滚仰式光电吊舱地理导引实现与误差分析

为了提升地理导引精度和成功率,根据滚仰式光电吊舱的结构特点,通过建立坐标系统、目标坐标求解和框架角解算三个步骤,完整构建了地理导引的数学模型,并在此基础上引入了速度前馈和小区域搜索模式。同时,对受惯导测量误差和目标距离影响的框架角解算误差进行了数据仿真。结果表明:经纬误差和航向角误差对俯仰角的解算误差影响较大;而高程误差和水平姿态角误差则对横滚角的解算误差影响较大。提升惯导的定位精度,可进一步减小框架角解算误差,从而提升地理导引精度,而当航向角<0.1°,水平姿态角<0.05°时,姿态角误差的影响权重会变小,再通过减小姿态角误差提升导引精度的作用已不明显。随着目标距离的增大,框架角解算误差会急剧减小。最后进行了导引试验,其俯仰、横滚角均方差均小于0.12°,表明了算法的准确性和仿真分析的有效性。

滚子与内圈打滑行为诱导的振动特性

针对滚子打滑试验研究困难的问题,通过分析滚子-内圈运动副的相对运动关系得出运动副振动特征频率的计算公式,在此基础上开展打滑试验,提取滚子纯滚动、打滑状态下的振动信号并采用短时傅里叶变换进行时频域分析,结果表明:滚子打滑会诱发一定的振动响应,其频率与滚子、内圈的转动频率相关,理论计算结果与试验结果较为吻合,可用于测算滚子打滑程度;滚子由纯滚动状态转变为打滑状态或由打滑状态转变为纯滚动状态时,纵向、切向振动的幅值均会发生突变,切向振动信号占主要成分且幅值更大。

非圆齿轮滚齿切削力波动特性及抑制研究

滚齿是非圆齿轮加工实现的重要方法,用于节曲线外凸直或斜齿非圆齿轮的高效高精制造,节曲线非圆特性导致滚切力呈现较大幅度波动,影响制造过程稳定性及加工精度,是非圆齿轮滚齿领域需要研究的重要课题。文章基于单位切削力计算原理及圆柱齿轮滚切力的研究成果,采用单次断续切削产生的未变形切屑体积表征滚切力波动态势,构建非圆齿轮滚切未变形切屑模型的获取方法。选取大偏心率卵形齿轮为研究对象,分析滚刀恒速不窜刀联动加工模型所产生的滚切力波动特性,得出该联动加工模型所对应峰值切削力的波动规律。提出一种滚刀恒速并附加窜刀的联动加工模型,该模型具有恒定弧长增量加工特性,对抑制整周滚切力波动具有重要意义,并开展不同滚切深度所对应滚切力波动规律研究,研究结果为非圆齿轮滚切方案的优化制定提供一定的理论依据。

车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振,而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题,基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动状态下的数学模型,并将AMEsim软件中建立的减振器仿真模型与台架试验进行验证。最后通过建立车端侧滚减振装置与被试车辆的联合仿真模型,在不改变车辆现有悬挂参数的基础上对车端侧滚减振装置的关键参数进行优化选取。仿真结果表明,车端侧滚减振装置可以在不影响车辆垂向平稳性、保证曲线运行安全性的前提下有效改善双层动车组的横向平稳性。

考虑滚道缺陷的圆柱滚子轴承保持架振动特性

基于滚动轴承多体动力学理论,以滚子经过滚道缺陷区域时产生的附加位移表征故障,建立轴承滚道缺陷动力学模型。考虑滚子进出缺陷区域时与滚道间接触载荷的变化,建立圆柱滚子轴承动力学微分方程组并求解,研究滚道缺陷时保持架振动响应规律。结果表明:与正常轴承相比,滚道缺陷会导致保持架与滚子间碰撞力增大且接触频率增加,同时保持架打滑率增大;随缺陷宽度增大,内滚道缺陷时保持架振动加速度级逐渐增加,外滚道缺陷时保持架振动加速度级先减小后增加,缺陷宽度大于1 mm后,内滚道缺陷时保持架的振动加速度级明显更大。

车轴滚齿加工工艺参数GA-BP模型NSGA-Ⅱ优化

研究了高速条件下的滚齿工艺参数设置与优化方面的工作,采用新的非支配遗传算法NSGA-Ⅱ设计了相应的优化数学模型,优化达到最低能耗以及最长的刀具使用期限,再以遗传反向传播算法(GABP)神经网络为目标设置预测模型并建立适应度函数,完成迭代优化后获得匹配滚齿工艺的Pareto最优条件。研究结果表明:这里预测模型经过5次循环计算后,均方差为10-5,得到0.000425的最优值,推断上述网络满足良好的稳定性。刀具寿命误差相对后者降低16%,降低了36%的能量损耗,发现GABP算法具备更优收敛能力。Pareto解集获得了比相近加工样本集更优的性能,因此采用多目标优化模型可以确保加工能耗和刀具使用寿命同时达到最佳状态。该研究对提高的滚齿加工工艺参数以及提高机加工效率具有很好的实际应用价值。

