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关键词： 数控机床   加工   接料装置   传动比   现状分析  

摘要： 作为使用全功能CNC数控车床的小型轴部件的多品种、多批次处理的课题,设计了新的自动接料装置,进行装置整体的构成,实现了接料装置和回收装置的设计.我们还分析了设计过程中的问题.用户使用后,新设备对提高劳动生产率、提高产品质量和降低劳动力具有积极的重要性.传统的加工模式很难满足多个品种和批量的需求低生产效率缩小了企业的利益,越来越多的企业倾向于机械化,采用各种自动生产装置.全功能cnc数控车床广泛用于其高效、灵活、高精度、稳定的公差质量和高可靠性.市场需求的变化和激烈的竞争需要为企业提供快速、高质量、低价格的产品.按照完全功能cnc数控车床的构造特点,在小批量加工小轴零部件时,也能够反映全功能cnc数控车床的特点,但只是在处理不同品种和批处理时,由于辅助时间,产量利用率较少,劳动密集度高,因此完全功能cnc数控车床的高效特点.根据许多使用者的调查,设计了一个新型的自动材料接收设备,通过同步带轮驱动汽缸,并通过与车床型cnc数控系统的自动控制器连接,就可以达到单机自动化.

关键词： 煤矿双速绞车   低速传动齿轮   断齿问题   分析   改进   应用  

摘要： 针对某企业SDB-19型双速绞车使用过程中低速传动齿轮出现断齿的问题,借助有限元仿真分析软件,开展了齿轮断齿问题分析与改进研究工作。结果表明,齿根位置存在应力集中,最大弯曲应力值接近齿轮材料的屈服极限是齿轮出现断齿的主要原因。通过减小低速传动齿轮齿根过渡圆角半径的方法对其进行了优化,改进齿轮的应用,降低了运行维护费用,提高了双速绞车利用率。

关键词： 双磁场调制   磁齿轮   传动性能   传动比   转矩能力   转矩脉动  

摘要： 磁齿轮能够实现低速大转矩输出。为了进一步提高同轴磁齿轮的输出能力,提出一种双磁场调制磁齿轮拓扑结构。双磁场调制磁齿轮将传统的表贴式同轴磁齿轮低速转子侧的转子轭用辅助调磁环代替,结构上包含2个转子,2个调磁环和3层气隙。分析双磁场调制磁齿轮的工作原理,采用有限元法,对新增调磁环的尺寸进行了优化。对比分析双磁场调制磁齿轮和传统表贴式同轴磁齿轮的磁场分布和传动转矩。不同传动比下,双磁场调制磁齿轮的转矩能力普遍高于传统表贴式同轴磁齿轮。当传动比为7.5时,双磁场调制磁齿轮的低速转子最大输出转矩达到70.81N·m,与相同尺寸的传统表贴式同轴磁齿轮相比,转矩能力提升了54%。稳定运行时,双磁场调制磁齿轮的低速转子转矩脉动有所增大。

关键词： 行星齿轮机构   传动比   速度瞬心   计算方法  

摘要： 针对行星齿轮传动比计算问题,本文在分析对比已有计算方法的基础上,引入了平面运动物体的速度瞬心概念。以标准渐开线直齿轮为研究对象,对行星齿轮传动系统传动比进行求解,给出了基于速度瞬心的行星齿轮传动比推导过程,得到了各个构件之间的运动关系。与传统的机构转化求解法相比,本方法能更清楚地描述行星齿轮系中行星轮的运动状态。

