基于改进Deeplabv3+算法的滚珠丝杠驱动表面点蚀缺陷检测

针对滚珠丝杠驱动表面背景环境复杂、点蚀缺陷目标小因而难以检测的问题,提出改进的Deeplabv3+滚珠丝杠驱动表面缺陷分割算法。本算法采用Re2Net-50替换Deeplabv3+的主干网络,显著提升了对小尺寸缺陷目标的识别能力。此外,通过在主干网络中融合特征金字塔网络FPN,能够加强多尺度信息的提取,从而增强了对缺陷目标的精确定位。最后,本研究在Deeplabv3+网络的ASPP模块之后引入了Coordinate Attention机制,能够增强模型对图像中空间和维度的关注,有效地捕获了图像中的长距离空间依赖关系。实验结果表明,与原始的Deeplabv3+相比,所提算法在平均交并比MIoU指标上提高了4.38%,准确率Accuracy提高了5.52%,F1-score提高了2.74%。同时,与其他经典的语义分割算法相比,所提算法也展现出了一定的优越性。

压水堆控制棒驱动机构传动部件磨损研究现状

在压水堆核电站中,控制棒驱动机构(CRDM)是实现反应堆启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故状态下的紧急停堆的关键设备,其可靠性直接关系到核电站的运行安全,磨损是该机构失效的主要形式。压水堆CRDM所用传动部件主要有磁力提升钩爪式和丝杠滚珠式,磨损失效是传动部件主要的失效形式。目前针对CRDM传动部件磨损的研究进展缺乏系统地分析或综述。本文介绍了CRDM传动机构的结构和运动形式,阐述了CRDM传动机构的材料选型与未来研究方向,并概述了核电行业中的CRDM传动机构的磨损研究进展,最后讨论了两种机构基于不同理论的磨损预测模型,并对CRDM传动机构材料的未来研究方向进行展望。

下肢康复外骨骼机器人结构设计与动力学仿真

针对下肢运动障碍患者的康复训练,设计了一款具有新型结构的八自由度下肢康复外骨骼机器人,利用滚珠丝杠驱动小腿代替传统直流电机驱动方式,实现膝关节的伸展/屈曲运动。首先用SolidWorks设计建立外骨骼机器人模型,并用Abaqus对模型中关键零件进行校核,然后针对外骨骼机器人的结构建立简化模型,并通过建立拉格朗日方程进行动力学分析。最后,为探究外骨骼机器人各关节活动所需驱动力和力矩大小与关节运动角度的规律,把外骨骼机器人模型数据导入Adams中,进行了外骨骼机器人平地行走的动力学仿真,得到了模型各关节的运动规律和驱动关节活动所需力矩与力的大小,为后续电机选型提供了参考。仿真结果显示:所设计的外骨骼机器人可以完成平地行走任务,运动时关节角度变化平稳,由此验证了外骨骼机器人的合理性。

滚珠丝杠进给系统混合建模及其振动时变性分析

为了研究滚珠丝杠进给系统的振动特性,提出了一种混合建模方法,将丝杠作为分布参数模型,其余部件作为集中参数模型。应用功率平衡法和Ritz级数法,建立了滚珠丝杠进给系统的轴向、扭转和弯曲振动模型,并推导了系统的刚度、质量和阻尼矩阵。数值仿真分析了进给系统振动随工作台位置和质量变化的时变特性,并获得了不同工作台位置下的振型。研究表明工作台位置和质量变化对轴向振动的影响较大,对扭转振动影响较小,且工作台位置对弯曲振动影响较大。实验结果表明该混合模型能够准确预测系统的振动特性。

提高数控机床滚珠丝杠进给系统机械刚度的措施

现代数控机床要求其进给系统在较高进给速度下具有很好的定位精度和较高的速度适应能力,这就要求进给系统要有较高的刚度。文章分析了影响数控机床滚珠丝杠进给系统刚度的主要因素,提出了提高进给系统刚度的技术措施。

数控机床双丝杠驱动直线进给系统静动态特性分析

双丝杠驱动进给系统在高速、高精和重载的机床上的应用日益广泛,其静动态特性的好坏对机床性能的影响十分突出.以数控机床双丝杠驱动直线进给系统为研究对象,用有限元法对其静、动态特性进行分析,并与单丝杠驱动直线进给系统进行对比.分析和对比结果表明：相对于单丝杠进给系统,在丝杠截面积相同情况下双丝杠进给系统静态刚度提高（34～37）％,沿丝杠轴向振动的振型下的固有频率提高21.2％,绕工作台法向的扭转振型下的固有频率高出34.1％,轴向薄弱环节下的共振频率亦高出21％.