正负气压组合滚轮式油菜精密排种器设计与试验

针对油菜种子粒径小、质量轻,单粒排种难度较大的问题,设计了一种正负气压组合滚轮式精密排种器。阐明了排种器工作原理,开展排种器吸种、携种和卸种环节受力分析和排种滚轮对种群拖带过程解析;提出了通过控制充种区种层高度和种群压力的防拖带堆积机理,设计了一种侧向充种、拖带种子自由回落的充种室结构,利用离散元仿真研究了充种种层高度和充种室结构对排种器充种区内充种性能的影响及对种群拖带堆积的解决情况;仿真结果表明,排种器内种子随着充种种层高度的增大,种群平均动能均值逐渐增大,对种群平均扰动能力逐渐增强;在充种种层高度50 mm条件下,设计的防拖带堆积充种室降低了充种区域底部种群所受的压力,未出现种群拖带堆积现象,且保持了对充种区域种群的扰动作用。在JPS-12型排种器检测试验台上进行了排种器性能试验,结果表明,当排种转速为15~30 r/min、吸种负压为1.0~1.2 kPa时,排种器合格指数均保持在90%以上;设计装配正负气压组合滚轮式精密排种器的播种机开展播种试验,田间实测出苗后株距稳定性变异系数为4.4%,各行苗数一致性变异系数为8.14%;研究结果表明设计的排种器满足精密播种要求。

考虑弹头滚转姿态变化影响的防热层厚度优化

基于气动热/结构温度响应耦合计算方法,研究了弹头固定攻角再入条件下锥身典型子午面结构温度响应特性,以及滚转姿态变化时刻对各子午面结构温度响应的影响,建立了考虑弹头滚转姿态变化影响的防热层厚度优化方法,并基于该方法开展了弹头防热层厚度优化。最后,研究了滚转姿态变化次数对优化效果的影响。结果表明:在再入弹道前段进行滚转姿态变化可使外壁面气动加热量更为合理,有效降低弹体锥身壳体内壁面温升。当迎、背风面壳体内壁面最大温升约束为25 K时,与无滚转姿态变化状态下相比,滚转姿态变化设计可使防热层厚度减小0.725 mm,减小幅度为5.4%。通过与滚转姿态变化时刻的联合设计可有效降低锥身防热层厚度。与单次滚转姿态变化时相比,两次滚转姿态变化时防热层厚度减小量仅增大1.9%,增加滚转姿态变化次数对优化效果影响较小。

面向船舶大型化的渤海湾适航客滚船船型尺度研究

为科学指导渤海湾客滚运输船舶合理大型化,统筹过海运输发展与安全,厘清客滚船大型化发展历程,研判市场需求、企业运营、行业管理等影响因素与供需矛盾。系统梳理客滚运输航线及港口布局特征,分析客滚运输企业及船舶运力结构分布,找准船港航一体化发展需求导向。基于海港总体设计规范中通航基础设施尺度的计算方法,采用逆向工程思维推导船型计算式,匹配调整理论结果、归并数值,提出渤海湾4种客滚船大型化标准船型,确定船舶总长、型宽、满载吃水、吨级等主要参数,研判提出渤海湾30个客滚泊位的大型化船型并开展适用性评价。对引导渤海湾新建省际客滚船标准化、序列化发展,强化船舶适港、适航安全保障性具有技术支撑作用。

倾斜临空面下隧道掘进机滚刀贯入破岩研究

在临空面辅助隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)滚刀破岩的过程中,当滚刀在垂直临空面附近完成破岩后,垂直临空面将变为倾斜临空面。为了研究倾斜临空面对滚刀贯入破岩的影响,利用近场动力学方法建立了三维模型,考虑了临空面倾斜程度以及滚刀临空距离的变化,开展了一系列数值研究。模拟结果表明,在倾斜临空面辅助TBM滚刀贯入破岩工况下,岩石存在两种破碎模式,一种为内部裂纹扩展模式,另一种为内部压碎区扩大模式。在滚刀临空距离固定为40 mm的情况下,随着临空面倾角θ余切值cotθ的增加,岩石破碎逐渐从内部裂纹扩展模式转变为内部压碎区扩大模式,滚刀的法向峰值力与破岩消耗能量也逐渐增大,而且内部压碎区扩大模式的破岩效率比内部裂纹扩展模式低。随着滚刀临空距离的增加,滚刀法向峰值力、破岩消耗能量与破岩体积逐渐增加,同时滚刀的破岩效率也得到了提升。