关键词： 传动齿轮   有限元分析   组合算法   油液分析   疲劳寿命预测  

摘要： 齿轮作为现代机械设备中不可缺少的传动部件,其传动精度直接影响到设备的工作效率。在设备的实际运行过程中,由于摩擦作用的影响,会造成传动齿轮的磨损和失效。预测齿轮磨损寿命能够对设备运行状况做到心中有数,做好设备的维护和维修工作,避免重大事故的发生,并且及时进行零部件的更换,改善设备运行状况,提高工作效率。在传动齿轮的设计过程中,运用有限元分析技术能够对传动齿轮疲劳寿命进行预测,但在实际的运行过程中,由于受工作环境、工作载荷、润滑环境等多种因素的影响,从而影响到预测精度。润滑油作为传动齿轮的润滑介质,不仅能够减少传动齿轮间的摩擦力,而且能够根据检测的油液信息判断传动齿轮的磨损程度和运行状态,依靠油液检测信息的变化规律,进行相关检测信息的分析,实现对齿轮疲劳寿命的预测。为了更好地实现对齿轮疲劳寿命的预测,将有限元和油液分析技术相结合进行齿轮疲劳寿命的预测研究,主要研究内容及结果为:(1)齿轮疲劳寿命的仿真和试验研究。基于齿面强度计算公式和寿命计算公式确定齿轮的载荷和转速,并进行该工况下的仿真和试验。通过对两种啮合宽度下齿轮的仿真和试验对比可知,利用ANSYS Workbench静力学分析获得的结果和理论计算结果之间的误差低于5%,利用ANSYS n Code寿命分析获得的结果和试验所得结果之间的误差低于5%。(2)使用油液分析的手段对运行过程中的润滑油进行粘度、酸值、颗粒度、PQ值和铁谱分析,考虑检测过程中的影响因素对油液检测数据进行修正和剔除,根据最终得到的检测数据对传动齿轮的润滑环境和运行状态进行评估,在此基础上研究了相同工况下,两种啮合宽度齿轮在运行过程中油液指标的变化情况,分析了造成该现象的原因,并根据分析指标确定齿轮磨损的预测指标。(3)使用BP神经网络预测模型进行齿轮磨损量的预测研究,并在此基础上分别进行了GA-BP神经网络和FPA-BP神经网络预测模型的研究。对比了三种预测模型的预测精度和预测效果,可知BP神经网络的预测精度为95.05%,GA-BP神经网络的预测精度为95.81%,FPA-BP神经网络的预测精度为96.60%。(4)在已有的预测模型上进行了组合算法的设计研究,提出了一种基于GA-FPA组合算法的优化BP神经网络预测模型,使用所选预测指标进行GA-FPA-BP神经网络预测模型的验证,所得预测精度达到97.19%,表明运用该组合算法可以更好的实现对齿轮疲劳寿命的预测研究。

关键词： 风力机传动齿轮   故障诊断   变转速   阶次分析   自适应时变滤波   梳状滤波   模糊C均值聚类  

摘要： 齿轮箱作为风力机的传动和增速装置,对风力机的安全运行有着举足轻重的作用。受风向、风速多变等因素影响,齿轮箱通常有着负荷多变、转速多变的特点,因而其故障率较高。而齿轮箱发生故障通常会引起风力机的停机检修,严重时甚至会带来很大的损失,因此,对风力机齿轮箱的运行状态进行监测和诊断具有非常重要的现实意义。相比其他机械设备中的齿轮,风力机传动齿轮受风速与风向不稳定的因素和启停机等因素,转速和负载都会发生变化,通常处于变工况状态,其振动信号表现出非线性非平稳特性;同时,由于运行环境复杂,采集到的齿轮振动信号中,往往存在大量噪声干扰,微弱的故障特征容易被淹没在噪声中无法辨识。而传统的时频分析方法在提取变工况下风力机齿轮箱故障特征时均不同程度地存在一定的局限性,因此,基于以上问题,本文展开了以下研究工作:(1)建立了齿轮啮合的动力学模型,根据变转速工况下的齿轮振动特性给出了齿轮振动信号模型,阐述了齿轮啮合特征其调制边频带的特征;同时,介绍了齿轮故障类型及对应的振动信号特征,并分析了风力机传动齿轮故障诊断的难点。(2)针对自适应时变滤波(Adaptive Time-Varying Filtering,ATVF)方法只滤除阻带内的噪声,未对通带内的噪声进行有效处理的缺点,提出了基于EEMD和ATVF的非平稳信号特征提取方法,该方法不仅可有效滤除阻带内的噪声,而且对通带内的噪声也有较好的抑制作用。通过模拟变转速齿轮故障信号与实际齿轮信号的分析验证了所提方法的有效性,同时,与几种常用时频分析方法进行了对比分析,凸显了该方法的优越性。(3)针对ATVF计算精度不高和计算时间较长的问题,提出了一种自适应时变梳状滤波(Adaptive Time-varying Comb Filtering,ATVCF)方法,该方法结合 ATVF、梳状滤波器和核函数的滤波思想,并根据齿轮故障振动信号的特点,在每一时刻设置一个梳状滤波器,能够随齿轮转速变化自适应改变滤波器参数,在齿轮的几个故障调制频率点上进行针对性滤波,可有效提高分析信号信噪比。在此基础上,将Viterbi算法(Viterbi Algorithm,VA)引入ATVCF的齿轮啮合频率估计中,提出了基于VA和ATVCF的变转速齿轮特征提取方法,改进后算法计算效率得到明显提高。仿真和WTDS试验台数据分析可知,该方法能很好的提取齿轮信号故障特征,非常适用于对风力机齿轮进行故障诊断。(4)针对工程实际中齿轮故障的诊断,将Viterbi算法、ATVCF和模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-Means,FCM)相结合,提出了一种新的适合于变转速下的故障识别方法,并将其应用于风力机传动齿轮的故障识别。该方法首先采用基于VA和ATVCF的滤波方法对信号进行滤波处理,并对滤波后的信号进行特征值的计算;再由特征值组成特征向量矩阵;然后采用FCM对特征向量矩阵进行分类,得到几个聚类的聚类中心,最后计算待识别信号的特征值与几个聚类中心的最小欧式距离,便可实现对齿轮故障的识别。通过与基于EMD和FCM的模式识别方法的对比,凸显了基于ATVCF和FCM的模式识别方法的有效性和优越性。

