高精度无心车床刀盘系统动态特性分析

无心车床是线性棒料表面处理的重要设备,刀盘系统是无心车床的重要部分,可以直接影响加工精度。这里以XF-WXC无心车床刀盘系统为研究对象,对刀盘系统进行模态分析,得到前六阶固有频率和模态振型,再通过设置不同工况转速,分析不同转速对刀盘系统模态频率的影响规律,并基于模态分析结果进行不同工况下的谐响应分析,研究刀盘系统的动态特性。分析结果表明:刀盘系统的刀尖位置为受力变形最大部位;易发生共振的激励频率在278Hz、449Hz和480Hz附近,在共振频率处的最大形变位移为0.036mm;同时利用实际切削实验结果验证仿真分析的可靠性。为无心车床的进一步优化设计提供理论依据。

孔洞缺陷对TC4切削加工影响的仿真研究

为研究孔洞缺陷对TC4材料切削加工的影响,使用有限元切削仿真方法对切削过程的应力应变、切屑形态和切削力特点和规律进行研究。通过热力耦合仿真、数据分析、时频分析等方法对含缺陷材料切削过程中的参数的研究,研究结果表明:位于切削路径上的缺陷,在切削完后缺陷处表面出现应力集中,位于切削路径上的缺陷处表面应力值相比无缺陷时明显减大;缺陷位于表层区域时,由于缺陷导致材料内部结构变化,切屑断裂,切屑形态剧烈变化;当缺陷位于切削路径上和表层区域时,切削至缺陷处时切削力发生突变,切削状态发生失稳,并且位于表层区域的缺陷对切削力的突变影响最大;最后通过Choi-Williams时频分析对含不同位置缺陷切削仿真得到的切削力信号进行分析,观察到不同位置缺陷情况下切削力波动的时频信号,判断缺陷的位置。

滚动轴承局部故障时变刚度系统动力学分析

针对滚动轴承局部故障动力学建模问题,通过分析各滚动体在进入、退出载荷区和陷入故障时的变化情况,基于Hertz接触理论,定义了接触变形保留因子,提出了滚动轴承等效时变刚度函数,建立了局部故障滚动轴承单自由度时变刚度动力学模型,并进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:当滚动体进入或退出载荷区时,载荷区中承载滚动体数量增加或减少,引起系统等效时变刚度的小幅增加或减小;当滚动体陷入故障时,因接触变形保留因子的不同使得其有效接触刚度不同程度降低而导致系统等效时变刚度的减小。系统等效时变刚度的变化引起载荷区中其他滚动体的接触变形和接触力产生不同幅度的变化,从而平衡外部径向载荷,对载荷区中心附近的滚动体的影响较为明显,但不影响各滚动体的有效接触刚度。系统等效时变刚度发生突变,导致系统振动。当外环故障时,等效时变刚度等幅变化;当内环故障时,等效时变刚度的变化受到内环旋转的调制而幅值不同。提出的单自由度时变刚度动力学模型与实际更加吻合。

TC4表面精整车削三维仿真与验证

为了分析无心车床精整车削钛合金线材过程中切削速度、进给速度、切削深度对切屑形貌、切削力和残余应力的影响,使用仿真模拟软件ABAQUS建立基于无心车床的三维有限元精整车削模型,并且通过试验设计与仿真结果进行对比分析。车削钛合金的过程中,高转速会形成较短的C形屑,有利于切屑的分离与断裂。由于主轴转速的增加,工件与刀具之间摩擦力降低,切削力随着主轴转速的增加而减小。由于进给速度增加,每转进给量随之增加,工件去除量增加,随着进给速度的增加切削力也随之增加。由于切削深度增加,切削去除量不断增加,因此切削力随切削深度的增大而增大。车削钛合金的过程中需要提高转速来降低切削力,有利于切削过程。同时进给速度较小时,易于生成C形屑,有利于车削过程。

基于小波包变换-残差网络的表面粗糙度预测

为了提高模型对表面粗糙度的预测精度,同时避免传统机器学习预测方法中由于特征提取和选择等步骤对先验理论知识的依赖,提出一种基于小波包变换(WPT)结合残差网络(ResNet)的表面粗糙度预测方法。该方法利用WPT将振动信号分解成不同频段的小波包系数,融合各频段小波包系数构成系数矩阵,以捕捉相邻频段之间的关系,将无心车床不同方位的系数矩阵进行叠加得到ResNet的输入,利用ResNet自适应提取表征表面粗糙度能力强的特征,实现表面粗糙度预测。通过与其他预测方法比较,所提方法预测结果与实际测得结果接近,精度有所提高,证明了所提方法的有效性。

