基于降噪多分支CNN和注意力机制的滚动轴承故障诊断方法

针对传统滚动轴承诊断方法在强噪声干扰下正确率低、特征选取依赖经验、模型泛化能力差的局限性,提出一种基于降噪多分支卷积神经网络(convolution neural network, CNN)和注意力机制的滚动轴承故障端到端诊断方法。通过设计多分支CNN特征提取网络,实现了包含原始信号及其频谱、时域滤波信号在内的多域特征提取;进一步引入注意力机制对各分支的输出进行权重自适应分配,在增强各域有效特征的同时抑制其无效特征对诊断结果的影响,提升模型的鲁棒性和泛化能力;最后再利用基于全局平均池化层构造的分类CNN实现滚动轴承故障的端到端诊断。对比试验证明,所设计的模型能在强噪声干扰下实现更准确的轴承故障诊断。

极限载荷下滚珠丝杠疲劳弹性寿命可靠性分析

为了提高极限工况下滚珠丝杠副的可靠性,对滚珠丝杠副疲劳弹性寿命可靠性进行了研究。根据现有的丝杠疲劳弹性寿命模型,基于不确定理论首先建立同时随机不确定性和认知不确定性的疲劳弹性寿命可靠性分析模型;引入两层参数不确定算法,并进行仿真计算,最后研究了各参数及其不确定度对寿命可靠度的影响程度。研究结果表明,参数的不确定性对可靠度影响较大,通过开展可靠性试验,发现试验结果与模型计算的可靠度非常接近,证明了模型的可行性。计算结果表明,轴向载荷的不确定性影响最小,其次是导程、滚珠直径、节圆直径、适应比,接触角的不确定性影响最大,且不确定度越大,对可靠度影响越大。

极限载荷工况下滚珠丝杠副疲劳弹性寿命研究

滚珠丝杠副因高精度、高可靠性等特点,被广泛应用于机械、航空航天及核工业等领域。传统滚珠丝杠副寿命计算方法是以疲劳点蚀为失效判定依据,而在航空航天等极限载荷工况下,滚珠丝杠副需要在短时间内承受几近额定静载荷的负载,其主要失效形式将变为塑性变形失效。因此,基于疲劳点蚀的疲劳寿命理论和计算方法不再适用。基于滚珠丝杠副的塑性接触变形特性提出了疲劳弹性寿命的概念及计算方法。基于滚珠丝杠副刚性试验台设计了疲劳弹性寿命测试方法并进行了试验,发现提出的疲劳弹性寿命计算方法的误差在15%以内。通过灵敏度分析,对滚珠丝杠副疲劳弹性寿命的影响最大的为适应比,其次是接触角、导程、轴向载荷、丝杠节圆直径,滚珠直径最小。

基于认知不确定性和预紧力退化的丝杠寿命预测

滚珠丝杠副因磨损会导致预紧力退化,并受多因素影响,存在认知不确定性。基于不确定理论,建立预紧力退化模型,开展加速退化试验,基于经验分布函数法和预紧力试验值对模型参数进行估计,提出了考虑认知不确定性的滚珠丝杠副寿命预测模型。所得的寿命预测值与试验值的相对误差均小于20%,且与基于维纳过程的寿命预测值对比,发现所预测结果更接近实际值,说明基于不确定理论的寿命预测模型能够实现对滚珠丝杠副的寿命预测。

基于不确定理论的丝杠预紧力退化可靠性建模

基于不确定理论,通过建立预紧力加速退化模型和可靠性模型,开展加速退化试验,对未知参数进行估计,提出了一种考虑认知不确定性的滚珠丝杠副寿命可靠度模型。通过该模型,对丝杠寿命的可靠性进行了分析,得出了可靠性随寿命和应力水平变化的趋势。分析可知,随着寿命的增加,可靠度先保持不变,然后急剧下降,最后缓慢下降,且当初始预紧力一定时,应力水平和寿命越大,其可靠度越小。

基于物联网技术的智能恒压供汽系统设计

针对产业园区集中供汽的特点,基于物联网技术、现代传感技术及自动控制技术,设计了一种智能恒压供汽系统,以实时监测供汽管道压力,对电磁阀开度进行智能预判,实现恒压供汽及对诸如纺织车间等场所的温湿度控制。实际应用表明,系统控制精度高,稳定可靠,提高了生产质量,节省了用汽费用,同时,该系统也可作为传感器、单片机等课程的实验设备使用。

基于THK-SHS35V型号的滚动直线导轨副预紧力精确计算方法研究

针对目前只能通过滚动体过盈量粗略判定滚动直线导轨副预压等级(轻、中、重)的现状,首先基于Hertz接触理论建立了载荷和预紧拖动力关系模型,然后创新性构建了一种载荷和预紧拖动力同步在线测量系统,测量了不同载荷、运动速度下THK-SHS35V型号的滚动直线导轨副的动态摩擦因数,进而得到其Stribeck曲线。将摩擦因数与载荷-预紧拖动力关系模型相结合,最终建立了一种滚动直线导轨副预紧力精确计算模型。试验结果表明,所建立的预紧力计算模型能有效预测被测样件的预紧力,其最大相对误差为18.91%。提出利用Stribeck曲线得到动态摩擦因数经验公式建立预紧力计算模型的方法,可进一步扩展应用于其他型号的滚动直线导轨副。

基于竞争失效模型的滚珠丝杠副可靠性设计建模

以双螺母预紧滚珠丝杠副为研究对象,分析其失效机理,建立了性能退化失效与疲劳点蚀失效共存状态下的竞争失效模型。综合考虑滚珠直径、滚道半径、接触角、摩擦因数、运行速度等结构参数和使用参数与可靠性指标之间的关系,建立了滚珠丝杠副可靠性设计的数学模型,提出了滚珠丝杠副可靠性定量设计的方法,并通过样本分析验证了该方法的有效性。

双螺母滚珠丝杠副进给系统轴向固有频率衰退预测方法研究

针对双螺母滚珠丝杠副进给系统在运行过程中出现的轴向固有频率衰退现象,首先基于分布式参数法与集总参数法构建了双螺母滚珠丝杠副进给系统的动力学方程;然后基于Archard磨损理论,建立了进给系统刚度的衰退模型;最后将动力学方程与刚度衰退模型结合,提出了一种双螺母滚珠丝杠副进给系统轴向固有频率衰退预测模型。通过自主搭建的滚珠丝杠副进给试验台,测得了不同运行转数对应的进给系统频响曲线。试验结果表明:在运行148.5万转后,进给系统的轴向固有频率从148 Hz下降至143.2 Hz。轴向固有频率理论值与试验值的误差在1 Hz以内,证明了所提出的滚珠丝杠副进给系统轴向固有频率衰退预测方法的准确性。