关键词： 四轮转向   变传动比   线性规划   保性能控制   操纵稳定性  

摘要： 良好的操纵稳定性不仅能提高驾驶员的驾乘体验,还能提高汽车的安全性能,保障生命财产安全。本文以提高车辆的操纵稳定性为目标,将四轮变角传动比转向特性和车辆状态一起作为控制约束,设计了求解车轮转角的前馈控制器。另外,考虑路面的不确定性,提出了附加横摆力矩的二次保性能控制器,来提升前馈控制器在低附着路面下系统状态的收敛速度。首先,前馈控制器以车辆前后轮侧偏角之和绝对值最小作为系统的性能指标,根据变传动比特性、理想质心侧偏角和横摆角速度获得前馈控制器约束条件,利用线性规划求解控制器。仿真验证了在不同工况下,前馈控制器都可以充分利用路面附着条件,合理分配车轮转角,保持车辆良好的操纵稳定性。其次,考虑到车辆在行驶中的不确定性因素,如车速、路面附着系数对车辆操纵稳定性的影响。以车辆二自由度模型为基础,提出了将期望横摆角速度和质心侧偏角作为控制系统的跟踪对象,附加横摆力矩作为控制输入的补偿控制策略。设计了基于鲁棒控制理论的次最优保性能反馈控制器。利用驱动力差值形成的横摆力矩,对四轮驱动力进行分配,使车辆在转弯行驶时,横摆角速度和质心侧偏角更好地跟踪理想模型。最后,通过MATLAB/Simulink与CarSim建立联合仿真工况,进行高、低附着路面下的双移线闭环仿真测试,验证了前馈和反馈控制器能在高、低附着路面实现控制目标。

关键词： 空间机械臂   行星齿轮传动   齿侧间隙   动力学响应   模态分析  

摘要： 随着中国航空航天科技的发展,空间机械臂作为太空环境中配合航天员展开工作的核心装备,急需对其展开研究。传动关节作为空间机械臂的核心部件,其运动精度与稳定性对完成太空作业的影响尤为明显。行星齿轮机构作为传动关节的重要组成部分,其运动的稳定性直接影响着机械臂的工作精度。因此,本课题以某空间机械臂上的行星齿轮传动系统为对象,完成对传动机构的三维建模、动力学建模、数值求解及动态特性分析等工作。本文的主要研究内容如下:(1)在查阅国内外相关文献的基础上,分析行星齿轮传动系统非线性动力学的研究现状及其最新进展,总结了空间机械臂中行星齿轮传动机构研究的成果与不足。根据空间机械臂行星齿轮传动机构相关参数,对总体传动机构进行三维建模,为模态分析提供基础,并计算其总传动比。(2)分析了系统传动误差的四个主要因素:啮合刚度、综合啮合误差、齿侧间隙及啮合阻尼,在此基础上选用质量集中法建立行星齿轮传动系统的非线性动力学模型。借助5阶变步长Runge-Kutta数值积分法对动力学方程组进行求解,并分析在不同误差因素变化等情况下,对系统的动态响应影响。结果表明:当齿隙增大时,齿轮的振幅随之增大,齿轮扭转振动变得更加剧烈;当啮合误差增大时,系统响应出现分叉,周期性变得混乱,随着啮合误差持续增大,系统混沌响应的范围也在增加;当激励频率增大时,系统会经历一系列单周期、多周期及混沌运动的变化。(3)在三维模型的基础上,建立传动机构的有限元模型,并进行模态仿真分析,研究了传动机构前六阶振型与固有频率,通过与理论模型计算值进行对比验证了理论模型的正确性。引入了模态能量的概念,在系统的固有特性的基础上,对系统在不同工况下各阶模态振动能量分布进行了分析。分别计算了在启动、稳态及急停工况下,系统前四阶振动的模态能量比值,分析了不同工况及间隙大小对系统振动变化趋势的影响:齿轮的非稳态振动中,主要由高阶模态振动主导;齿轮稳态振动过程中,振动主要表现为低阶模态振动。论文研究内容为进一步研究行星齿轮传动系统的动态特性及结构优化奠定了基础。

