Automatic Scallion Seedling Feeding Mechanism with an Asymmetrical High-order Transmission Gear Train

The current automatic scallion-transplanting machine is a complicated mechanism composed of two linkage mechanisms and two band carriers.It delivers seedlings ine ciently because of the movement limitations of the linkage mechanism.This paper proposes a new high-order non-circular gear train for an automatic scallion-seedling feeding mechanism.The proposed gear train has an asymmetrical transmission ratio;i.e.,its transmission ratio varies.This allows the mechanism’s execution component to move in a long displacement and rotate in a large rotation angle.The long displacement enables the execution component to reach the designed working position,and the large rotation angle allows it to feed a scallion in the required pose.A mathematical model for calculating the asymmetrical transmission ratio was established according to the closure requirements and the full-cycle motion of the driven gear pitch curve.Then,the parameter-design model of the new seedling-feeding mechanism was established,based on precise pose points and trajectory-shape control points.Moreover,an aided-design program was developed to obtain the parameter-solution domain of the scallion-seedling feeding mechanism.The mechanism parameters,which met the seedling-feeding function,were optimized to determine the transmission ratio,using a program and a kinematic simulation.Finally,a prototype of the mechanism was produced,and a seedling-feeding experiment was carried out.One-thousand seedlings were tested at a rate of 100 seedlings per minute,and the statistical success rate was 93.4%.Thus,the automatic scallion-seedling feeding mechanism significantly improves the e ciency of automatically transplanting scallions.

Super-harmonic resonance of gear transmission system under stick-slip vibration in high-speed train

This work deals with super-harmonic responses and the stabilities of a gear transmission system of a high-speed train under the stick-slip oscillation of the wheel-set.The dynamic model of the system is developed with consideration on the factors including the time-varying system stiffness,the transmission error,the tooth backlash and the self-excited excitation of the wheel-set.The frequency-response equation of the system at super-harmonic resonance is obtained by the multiple scales method,and the stabilities of the system are analyzed using the perturbation theory.Complex nonlinear behaviors of the system including multi-valued solutions,jump phenomenon,hardening stiffness are found.The effects of the equivalent damping and the loads of the system under the stick-slip oscillation are analyzed.It shows that the change of the load can obviously influence the resonance frequency of the system and have little effect on the steady-state response amplitude of the system.The damping of the system has a negative effect,opposite to the load.The synthetic damping of the system composed of meshing damping and equivalent damping may be less than zero when the wheel-set has a large slippage,and the system loses its stability owing to the Hopf bifurcation.Analytical results are validated by numerical simulations.

Gearbox Scheme in High Temperature Reactor Helium Gas Turbine System

Helium Turbine is used in High Temperature Reactor Helium Gas Turbine (HTR-GT) system, by which the direct helium circulation between the reactor and turbine generator system will come true. Between helium turbine and generator, there is gearbox device which reduces the turbine rotation speed to normal speed required by the generator. Three optional gearbox schemes are discussed. The first is single reduction cylindrical gearbox, which consists of one high speed gear and one low speed gear. Its advantage is simple structure, easy to manufacture, and high reliability, while its disadvantage is large volume and misalignment of input and output axle. The second is planetary gear mechanism with static planet carrier. The third is planetary gear mechanism with static internal gear. The latter two gearbox devices have similar structure. Their advantage is small volume and high reduction gear ratio, while disadvantage are complicated structure, many gears, low reliability and low mechanical efficiency.

OPTIMUM DESIGN OF HIGH-SPEED RAILWAY LOCOMOTIVE TRACTION GEAR

On the basis of deep investigation of locomotive traction gears manufactured at home and abroad , a variety of measures are putted forward to improve the driving load-bearing capacity and working life of our country's high-speed locomotive traction gears. The measures include the fol- lowing five aspects : optimally selecting the material and heat treatment process , optimally designing the tooth profile . reasonably choosing the manufacture accuracy and technique , optimally choosing the lubricant and the way of lubrication and seal , improving the dynamic feature of the gearing. In the respect of the tooth profile , a hob with optimal cutter angles is designed to make root thickness on the dangerous section as large as possible and the stress concentration as small as possible. Ad- dendum modification coefficient is optimized to minimize the maximum flash temperature in the course of meshing. Finally . finite element analysis method is used to calculate the deformation and the stress of teeth accurately. And on this basis , optimal profile correction and axial modification have been designed with regard to the start , continuious running and high speed travel of the loco- motive .