基于SPEA2SDE算法的超声滚挤压42CrMo表层性能工艺参数优化

为提高金属材料的表层性能,实现超声滚挤压工艺参数的优化控制,以42CrMo为研究对象,以主轴转速、进给速度、振幅和静压力为主要工艺参数进行正交试验。基于方差分析构造F值进行检验,探究工艺参数对各表层性能的贡献率。基于试验数据构建了工艺参数与材料表层性能之间的预测模型,并验证了该模型的准确性。基于SPEA2SDE算法对预测模型进行了多目标优化,分析了迭代次数对遗传算法中Pareto最优解集的影响。结果表明:对表面粗糙度、残余应力的贡献率为振幅>静压力>主轴转速>进给速度,对硬度的贡献率为振幅>主轴转速>进给速度>静压力;通过试验值与预测值的对比,表面粗糙度、表面残余应力和硬度的平均误差百分比均在6%以下;SPEA2SDE算法可获得综合性能最优的加工参数组合,用于指导实际的生产加工。

铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程分析

在生产现场采用跟踪统计方法,归纳分析铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程以及滚剪刀耐用度、刀具刃磨等问题,统计分析不同宽度滚剪刀的加工情况发现,滚剪刀有效工作时间比率为65%~88%,平均有效工作时间比率为76.1%,有效工作时间不稳定;滚剪刀剪切行程处于3700~4200m之间,平均剪切行程为3839.74m,刀具耐用度存在较大差异,剪切宽度越大滚剪刀耐用度越长;滚剪刀刃磨时刀具径向去除量在80~150μm之间,平均刃磨去除量为106μm,刀具刃磨工艺对刀具耐用度有决定性影响。最后针对滚剪刀磨损检测问题,提出采用声发射信号对滚剪刀状态进行在线检测的技术方案。

直纹面面齿轮共轭小齿轮的滚齿加工研究

针对直纹面面齿轮与圆柱齿轮不满足共轭关系而限制其在小传动比应用场合的情况,提出与直纹面面齿轮共轭的小齿轮及其滚齿加工方法。首先建立了直纹面面齿轮及其共轭小齿轮的齿面方程,获得共轭小齿轮相比圆柱齿轮的齿面偏差形貌;随后推导了阿基米德齿轮滚刀的齿面方程,并根据滚齿加工运动坐标系和啮合原理建立了圆柱齿轮的数学模型;在滚齿加工圆柱齿轮的运动基础上,通过增加滚刀的径向移动和工件的附加转动使滚刀切削刃逼近共轭齿面,附加运动由泰勒多项式表示,通过建立敏感矩阵方程并采用奇异值分解法迭代求解方程获得附加数控运动多项式系数,最后获得数控加工齿面;为评价直纹面面齿轮副的传动性能,进行了齿面承载接触分析,并与传统面齿轮-圆柱齿轮副进行了对比。研究结果表明:相同参数下,直纹面面齿轮副与传统面齿轮副的承载性能基本相同,完全能够代替传统面齿轮副传动;数值算例和仿真加工对该方法的验证表明,其数值算例误差不超过1μm,仿真结果误差不超过6μm,证明了该方法的可行性和准确性。

基于非线性弹簧的圆锥滚子轴承建模与分析

为解决风机主轴承滚动体数目多、尺寸大,进行有限元分析计算量大、收敛困难的难题,提出一种基于非线性弹簧的圆锥滚子轴承有限元等效模型,滚动体沿轴线方向分片,各分片与滚道接触以及球基面与挡边接触的“载荷-变形”关系采用弹簧单元等效模拟,等效弹簧的刚度通过赫兹接触理论确定。以某兆瓦级风机主轴承为例分析了该模型滚动体载荷分布及套圈整体变形,并与实体滚动体接触分析计算结果进行了对比。结果表明:基于非线性弹簧的等效模型能准确反映轴承内部载荷分布及整体变形情况,大大缩减计算量,为风机圆锥滚子主轴承的设计与分析提供了理论依据和指导。

氯化钾滚镀锌关键技术的开发研究

在氯化钾滚镀锌槽中间加隔板将其分成两个滚镀锌槽。第一镀槽中的亚铁杂质视作镀液的有效成分,将镀锌改为镀锌铁合金。第二镀槽切断了亚铁杂质的主要来源,用于制备高质量的镀锌层。钢铁件在第一镀槽中镀锌铁合金制备底镀层,然后在第二镀槽中镀锌得到面镀层,从而消除了铁杂质对氯化钾镀锌的不良影响,克服了传统工艺镀层出现滚桶眼子印和钝化困难等技术缺陷。本工艺无需处理氯化钾镀锌槽中的铁杂质,解决了用双氧水氧化处理法导致镀液性能下降的问题。结果表明:所制备的镀锌铁合金与镀锌组合镀层的耐蚀性高于传统的镀锌层。本工艺镀液维护简单,镀液和镀层性能优于传统工艺,具有良好的应用前景。

