作单元进行可靠性分析的方法-基于模糊物元的元动作单元可靠性分析方法。首先按照“功能-运动-动作”对整机功能进行结构化分解得到最基本的元动作单元;通过模糊物元分析方法提取出相似的元动作单元,并构建出用于元动作单元可靠性分析的失效数据;然后选用三参数威布尔分布模型对失效数据建模和可靠性分析,并利用K-S检验方法对元动作单元的失效数据分布进行检验,以判断选用的分析模型是否合理。以某加工中心数控转台的回转油缸活塞移动元动作单元为例进行分析,验证了本文方法的合理性与可行性。结果表明该元动作单元的失效数据服从三参数威布尔分布模型。

基于元动作与马尔可夫链的再制造机床全状态可靠性研究

确保再制造机床的可靠性是提升客户对再制造机床认可的有效途径。基于此,提出一种基于元动作与马尔可夫链的再制造机床全状态可靠性分析方法。引入元动作单元分解法,从零件级进行分析,建立再制造机床FMA树。针对再制造机床元动作单元系统的特点,对其进行全状态建模,将再制造机床运行过程分为元动作单元正常状态和故障状态,引入马尔可夫决策过程,将元动作单元状态和马尔可夫决策过程结合,建立再制造机床全状态模型,用解析法求解模型,并对可靠性进行评估。最后,以再制造机床数控转台为例进行分析,验证了该方法的有效性和可行性。

基于有限元的元动作装配单元薄弱点分析

元动作装配单元的可靠与否是机械产品能否稳定运行的关键所在。由于机械产品的多层次结构,使整机性能的分析与建模变得困难。开展了从整机到元动作的映射研究,提取出典型的元动作装配单元。根据元动作装配单元的实际装配行为选取过盈装配接触压力参数,进行元动作装配单元静力分析及固有频率分析,得出元动作装配薄弱处。利用自主设计的试验台对元动作单元性能进行验证。结果表明,对元动作装配单元进行合理的有限元分析,提取出装配结合处的薄弱点,能够对元动作单元的装配提供现实指导。

考虑外界影响的元动作单元故障概率模型

为描述数控机床运动构件的故障率随时间变化的情况,本文从元动作单元出发,建立了一个关于元动作单元的故障概率模型.首先,根据元动作单元故障发生的原因将故障分成两类,随机故障和老化故障.然后,根据这两种故障类型故障数据的不同特点,选用两个不同的概率分布函数分别进行描述,随机故障用泊松分布进行描述,老化故障用威布尔分布进行描述.接着,给出这两种故障概率模型中各参数的物理意义和估计方法.更进一步,工作负载和工作环境会分别对元动作单元的老化故障和随机故障的故障率造成影响.为比较这两者对故障率影响的大小,提出了工作负载参数Rl和工作环境参数Re,并给出这两个参数的估计方法.最后,根据收集到的运动构件的故障数据作出频率直方图,同时,对故障数据进行参数估计得到概率密度函数,并将这两者画在同一幅图上,发现两者具有较好的拟合效果.表明提出的元动作单元故障概率模型适合于描述运动构件故障率随时间的变化,模型有效.