高接触比螺旋锥齿面修形方法及动态特性研究

为抑制高接触比螺旋锥齿轮传动的振动,提出一种新的高阶齿面修形方法。根据高接触比螺旋锥齿轮的啮合特点,提出一种新的修形曲线,采用辅助齿面修形方法生成高阶修形螺旋锥齿轮。在考虑齿变形的情况下,计算了高阶修正弧齿锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击,在此基础上建立了降低高接触比螺旋锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击的优化模型。仿真结果表明:与二阶修形弧齿锥齿轮相比,高阶齿面修形方法不仅可以有效降低高接触比螺旋锥齿的载荷传递误差、啮合冲击和动态负载系数,而且可以提高其在全速范围内的动态性能。

基于ANSYS Workbench的行星轮系高楼逃生器动力学研究

为进一步提高行星轮系高楼逃生器的使用性能,开展了行星轮系高楼逃生器的动力学研究。首先,采用Solidworks三维软件对行星轮系进行建模;其次,采用ANSYS Workbench对模型进行仿真,分析其受力情况;然后,探讨行星轮系高楼逃生器在传动过程中的动力学、动态力矩平衡等问题;最后,根据分析结果对设备进行优化。实验结果表明,优化后设备的受力情况得到明显改善,使用性能得到大幅提升。

高阶变性Pascal蜗线齿轮生成机制分析

为满足多样性变速传动的设计要求,文章在研究Pascal蜗线非圆节曲线的基础上,通过引入高阶和变性原理,建立了高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮节曲线数学模型及其凹凸性判别公式。为分析高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮传动特性,利用MATLAB编写可视化设计分析平台,对影响高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮形状和传动特性的因素进行分析,为后续高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮的设计及应用提供了便捷的设计参考;将Pascal蜗线非圆齿轮驱动的曲柄滑块式压力机与对心曲柄滑块式压力机进行对比分析,验证了Pascal蜗线型非圆齿轮的优势和在实际应用中的可行性。

飞机牵引滑行工况下前起落架疲劳寿命仿真分析

为使机场运行更加高效经济,提出一种由牵引车将飞机高速牵引滑行至跑道起飞端的新模式。在牵引滑行工况下,前起落架要承受长时间长距离的高速重载荷牵引,同时受牵引车的加速和制动特性的影响,可能导致前起落架疲劳寿命降低。于是,针对飞机前起落架在该工况下的载荷分析以及疲劳寿命验证十分重要。通过Adams软件建立多体动力学模型,模拟真实工况,对不同牵引滑行速度下的牵引车-飞机系统仿真,获取到前起落架的载荷谱信息。结合前起落架有限元模型静力学分析和载荷谱,通过频域寿命分析法,在nCode软件中计算得到前起落架的疲劳寿命。结果表明,高速牵引滑行工况产生的大载荷加剧前起落架疲劳损伤,疲劳损伤从减震支柱凸耳向下阻力臂延展,疲劳寿命缩短3个数量级,需要对前起落架下阻力臂进行结构优化。本文中的研究可以为新牵引滑行模式下前起落架的疲劳寿命结构优化提供参考。

大型客机机体噪声机理及控制技术

气动噪声问题不仅是大型客机适航取证的关键技术难题,更是关系到乘客舒适度的重要技术指标。增升装置噪声和起落架噪声是大型客机机体噪声的主要来源。本文针对我国大型客机研制中增升装置噪声和起落架噪声的产生机理及控制关键科学问题,开展噪声源、远场声辐射精细化数值模拟。针对噪声产生机理,发展了近壁面边界涡量流、拟涡能流等涡动力学过程与涡声理论相结合的噪声源分析方法;针对机体噪声控制难题,提出了缝翼凹腔小尺度波纹噪声控制方法和起落架支杆大尺度波纹噪声控制方法。数值模拟结果表明:缝翼凹腔是增升装置的重要噪声源之一;中低频噪声和纯音峰值主要来自缝翼凹腔和主翼前缘,后缘襟翼对噪声的贡献相对较小;起落架尾迹区域和轮胎空腔区域存在大量、复杂的大尺度湍流涡结构,是起落架的主要噪声源,起落架各部件噪声特性基本呈现宽频特性,支柱部件辐射噪声最大,轮胎次之,中间的连轴部件和扭杆部件辐射噪声相对较小;缝翼凹腔波纹噪声控制方法兼具减阻和降噪功效;起落架大尺度波纹噪声控制方法能有效降低远场辐射噪声。本文研究内容可为增升装置气动与噪声一体化设计、起落架降噪设计等提供技术支撑。