考虑过盈配合的抗侧滚扭杆寿命预测

抗侧滚扭杆用于提供限制车辆侧滚角度的侧滚力矩,可以提升列车运行的平稳性和安全性。文章以某型动车组用抗侧滚扭杆为研究对象,在考虑抗侧滚扭杆的扭杆轴与扭转臂过盈配合的前提下,基于FKM准则对抗侧滚扭杆进行静强度和疲劳寿命评估。结果表明,该抗侧滚扭杆在极限载荷和疲劳载荷工况下的利用度均小于1,同时满足静强度要求和疲劳寿命要求。

室内墙面滚涂机器人结构设计和检测方法研究

针对解决室内墙面人工滚涂劳动强度大的问题,设计了一套自动化室内墙面滚涂机器人。对机器人需求功能进行结构设计,其移动载车在地面多方向移动,其机械臂提升柱将UR机械臂举升至目标位置,使用UR机械臂末端的滚筒进行墙面滚涂,对其中关键承载零件进行有限元分析;使用激光位移传感器对滚涂之后的墙面进行测量,测量数据传输至上位机处理;最后,可视化滚涂层数据并计算平面度,对于平面度不满足要求的墙面进行打磨,以提高室内装修的滚涂质量。

高硬刀具切削交叉滚子轴承时表面粗糙度对比研究

采用硬质合金和金属陶瓷刀片对高精度交叉滚子轴承进行切削对比试验,通过表面粗糙度测量仪测量不同刀具及切削参数下已加工表面的粗糙度值,采用微粒群优化算法获得表面粗糙度的预测模型。结果表明:在实验范围内,采用硬质合金UE6020刀片获得的表面粗糙度值要低于金属陶瓷PV720刀片获得的表面粗糙度值;切削用量三要素中,进给量对工件表面粗糙度的影响最为显著;采用硬质合金UE6020刀片切削时,表面粗糙度值随进给量增大而增大,但增大趋势缓慢,当切削速度v_c在101~126m/min范围内时,表面粗糙度值最低,且背吃刀量不宜取得过小。采用微粒群优化算法建立的表面粗糙度预测模型,具有一定的可靠性,能为交叉滚子轴承的切削加工提供参考。

基于改进YOLOv8s的鼓形滚子表面缺陷检测算法

为了提高鼓形滚子表面微小瑕疵缺陷检测的精确率和召回率,增强模型对小目标缺陷的检测能力,针对YOLOv8s网络,提出细粒化卷积模块SPD-Conv来代替卷积下采样,细粒化地提取小缺陷的特征.在特征融合模块,引入GFPN特征融合模块,增强相邻层级间的跨尺度连接和同尺度下的跨层连接,有助于小目标特征信息在卷积网络的传递.在头部增加小目标检测层,提高模型对小缺陷的检测能力.在损失函数方面,利用动态非单调聚焦的Wise-IOU的边界框损失函数替换CIOU,在加快网络收敛的同时,提高网络检测的精度.在自制的鼓形滚子缺陷数据集上进行测试,结果表明,改进的YOLOv8s在倒角数据集、侧面数据集、端面数据集的mAP@0.5分别达到0.911、0.983、0.935,相比于YOLOv8s,m AP@0.5分别提高了6.4%、3.3%、4%,精确度和召回率也有一定的提升,平均每张图片的检测时间为23 ms.与原模型相比,改进的YOLOv8s对小目标缺陷有更好的定位能力和检测精度,检测速度能够满足工业大批量检测的要求.

内外圈相对倾斜对圆柱滚子轴承寿命的影响

采用Romax Designer工程分析软件对某大兆瓦风电机组齿轮箱进行整体建模,应用经典滚动轴承理论和“切片法”基本思想,对齿轮箱输出轴圆柱滚子轴承在不同内外圈相对倾斜情况下的接触应力、修形效果和轴承寿命进行大量分析计算;重点对轴承ISO/TS 16281寿命进行分析,分析内外圈相对倾斜量对ISO/TS 16281寿命的影响以及对未修形和对数修形最佳修形凸度量时两种情况下寿命的影响;还将ISO 281寿命和ISO/TS 16281寿命进行对比。研究结果表明,无论轴承是否修形,内外圈相对倾斜对轴承ISO/TS 16281寿命影响非常大,倾斜量越大,ISO/TS 16281寿命越短,对应的最佳修形凸度量越大,相应修形效果越好,ISO/TS 16281:2008额定寿命提高得越大;在内外圈相对倾斜量相同的情况下,ISO/TS 16281寿命与ISO281寿命相差非常大。研究结果可为圆柱滚子轴承优化设计提供参考。