基于过程阻尼的钛合金丝材表面车削精整加工稳定性研究

针对航空紧固件原材料钛合金丝材盘圆细长结构特性和加工难度大的问题,采用无心车床进行钛合金丝材盘圆的表面车削精整加工。考虑车削后高精度表面质量的要求,为提高无心车床的加工稳定性,建立考虑过程阻尼效应的多自由度耦合颤振动力学模型。通过对模型求解,绘制无心车床刀盘切削系统稳定性叶瓣图进行稳定性分析,得到稳定可加工参数组。进一步分析刀具结构参数的影响,刀尖圆弧半径为0.1~0.3 mm、刀具前角为1°~2°和刀具后角为2°~5°时,可以获得设计安全性最高的稳定可加工参数组。通过搭建试验平台验证理论分析结论,所得到的刀具结构参数选择域和稳定可加工参数组可为钛合金丝材盘圆的表面精整加工提供参考。

双轴惯性直线振动机械滚动轴承单一局部损伤故障诊断

针对双轴惯性直线振动机械滚动轴承单一局部损伤故障判别问题。通过分析滚动轴承运行状态和载荷分布,建立基于Hertz接触理论的内、外环局部损伤故障的冲击振动模型并进行仿真和试验验证。研究结果表明,双轴惯性直线振动机械滚动轴承载荷分布区在振动方向近180°范围内随轴的旋转而周期性变化,使内、外环局部损伤故障的冲击响应时域幅值存在显著的调制现象,其包络谱图中故障特征频率的边频和调制频率显著;外环故障与单轴惯性振动机械、内环故障与旋转机械的包络谱有很大的相似性,但轴承的受力和设备工作原理的不同导致时域波形和故障机理却有本质区别,为有效诊断振动机械滚动轴承故障提供了理论依据。

基于支持向量机的钛合金表面粗糙度预测分析

为了准确预测钛合金丝材的表面粗糙度,设计了无心车床切削TC4钛合金丝材试验,对不同切削参数下无心车床的前导向机构、主轴机构、后导向机构的8通道振动参数进行测量,采用皮尔逊相关系数对测量点振动参数进行特征选择和特征降维,建立支持向量机(SVM)的表面粗糙度预测模型。在不同的主轴转速、进给速度等工艺参数下,得到SVM预测模型的表面粗糙度的预测精度:RMSE为0.0268,MAPE为0.0403,R^(2)为0.8274,基于SVM模型预测钛合金线材的表面粗糙度具有较好的精度,验证了模型的有效性。

无心车床空心主轴系统振动特性分析及结构优化

利用Pro/E建立了空心主轴单元的三维模型,采用ANSYS对空心主轴单元进行了振动特性分析。通过在空心主轴上选取的6个关键节点,并取前轴承不同位置,对比分析不同前轴承位置时的固有频率及相应6节点处的振动特性,得到如下结论:刀具和调刀套节点处的振动对棒材加工精度影响最大,并在此基础上对空心主轴结构进行优化,提高了加工精度。

基于混沌-分形理论的往复式活塞隔膜泵磨损故障分析

针对往复式活塞隔膜泵磨损故障,采用混沌理论和分形技术,对隔膜泵不同连接处磨损时的系统非线性表现形式加以研究。通过对不同故障类型振动信号的分析,绘制了相应的庞加莱截面图,并计算了各种磨损故障的最大李雅普诺夫指数和关联维数。研究表明当没有磨损故障时,系统为准周期态;而隔膜泵的各种磨损故障信号呈现混沌性态,且不同故障状态的最大李雅普诺夫指数和关联维数有着较大的差别,可以用作其状态监测和故障诊断的特征参数。