高重合度直齿圆柱齿轮温度场分析及试验验证

直升机传动系统中的高重合度直齿圆柱齿轮多采用喷油方式进行润滑冷却,其温度特性关系到齿轮的使用寿命。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),建立了高重合度直齿圆柱齿轮喷油润滑温度场数值计算模型;采用气液两相流(Volume of Fluid,VOF)、多重参考系(Multiple Reference Frame,MRF)法获得了齿轮表面的温度和对流换热系数大小及分布;使用控制变量法分析了润滑油参数、工况参数、齿轮参数对齿面温度及对流换热的影响规律;在CL-100型齿轮试验机上开展了齿轮温度试验。结果表明,齿轮温度随载荷增加而升高的趋势与CFD仿真计算结果一致,高重合度齿轮温度高于普通重合度齿轮,而且随着载荷的增大,这种现象越明显。

Heartbeat-Gear:一种新型的实时心跳监测技术

本文以双机热备高可用系统中心跳周期对高可用性能的影响为研究对象 ,提出了一种新型的实时心跳监测技术Heartbeat Gear。该技术通过动态排档式调整双机热备系统的心跳周期 ,能够在变化的请求服务环境下 ,提高系统的心跳周期环境适应能力 。

新型无困油齿轮泵齿轮副型线优化与工作过程模拟

齿轮泵齿轮副的型线对齿轮泵性能影响极大。传统的渐开线型齿轮泵齿轮存在困油现象,产生局部高压,对其运行产生极大的危害。通过型线设计,来解决齿轮泵困油现象。基于曲线啮合理论,采用圆弧和高次曲线,构建一种新型双圆弧-高次曲线齿轮副,消除了齿轮泵的困油现象。进而,建立其几何模型并推导出型线方程,通过数值模拟,分析新型无困油齿轮泵的流场变化规律,并与现有齿轮泵进行对比。结果表明:新型齿轮泵消除了困油现象,型线组成简单,便于优化设计;此外,新型齿轮泵的工作性能更佳,流场更均匀。

高速动车齿轮箱内部激励及箱体柔性对其振动的影响

动车运行过程中齿轮箱受载情况十分复杂,箱体出现裂纹的情况时有发生。为保证齿轮箱箱体服役安全,文章在SIMPACK中建立了含有齿轮传动系统的某动车动力学模型,动车运行速度设为200 km/h、250km/h、300km/h和350km/h,对比4种速度下只考虑轨道激励与考虑齿轮内部和轨道双激励时齿轮箱刚性箱体的振动响应,同时建立考虑齿轮箱箱体柔性的某动车刚柔耦合动力学模型,分析其对齿轮箱箱体振动计算结果的影响。结果表明:齿轮箱内部激励对箱体横向振动加速度影响不大,但在主动齿转频与齿轮啮合频率处箱体垂向振动加速度会产生峰值,使其方均根值显著增加,平均增量为4.8m/s^(2)。在200km/h时主动齿转频与齿轮箱箱体点头模态频率相近引发共振,使得箱体垂向振动加速度方均根值增量异常显著,因此在分析齿轮箱箱体振动时齿轮箱内部激励不可忽略;齿轮箱箱体柔性对考虑齿轮箱内部激励时的箱体横向振动加速度影响不大,但会使垂向振动加速度方均根值有所减小,在速度达到300 km/h后减小量较大,平均减小量为2.72m/s^(2)。

考虑负载及误差激励下高速齿轮传动的动力学仿真分析

高速工况下,高速齿轮传动装置的动态特性对设备的可靠运行有重要影响。建立了高速斜齿轮副模型,在考虑齿轮动态激励的条件下,分析了高速齿轮传动的动态特性,进行了动力学仿真。结果表明,主动齿轮沿轴向移动0.2 mm、绕竖直方向旋转0.15°后,角速度波动幅值分别提高了6.12%、3.46%;接触力波动幅值分别提高了0.58%、4.56%;轴向位移误差对角速度的影响较大,角度误差对接触力的影响较大。加速时间从5 s增加到10 s后,角速度波动幅值降低了10.7%,角速度标准差从6.9748减少到6.406;接触力波动幅值增大了0.58%。负载从1000 N·m增大到1626.75 N·m和2000 N·m后,角速度标准差从6.9748分别减小到4.77475、4.74945,接触力波动幅值分别增大了4.3%、4.25%。额定载荷在轻载情况下,齿轮传动更加平稳;在重载情况下,角速度和接触力波动差异不明显。