进给驱动机构轴向振动与滚珠丝杠滚振研究

考虑扭转和轴向振动的滚珠丝杠副进给驱动机构建立动力学模型,对其固有动力学特性进行数值计算,提出进给驱动系统复杂振动中滚振的概念。利用MATLAB和ADAMS软件建立滚珠丝杠副进给驱动系统机电联合仿真平台,利用高分辨率旋转编码器和直线光栅尺等建立其动力学特性实验平台,对系统轴向和扭转动力学特性进行仿真分析与实验测量。实验结果表明:进给驱动机构第一阶模态在移动部件轴向振动的同时还存在滚珠丝杠的滚振,此滚振虽不会引起丝杠的扭转变形,但因其包含在伺服控制环之内,且频率较低、能量较大,会严重限制伺服控制带宽并影响其稳定性,在高性能进给驱动系统的设计中必须对此加以重视。

滚珠丝杠进给系统动态特性集中质量建模与仿真

为了研究高速滚珠丝杠进给系统的动态特性,提出一种改进的集中质量建模方法,该方法考虑了滚珠丝杠进给系统基座的质量、柔性及进给系统部件间反向间隙对系统动态特性的影响,并完善了滚珠丝杠进给系统集中质量模型等效参数的计算方法。以MAG某加工中心X轴滚珠丝杠进给系统为实验对象,对该集中质量模型建模方法进行实验验证,仿真结果与实测结果具有相同数量的特征频率,且特征频率的误差在5%以内。滚珠丝杠进给系统的仿真分析表明,螺母位置改变引起的进给系统固有频率变化将影响伺服系统的稳定性,滚珠丝杠进给系统中的反向间隙会激励部件产生高频振动,给进给系统带来不利影响。

考虑摩擦和间隙的柔性滚珠丝杠进给系统建模与分析

为了研究高速滚珠丝杠进给伺服系统的动态特性,提出了一种建立进给系统机械子系统振动模型的混合建模方法,采用带有轴向和扭转自由度的欧拉-伯努利梁单元描述丝杠的轴向、扭转和弯曲振动,采用集中参数方法描述交流伺服驱动子系统和进给系统的其余部件,建立了包含摩擦、间隙非线性因素及外切削力干扰的柔性进给系统模型。实验证明了混合模型能够较准确反映机械系统的振动特性。在此基础上,数值仿真分析表明,低速运动中摩擦和间隙非线性会导致进给系统产生较大的速度波动,在高速运动中机械系统的轴向和扭转振动会导致进给系统不稳定。

双丝杠驱动直线进给系统动态特性分析

双丝杠驱动对于抑制机床在高速和高加减速情况下引起的振动具有显著的作用。以数控机床双丝杠驱动直线进给系统为研究对象,对不同丝杠和导轨跨距下的进给系统进行动态特性分析,得到各阶模态振型和固有频率,并建立了其二自由度系统振动模型,研究丝杠和导轨跨距对进给系统动态特性的影响规律。分析计算结果表明:随着丝杠跨距和导轨跨距的增加,进给系统绕工作台法向的扭转振动的固有频率和绕丝杠轴向的扭转振动的固有频率越高,抵抗扭转振动和变形能力越强,动态特性越好。

数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别

针对现有结合部参数识别方法不能精确识别装配状态下数控机床进给单元滚动结合部动态特性参数问题,提出进给单元装配状态下滚动结合部轴向动态特性参数识别方法。将丝杠简化为弹性杆件以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程,基于该方程建立结合部轴向刚度与阻尼参数识别模型;通过实验测量丝杠支撑点间距离、简谐激振力频率及幅值、丝杠轴端截面轴向振动速度幅值等参数建立识别方程组;基于遗传算法优化求解该方程组,识别出滚动结合部轴向动态特性参数。以自行研制的滚珠丝杠进给实验台为研究对象,基于该方法对其左、右端轴承组及滚珠丝杠副结合部轴向刚度、阻尼参数进行识别,并对识别结果的正确性进行实验验证。结果表明所提方法正确、有效,丝杠轴端截面轴向振动速度幅值的理论计算值与实验测试值绝对误差在7.7μm/s以内,参数识别精度较高。

滚珠丝杠进给系统仿真建模

为在设计阶段获得滚珠丝杠进给系统相对精确的二阶数学模型,提出基于Lyapunov稳定性理论建立模型参考自适应系统,以二阶系统为参考模型,以理论模型为控制对象的仿真建模方法。结合实例,建立考虑粘性摩擦和传动刚度的滚珠丝杠进给系统理论模型,运用MATLAB/Simulink建立模型参考自适应系统仿真模型,并用仿真结果推导出进给系统二阶数学模型。结果表明:二阶模型的输出能很好地跟踪理论模型输出;对两模型输入1ms单位脉冲信号时,相对误差在0.314%以内。

坦克炮采用交流全电控制系统的研究

对应用最新交流调速技术研制出的交流全电炮控系统进行了介绍。该系统的高低向分系统用交流永磁同步电动机(PMSM)及滚珠丝杠螺旋传动代替了由动力油缸等组成的电液伺服系统。方位向分系统也采用了PMSM系统。它的性能有了很大提高;与现装备相比,重量减轻40%,体积减小30%,效率提高35%;计算表明滚珠丝杠的使用期限也达到了3 240 h.可见交流全电炮控系统有很好的应用前景。

滚珠丝杠进给系统轴向一阶固有频率量变规律

为了定量分析高速机床进给系统部件参数对一阶固有频率的影响,将滚珠丝杠看作弹性杆件,运用拉格朗日方程建立了进给系统轴向运动的动力学模型;利用MATLAB软件对其固有频率进行了求解,给出了进给系统参数变化与轴向一阶固有频率的关系曲线.结合实例分析了工作台质量、各部件刚度变化对轴向一阶固有频率的影响,发现工作台质量和丝杠螺母刚度是轴向一阶固有频率的主要影响因素.计算结果表明,工作台质量减小10%,轴向一阶固有频率提高4.94%;丝杠螺母刚度提高10%,轴向一阶固有频率提高2.5%.