拖拉机行星齿轮箱故障响应特性动力学仿真及验证

针对目前农业机械设备少有从振动机理方面研究行星减速轮系的故障特性,且缺乏对不同故障程度下系统故障特性的研究等问题,该文以拖拉机传动系统中的行星齿轮减速箱为研究对象,建立了行星轮系动力学模型,考虑了其在运行时振动传递路径时变效应对振动信号的影响;推导了行星轮故障下的啮合刚度变化表达式,并引入故障因子,得到了不同故障程度下的啮合刚度;采用变步长的Runge-Kutta方法求解行星轮系动力学模型,分析得到了行星轮分别出现裂纹及断齿故障时系统响应的频谱特性。模型分析结果表明,由于振动传递路径时变效应对响应信号的调制作用,行星轮系频谱中的啮合频率及其倍频附近出现了以行星架转频为调制频率的边频带;当行星轮出现裂纹或断齿故障时,啮合频率及其倍频附近不仅出现了以行星架转频为调制频率的边频带,同时还会出现以行星轮故障频率为调制频率的边频,且断齿故障状态下的边带幅值较裂纹故障下更加明显。最后将试验信号与模型信号进行对比分析,分析发现,试验与模型响应信号对应频率的最大相对误差分别为4.65%和2.32%,决定系数R2分别为0.999 6和0.999 8,所得试验结果与模型结果基本一致,验证了所建立模型的准确性。该文可为农机设备中行星轮系的故障机理及系统健康监测研究提供参考。

基于无心车床主轴电机电流的钛合金切削力经验公式的实验研究

针对目前无心车床钛合金切削力计算公式推导的困难性和复杂性,通过测量主电机电流的实验方法来探索难加工材料钛合金的切削规律,打破了传统的测量切削力的实验平台,解决了传统方法中实验平台搭建过程的难题。同时以空心主轴电机电流为主要实验数据,结合切削深度以及进给速度等实验数据,在SPSS软件中进行线性回归分析,拟合出了切削力经验公式,验证了该经验公式在实际的加工中的指导意义,为进一步研究钛合金的切削机理奠定了研究基础。

车削去除钛合金棒材表面氧化皮工艺参数试验研究

目的通过车削去除表面氧化皮,分析车削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,确定可行工艺参数组合,使车削去除钛合金棒材表面氧化皮的同时,获得较低的表面粗糙度。方法基于响应曲面法中心复合设计,采用YG8硬质合金车刀,对表面带有氧化皮的TC4钛合金棒材进行车削试验,建立表面粗糙度预测模型,并进行显著性分析,验证模型的准确性。分析车削工艺参数(包括主轴转速n、进给速度v及切削深度a_p)对表面粗糙度的影响规律。对比在处理氧化皮厚度不同的TC4钛合金棒材时,工艺参数对表面粗糙度的影响。结果表面粗糙度预测模型的误差在1.66%~3.33%,模型准确度较高。主轴转速n、进给速度v及切削深度a_p的显著度均小于0.05。在工艺参数交互作用中,v-a_p对表面粗糙度的显著度P<0.0004。通过分析车削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,确定了可行车削工艺参数域和可行车削工艺参数组合。结论建立的表面粗糙度预测模型准确度较高,可作为表面粗糙度的预测模型。去除表面氧化皮的车削工艺参数对工艺指标表面粗糙度的影响次序为a_p>v>n,在工艺参数交互作用中,v-a_p的交互作用对表面粗糙度影响更大。车削工艺参数对表面粗糙度的影响趋势不受表面氧化皮厚度的影响。无心车床在可行车削工艺参数组合的工作条件下,通过车削方式可在完全去除钛合金棒材表面氧化皮的同时,获得较低的表面粗糙度。

TC4切削动态特性及粗糙度形成动力学机理研究

为提高钛合金切削表面质量,通过动力学建模及试验研究,探索钛合金切削加工系统的动态特性及表面粗糙度形成动力学机理。建立单自由度刀具-工件振动系统动力学模型,研究刀具振动的动态特性,在无心车床上进行试验验证,采集刀尖振动加速度信号并测量表面粗糙度,用小波包分解加速度信号进行分析和处理。结果表明:刀尖振动加速度和位移振幅随进给速度增大而增大;加速度振动信号小波包分解后的各小波包能量较低,反映表面粗糙度也较低;刀尖振动信号中高频部分小波包的能量相对波动与表面粗糙度变化趋势相同,能量相对波动越大,表面粗糙度越大。

