基于改进阿林斯法的数控机床子系统可靠性分配

根据采集到的某国产数控机床的故障信息进行分析整理并进行子系统划分,结合数控机床相关性模型改进可靠性分配方法进行目标值分配.应用层次分析法建立影响因素隶属度集,采取DEMATEL决策实验室分析法确定故障相关数据的中心度影响因素,结合维修性、维修时间、故障停时、故障次数及复杂度确定隶属度函数集,对于各影响因素的权重的确定采用熵权法,进而计算出数控机床的可靠性分配因子.将影响度因素引入阿林斯分配法进行改进,使改进后的方法适用于各子系统串联且存在故障相关性的系统.数值算例表明,相较于传统阿林斯法,本文方法能够减少子系统对故障时间的要求.同时,为验证本文分配结果的合理性,采用蒙特卡洛仿真法以分配结果为基础对目标机床整机进行可靠性预计,计算结果证明了方法的可行性.

考虑热误差的电主轴建模与可靠性全局灵敏度分析

以数控机床电主轴为研究对象,旨在分析其轴向热伸长量对电主轴可靠性的影响.采用Svenska Kullager-Fabriken(SKF)摩擦力矩模型对轴承生热量进行分析,设定对流换热系数为边界散热条件,建立了热分析有限元耦合模型,求解电主轴的温度以及轴向热伸长分布.将有限元模型与实验结果进行对比,验证了建立的有限元模型的准确性.考虑随机因素的影响,建立电主轴热变形可靠性分析模型,并采用Kriging模型进行可靠性求解.对电主轴热误差可靠性全局灵敏度进行分析,结果表明,转速和冷却水流量对可靠度影响较大,轴向力和径向力对可靠度影响较小.

横向载荷与预紧力对螺栓断裂寿命的影响

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运用有限元方法与疲劳裂纹扩展实验进行对标,并取得较好的效果,为螺栓断裂失效寿命的计算奠定了基础.最后,考虑到螺栓预紧力与横向载荷对螺栓断裂的影响,建立了带裂纹的螺栓有限元模型,并采用有限元方法进行螺栓失效寿命计算的定量分析.结果表明:横向载荷与螺栓预紧力对应力强度因子和螺栓使用寿命具有较大的影响.

基于双向流固耦合的锥阀阀芯位移可靠性分析

传统的阀芯位移稳定性是在系统参数确定的前提下进行的,然而,在实际生产的使用过程中,各种系统参数具有不确定性.针对此问题,建立了一个锥阀工作动态过程的有限元分析模型,采用双向流固耦合和重叠网格方法分析求解压力入口下锥阀的动态响应过程.考虑参数随机性的影响,以阀芯稳定后位移是否超过许用位移量为衡量标准建立阀芯位移波动的极限状态方程,通过Monte-Carlo仿真和Kriging方法,对阀芯稳定后位移的波动情况进行了可靠性分析.研究发现,阀芯稳定位移波动范围小于理论值的19%,阀芯稳定位移的可靠度随着入口压力的增大而降低.

风力发电机主轴轴承零游隙位置概率分析

预紧量对轴承的运行状态和使用寿命有着重要的影响.为了保证主轴轴承的合理装配,需要确定轴承的零游隙位置.首先,采用厚壁圆筒理论计算了轴承游隙的变化量,从而确定轴承的零游隙位置.而后,建立了轴承零游隙的有限元位移模型,提出了一种更加准确的零游隙位置计算方法.考虑到随机因素的影响,提出了Kriging代理模型的方法,分析了风电主轴轴承零游隙下内外圈位置的概率分布特性.最后,数值算例表明,Kriging模型预测的最大误差在0.1%以内,表明所提出的方法具有较高的精度和适用性.

打磨机器人的打磨头螺栓组系统可靠性分析

在使用螺栓组连接的整体结构中,螺栓组的可靠性直接影响整体结构的可靠性.传统的螺栓组可靠性分析方法认为螺栓参数是确定的,而在实际工况中螺栓参数具有一定的随机不确定性,从而产生较大误差.为准确评估螺栓组的可靠性,以某打磨机器人的打磨头螺栓组为例,建立打磨头有限元分析模型并进行静力学分析,通过螺栓连接实验验证螺栓连接有限元模型的准确性;将螺栓组视为系统,考虑螺栓参数随机性的影响,以螺栓最大应力值是否超过屈服极限为判别条件建立极限状态函数,结合Kriging模型拟合方法进行可靠性分析,探究系统可靠度随螺栓预紧力的变化规律.结果表明,螺栓组系统可靠度受到随机因素的影响,由多个螺栓共同决定,并随螺栓预紧力增大而减小.