带广义扩张状态观测器的柔性滚珠丝杠进给系统LQR控制

为了改善滚珠丝杠进给系统的跟踪性能,采用了带广义扩张状态观测器(GESO)的线性二次型调节器(LQR)进行控制.首先,针对具有轴向振动特性的滚珠丝杠进给系统建立了二自由度质量模型状态方程及传递函数;其次,根据模型的状态方程设计了系统的LQR控制器,为了消除系统受到的外部干扰和反馈中存在噪声影响设计了广义状态观测器;最后,通过仿真和对比试验对设计的控制器性能进行验证.仿真及对比试验结果表明,所设计的带GESO的LQR控制器具有较高的跟踪精度,对于外部干扰和反馈噪声具有抑制作用,能够保证进给系统的鲁棒性.

滚珠丝杠传动的优化设计

用优化设计方法进行滚珠丝杠传动的设计，对设计的目标函数及约束条件进行了分析讨论。针对新设计及选用标准产品两种情况，提出了为达到最高传动效率的优化设计方法及计算程序框图，结果表明，该方法及计算程序不仅改变了过去设计只靠结构分析方法，而且可提高设计质量，缩短设计周期。

进给系统振动特性研究及新型加减速控制策略

不平滑的运动指令导致数控机床进给过程中产生振动。本研究基于滚珠丝杠进给系统集中质量动力学模型,建立了伺服电机扭矩激励与进给系统响应的理论模型,分析了运动指令加速度曲线功率谱与进给系统振动响应的相关关系。针对加减速策略中存在的加加速曲线开始点和结束点不连续而引入振动激励的问题,提出一种类余弦加加速加减速控制策略,实现了加加速全过程的平滑过渡。以某滚珠丝杠进给实验台架为例,建立并实验验证了该台架的集中质量动力学模型,在此基础上建立了加减速控制策略激励特性分析的仿真模型,对加减速控制策略的激励特性进行了对比分析。仿真结果表明,类余弦加加速策略的激励特性最小,其工作台响应的功率密度是有限加加速策略的万分之一,是正弦加加速策略的1%。

基于NNFFC的数控机床进给驱动系统动态性能优化

考虑机械传动环节结构柔性对进给驱动系统整体动态性能的影响,首先构建滚珠丝杠进给系统状态空间模型,在此基础上,基于数字化模块仿真,进一步实现与伺服控制系统的集成建模,并通过实验对集成模型进行了验证。在此基础上,鉴于级联控制及其动态特性非线性特征下伺服控制参数最优值并不固定,通过控制参数值优化选取对进给驱动整体动态性能进行优化具有一定的局限性,提出神经网络自适应电流与速度前馈控制设计策略(NNFFC),基于控制参数时变最优参数组合自适应调节与电流速度前馈,对滚珠丝杠进给驱动动态响应性能进行优化,优化后整体进给驱动系统跟随误差由0.252 6降为0.111 5,干扰峰值由0.019降为0.007 0,上升时间由原来的0.128 3 s减少为0.107 5 s。

丝杠进给系统的振动模态耦合分析

随着现代机床高速高加速化发展,对进给系统提出了更高的要求。为研究丝杠进给系统的振动模态,利用拉格朗日方程建立了考虑丝杠轴向和转角运动耦合的系统运动方程,并利用里兹级数展开对其各阶模态在不同丝杠导程下耦合特性进行分析,同时分析了工作台位置和负载质量变化对丝杠振动频率的影响。通过分析发现丝杠导程决定了轴向和转角的模态耦合程度,而且随着工作台位置和负载质量的变化,丝杠各向振动频率也随之变化。结论为实现机床虚拟设计提供相关理论依据,为实现主动设计与高性能控制奠定了基础。

车辆主动悬架用电机作动器的研制

针对现有车用液力式主动悬架作动器普遍存在的响应慢、能耗大、蓄能效率低和结构复杂等不足,提出采用滚珠螺旋传动式无刷电机作动器的电机蓄能式主动悬架,并对该主动悬架的结构原理和电机作动器的创新设计方案。并以某中级轿车半独立后悬架作为试验对象,对电动机作动器的弹性元件、滚珠丝杠和无刷电动机等重要部件进行结构设计以及对输出特性进行分析推导。试制出电机作动器的功能样机,并对电气特性和被动响应特性进行测试分析,初步验证了该电机作动器的可行性和有效性,同时还阐述在有待进一步改进的设计缺陷,以及尚须进一步测试的主动控制响应和电磁蓄能特性等性能指标。