行星轮系中太阳轮断齿故障特性分析

行星齿轮箱的诸多传动优点使其越来越广泛地被应用于诸多机械设备中,其振动响应比定轴齿轮箱更为复杂,相应的动力学模型建立及故障诊断成为近年来的研究难点和热点。目前对行星减速轮系的建模分析大多都是建立在正常状态下,缺乏对故障状态下的行星轮系建模研究;对行星轮系进行故障特性分析时,缺乏振动机理方面的研究。针对现有研究的不足,建立了考虑振动传递路径时变效应的行星齿轮系统动力学模型;推导了太阳轮断齿故障下的时变啮合刚度表达式,通过对行星齿轮系统动力学模型的求解,分析得到了太阳轮断齿时系统的频谱响应特性;最后通过试验信号的对比,验证了动力学模型分析结果的准确性。

基于ADAMS的小型挖掘机转盘轴承的摩擦力矩分析

采用Pro/E对小型挖掘机的转盘轴承进行建模,根据转盘轴承的工作性能参数将其导入ADAMS中,分别用GSTIFF积分器和WSTIFF积分器进行仿真,并对转盘轴承进行接触分析和摩擦力矩计算,通过摩擦力矩的理论值与仿真值的比较证明,用ADAMS对转盘轴承进行接触仿真分析是完全可行的。

基于无心车床主轴电动机单元电流的钛合金切削力经验公式的试验研究

针对目前无心车床钛合金切削力计算公式推导的困难性和复杂性,通过测量主电动机电流的试验方法来探索难加工材料钛合金的切削规律,打破了传统的测量切削力的试验平台,解决了传统方法中试验平台搭建过程的难题。同时以空心主轴电动机电流为主要实验数据,结合切削深度以及进给速度等试验数据,在SPSS软件中进行线性回归分析,拟合出了切削力经验公式,验证了该经验公式在实际加工中的指导意义,为进一步研究钛合金的切削机理奠定了研究基础。

隔膜泵曲柄滑块机构连接松动动力学建模与分析

主要研究了隔膜泵曲柄滑块机构连杆两头连接同时松动的非线性特性。文中将连接松动按照磨损故障来考虑,采用接触-分离两状态接触力模型,建立了相应的动力学模型。在此基础上进行数值仿真,研究了不同参数下的动态响应。初步认为,连杆连接松动情况下系统的动态响应受到液体压力影响较大,与曲柄转速也有一定关系,但与磨损量的关系不是很密切。同时为往复机械的磨损动力学分析提供了有参考价值的结论。

LS-Dyna中墙面抹灰机振动压实过程仿真分析

抹灰机是一种新型的建筑机械,可以代替人工完成大面积的内墙抹灰作业。建立了抹灰板-砂浆动力学模型,并借助LS-Dyna有限元软件定义了D-P砂浆材料模型,且通过实验验证了模型的正确性。利用LS-Dyna分析了抹灰板在振动压实过程中,砂浆层应力波的传递及分布规律,抹灰板振幅和振动频率对砂浆层应力的影响以及抹灰板行走速度对砂浆表层沉降量的影响。仿真结果表明,砂浆应力随着振幅的增大而增大,随着频率的增大而先增大后减小,砂浆表层沉降量随着抹灰板速度的增大而减小;此外结果还表明无论工艺参数如何组合,对某一种砂浆都有一种合适的共振频率范围。研究结果为抹灰机合理选用压实工艺参数以及压实效果的预测提供了理论基础。

转发式北斗导航卫星信号性能评估的研究与实现

北斗一代在使用过程中存在隐蔽性不良,定位实时性差等问题,为了实现北斗导航信号的性能评估,相对于以往的硬件形式,如硬件接收机、频谱分析仪、矢量网络分析仪等,提出了以软件接收机的方法对北斗导航信号进行性能评估;首先分析了转发式北斗导航信号评估的意义、内容与方法,并采用软件接收机的形式进行评估;然后研究了转发式北斗导航的信号性能评估关键技术,给出了捕获、跟踪、评估参数计算的程序流程;最后根据实测数据在Linux高性能集群系统上进行了测试验证,实现了北斗导航信号的捕获、跟踪以及评估中的评估参数计算;测试结果表明,文章中的设计方法可实现北斗导航信号性能的评估,效果良好,评估内容、指标易于调整,便于软件算法参数的测试、升级,可为后续的卫星导航信号评估以及算法测试等提供了一定的依据。