基于SFS-SVR的高速铣削刀具剩余使用寿命预测

在高速铣削加工中,为了判断更换刀具的最佳时间,迫切地需要对刀具的剩余使用寿命进行准确地预测,但预测中常常会存在历史数据不足的问题.因此,本文提出了一种解决小样本空间的刀具剩余使用寿命预测方法.该方法基于支持向量回归(SVR)方法,通过随机分形搜索(SFS)算法优化模型中的关键参数.相比于传统方法,本文所采用的方法可获得更优的模型参数和更快的收敛速度.最后,将所采用的方法与隐马尔可夫模型(HMM)方法进行比较,平均精确度由0.6277提高至0.8199,为刀具的更换提供了可靠的参考.

风电轴承疲劳寿命的可靠性灵敏度分析

以某2MW风电轴承为例,给出四自由度载荷作用下圆柱滚子轴承疲劳寿命的数学模型,通过Romax软件分析结果验证所建模型的准确性.按轴承最小额定寿命建立极限状态方程,采用自适应克里金与蒙特卡罗模拟相结合(adaptive Kriging-Monte Carlo simulation,AK-MCS)进行轴承疲劳寿命可靠性灵敏度分析.结果表明:轴承游隙、弹性模量、密度增大,轴承失效概率增大;轴承节圆、滚子有限长度增大,轴承失效概率减小;游隙对可靠性的影响最为明显,弹性模量、密度、滚子有限长度次之,节圆影响最小.

渐开线圆柱齿轮系统运动精度可靠性分析

为确定齿轮系统在随机因素影响下满足精度要求的概率,基于齿轮运动精度理论与鞍点逼近技术,提出一种渐开线圆柱齿轮系统运动精度可靠性分析方法,用以确定齿轮系统在随机因素影响下满足精度要求的概率。分析了齿轮加工误差、轴的径向跳动以及装配偏心对齿轮系统运动误差的影响,推导了齿轮系统运动误差的均值、方差、三阶和四阶原点矩的函数表达式,利用鞍点逼近方法拟合了齿轮系统运动误差的概率密度函数与概率分布函数。结合国家标准建立了齿轮系统运动精度可靠性分析模型。数值算例表明,该方法具有较高的求解精度和效率。

基于降维积分的结构系统可靠性分析研究

复杂结构系统一般具有多个失效模式.传统系统可靠性分析模型是在假设各失效模式相互独立的条件下建立的.而在工程实际问题中,由于结构系统的组成单元之间紧密联系,系统的失效模式大多是相互耦合的.简单地在失效模式相互独立的假设条件下进行系统可靠性分析与评价常常会导致过大的误差,甚至得出错误的结论.提出一种相关失效模式结构系统可靠性分析方法.利用降维法和Gauss--Hermite数值积分技术计算随机参数结构系统极限状态函数的统计矩,采用极限状态函数的前四阶累积量拟合其累积量生成函数,通过鞍点逼近方法拟合结构系统极限状态函数的概率密度函数和累积分布函数,进而获取结构系统的可靠度(或失效概率).数值算例表明该方法具有较高的计算精度和效率,通用性强.

数控刀架转位系统可靠性稳健设计方法研究

将可靠性优化设计理论、可靠性敏感度技术与稳健设计方法相结合,讨论数控机床回转刀架转位系统可靠性稳健设计问题。利用多体动力学仿真软件建立回转刀架转位系统运动学分析模型,开展实验设计获取系统响应与设计参数变化间的定量关系,采用神经网络拟合系统响应与设计参数间的函数关系,利用一次二阶矩方法对回转刀架转位系统进行可靠性分析和可靠性敏感度分析,建立回转刀架转位系统可靠性稳健设计模型。数字算例表明文中所述方法具有较高的计算效率和求解精度,通用性强,可以用于数控刀架转位系统的可靠性稳健设计。

车削加工颤振稳定性可靠度蒙特卡罗法仿真

在工程实际中,车削系统刚度、阻尼及切削力等参数的随机性严重影响车削加工的稳定性。针对此问题,提出了一种车削加工再生型颤振稳定性可靠度计算方法。考虑随机因素的影响,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究车削加工再生型颤振稳定性的统计分布规律。建立车削加工再生型颤振动力学模型,采用拉氏变换获取机床车削的极限切削宽度及所对应的主轴转速。根据数控车床切削系统动力学参数的分布信息抽取样本,代入再生型颤振模型进行计算,获取极限切削宽度的样本,并统计其概率特性,以实际切宽是否小于极限切宽为判别条件提出一种基于蒙特卡罗模拟的车削加工再生型颤振稳定性可靠度预测方法。

铣削加工颤振稳定性可靠度的计算方法

铣削过程中的系统参数往往具有随机性,严重影响了铣削加工的稳定性.利用BP神经网络综合分析了随机因素对铣削加工过程的影响,提出了一种铣削加工再生型颤振稳定性可靠度计算方法.建立铣削加工再生型颤振动力学模型,使用全离散法获取铣削稳定性叶瓣图.利用神经网络拟合极限轴向切深的函数表达式,再分别使用蒙特卡罗法和一次二阶矩法进行可靠度计算.结果表明,基于BP神经网络的方法兼具高效和精确的优点.