高速齿轮两相流场及喷油润滑特性分析

高速齿轮箱内的复杂流场通过影响齿轮喷油润滑特性,进而影响传动系统的传动效率和工作性能。针对高速齿轮箱复杂流场及挡板结构带来的影响等问题,开展了高速齿轮喷油两相流场及润滑特性研究。基于计算流体力学方法,建立高速斜齿轮喷油润滑两相流场分析模型,分析了两相流场分布特性;在此基础上,研究了喷油参数(如喷油速度、喷油夹角、轴向角度)以及齿轮挡板对喷油润滑特性的影响规律。结果表明,高速斜齿轮喷油润滑时,表面油液有偏斜现象;通过提高喷油速度或增加正轴向角度,可以改善油液偏斜现象,提高润滑效果;齿轮挡板对油液起着导流作用,其中,设置轴向挡板有利于增加齿面的油液。为高速齿轮箱两相流场分布特性研究及喷油润滑优化设计提供了依据。

基于CFD的负压下高速齿轮箱喷油润滑分析

为了提升齿轮传动系统的传动效率以及齿轮副的使用寿命,有必要研究高速齿轮箱内润滑油在齿面的铺展状况,并探索最佳的喷油润滑参数。为此,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论,建立了负压下高线速度齿轮喷油润滑有限元仿真模型;分析了在负压条件下油液射流与高速齿轮齿面的碰撞演变过程,得到了油液在不同时刻的运动情况以及在齿面的铺展情况;进一步探究了高速下不同齿轮箱压强和喷油参数对齿面润滑效果的影响规律,得到了0.5个大气压强下的最佳喷油参数。结果表明,喷嘴直径为12 mm时,油液与高速齿面碰撞后飞溅效果不明显;一定的负压可以提高齿面润滑效果,并减少齿轮副功率损失;0.5个大气压强下,喷油角度为50°、喷油距离较近、喷油速度较大时,齿面润滑效果最佳。

航空高速齿轮泵齿轮端面摩擦副的润滑特性

针对航空外啮合齿轮泵齿轮端面摩擦副磨损严重的问题,在齿轮端面开设仿特斯拉阀型槽和椭圆孔组合的新型复合织构以改善润滑特性。基于流体动力润滑理论和有限元仿真计算方法建立齿轮织构端面摩擦副的润滑理论分析模型,分别在有无织构条件下仿真分析了端面液膜内流体的压力分布和速度分布,研究了工况和结构参数对齿轮端面开启性和密封性的影响规律。结果表明:织构产生的流体动压力可使齿轮端面摩擦副非接触运行,对减摩增效具有积极作用;综合考虑齿轮端面摩擦副的开启性和控漏性,织构结构参数即槽深取7~9μm、高度差取5~6μm、倾斜角取0°~10°、形状因子取0.4~0.5为宜。

高精度Sigma-Delta调制器设计

近年来,在过采样型模数转换器中,Sigma-Delta模数转换器以其较高的精度成为模数转换器的热点。介绍了一种高精度低功耗的Sigma-Delta调制器设计。使用Matlab工具完成三阶一位量化CIFF结构的系统仿真,在系统级仿真结果的指导下,积分器采用分级结构优化电路结构。积分器电路模块设计采用了全差分式开关电容电路,抑制了谐波失真对输出精度的影响。仿真结果显示:5 S/s挡位时,对应的PVT组合中最低有效位数为17.67 bits;2 kS/s挡位时,对应的PVT组合中最低有效位数为15.89 bits,整个调制器功耗低于3 mW。通过改进调制器整体架构、积分器结构和量化器的设计方法,降低了调制器功耗,提升了调制器精度。

基于正交试验的高速齿轮箱箱体静动态分析及优化设计

分析了高速齿轮箱箱体关键部位对箱体承载能力与工作稳定性的影响。箱体网格采用结构化六面体网格划分,对箱体承载能力与工作稳定性进行静态分析,确定箱体最大应力与应变位置,同时进行约束模态分析并提取箱体前6阶固有频率。依据分析结果对箱体进行优化,箱体最大应力与最大变形减小了8.6%和9.97%。同时箱体的第1、2阶固有频率分别提高了12.35%和6.16%,箱体总体质量减少了10.96 kg。

智能近远光灯系统的研究

随着现代城市化进程的不断加速,人们的日常生活与消费需求的变迁,交通安全问题成为了人们关注的重要议题。以传统车灯为基础,并添加了人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术,旨在降低因使用近远光灯不当所导致的交通事故风险,从而保障出行安全。系统采用单片机为控制核心,太阳能供电,使用光敏电阻检测光照强度,并可进行自动、手动模式转换,舵机用于控制灯光的角度。单片机可接收信息并驱动转换系统对车灯进行精细控制。研究设计的智能车灯系统能够合理地根据道路光照情况使用车灯,有效避免人为原因所导致的事故风险,并能大幅度减少能源的浪费,从而实现低碳环保的目标。