基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力概率特性分析

考虑随机因素的影响,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究金属切削过程中切削力的统计分布规律.建立非等分平行面剪切区模型,求解切削速度、剪应变以及剪应变率.构建金属切削材料控制方程和温度控制方程,求解剪切区剪切应力及切削力.根据切削参数的分布信息抽取样本,代入切削力模型进行计算,获取切削力,并统计切削力的概率特性,从而提出一种基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力预测方法.

铁钻工旋扣钳的结构设计和运动学分析

针对现有铁钻工旋扣钳在工作时出现的打滑现象,通过机构学分析获得了旋扣钳运动的极限位置,根据现有切径比的理想取值范围,完成了旋扣滚子的优化设计和旋扣马达的选型。在分析旋扣钳结构及工作原理的基础上,对旋扣钳装配模型进行了干涉检查和运动学仿真,运动模拟结果验证了设计的合理性。

薄壁构件铣削加工可靠性灵敏度分析

利用单频率法建立薄壁构件铣削稳定性及表面位置误差模型,采用Kriging方法对薄壁构件铣削稳定性及表面位置误差进行了可靠性灵敏度分析,评价铣削参数对薄壁构件铣削稳定性及表面位置误差的影响程度.研究结果表明:随薄壁构件铣削系统的阻尼比及y向刚度的增加,系统的可靠度增加;随切向力系数、固有频率、径向侵入比及轴向切深的增加,系统可靠度降低;径向力系数和每齿进给量对系统的影响较小.研究结果能为薄壁构件高速铣削加工提供合理的理论依据.

角接触球轴承打滑可靠性灵敏度分析

轴承打滑易造成轴承的早期失效,传统的轴承打滑分析方法认为轴承参数是确定的,而在实际工况中轴承参数具有随机性,从而造成较大的分析误差.针对此问题,考虑随机因素的影响,提出一个角接触球轴承打滑行为的可靠性分析模型.基于轴承拟静力学分析和试验打滑判据得到轴承的打滑临界平面,以轴承是否打滑为判别条件,建立轴承打滑的极限状态方程,采用Kriging方法进行了可靠性灵敏度分析,评价轴承各参数对打滑现象的影响程度.研究结果表明:轴承滚动体直径的变化对轴承打滑现象影响最大,轴承内、外圈沟道直径和曲率半径的变化对其影响次之,接触角的变化对其影响较小.该研究为防止轴承打滑引起早期失效提供理论依据.

基于双目视觉的目标识别与定位及机械臂的抓取研究

如今机械臂自动化生产线给制造业带来极大变革,为了提高机械臂在智能制造发展道路上面对复杂环境及复杂任务的自主性和功能性,加强机械臂对外界环境的感知能力,机器视觉技术应运而生。其中对于视觉技术的识别与定位可通过双目立体视觉技术来解决。该研究将可获取环境信息的视觉传感器与机械臂相互连接,对机械臂进行建模。随后搭建试验系统并进行相关标定,赋予机械臂目标识别和定位的功能,及对基于双目识别机器视觉技术的机械臂抓取进行研究。随后进行了双眼视觉机器人与三眼视觉机器人的算法效能比较,结果显示基于双眼视觉的机器人相比基于三眼视觉的机器人拥有更为灵活的移动精度、控制精度及工作效率。该研究改善了在复杂工作环境及复杂工作任务下,机械臂的自主调整能力和交互能力,为未来机械臂自主作业的研究提供方向,对工业、医疗等领域自动化水平的提升有显著意义。

基于可靠性的GH4169车削参数优化

为了保证刀具寿命的同时尽可能地提高加工效率,对切削参数进行优化至关重要.因此,建立了车削过程中的刀具磨损模型,可用于预测多种切削条件下任意时刻的刀具磨损量,从而推导出刀具寿命模型.考虑不确定性参数对车削加工的影响,建立了基于可靠性的车削优化模型,并采用序列优化与可靠性评估方法对优化模型进行求解以获得最优切削参数.最后,通过实例验证了该方法在高温镍基合金GH4169车削参数优化中的优势和可行性.

机械结构随机响应统计矩的计算方法

提出了一种计算具有不确定参数(随机载荷、材料、几何尺寸)的机械结构随机响应统计矩的实用方法.采用Chebyshev多项式节点划分基本随机变量水平,开展实验设计.利用Chebyshev多项式拟合机械结构随机响应与基本随机变量的函数关系,使用降维积分技术求解机械结构随机响应的概率统计矩.数字算例表明所提方法具有较高的计算效率和求解精度,通用性强,可以用于复杂机械结构随机响应的概率分析中.