关键词： 弧面分度凸轮机构   接触应力   弹性润滑   最小油膜厚度   膜厚比  

摘要： 弧面分度凸轮机构在传动应用中极容易出现磨损、点蚀等失效情况,而改善机构的润滑性能是解决问题的关键。本文以弧面分度凸轮机构为研究对象,从分度期传动过程中形成的弹性润滑油膜入手,对机构润滑基础参数和机构分度期啮合过程中形成的弹性润滑油膜厚度进行研究,分析不同因素对弹性润滑油膜厚度的影响。本文主要工作内容如下:（1）详细分析弧面分度凸轮机构的结构形式及工作原理。应用空间包络面共轭原理、旋转变量法及微分几何学,分析常规的机构圆柱形滚子弧面分度凸轮机构工作轮廓面曲线,推导求解工作曲面廓线方程组及共轭方程,设定几何参数及运动参数,求解工作曲面坐标。研究机构润滑性能的基础参数,推导求解工作曲面分度期的诱导主曲率、压力角、卷吸速度,并验证所建立数学模型的正确性。建立弧面分度凸轮机构三维实体模型,完成机构的装配。（2）针对弧面分度凸轮机构分度期工作曲面的油膜压力即接触应力的研究,提出数值分析算法方案,并结合弹性线接触Hertz理论进行求解计算。针对数值分析算法的正确性,对机构分度期啮合过程进行静力学仿真分析验证,设置相同的参数,求解结果与仿真结果进行对比,验证数值分析算法的可行性。（3）系统分析线接触弹性动压润滑理论及运动方程,并结合Hamrock-Dowson经验公式,在稳态工况条件下,对弧面分度凸轮机构分度期的弹性润滑最小油膜厚度与接触应力的关系进行研究。定义不同弧面凸轮转速,研究接触应力、最小油膜厚度及膜厚比之间的影响关系及变化规律,分析得出弧面分度凸轮机构分度期啮合过程中最容易发生磨损失效的位置。（4）从本文建立的圆柱滚子弧面分度凸轮机构模型上入手,改变从动件滚子形状,保持参数不变,在圆柱形滚子母线位置添加锥角使其形成圆锥形。推导分析圆锥滚子曲面方程与曲率变化,选取与圆柱滚子弧面分度凸轮机构相同的工况条件及参数,仿真圆锥滚子机构啮合过程的接触长度、接触应力、成膜情况变化曲线,并与圆柱滚子弧面分度凸轮机构进行对比分析,研究不同滚子形状对弧面分度凸轮机构润滑性能的影响。创造性的求解出弧面分度凸轮机构分度期啮合过程中的接触应力,并分析其啮合过程中的润滑特性,为提高机构传动性能及润滑性能提供理论依据,具有很高的实用价值。

关键词： 高速列车   齿轮传动   接触特性   接触疲劳   摩擦模型  

摘要： 对于高速列车传动系统而言,传动齿轮是实现动力传递的关键部件,其啮合的平稳性直接影响到列车的运行性能。随着高铁运营里程的增加,长期服役过程中的传动齿轮逐渐出现疲劳损伤,在这些疲劳失效齿轮中,以麻点、剥落等接触疲劳损伤较为常见。因此,分析高速列车传动齿轮在不同工况下的动态接触特性和齿轮接触疲劳损伤机理对高铁齿轮的可靠性评估及维护保养有重要工程意义。本文以CRH3c型动车组传动齿轮为研究对象,采用有限元法对参数化创建的齿轮实体模型进行离散化处理,结合考虑了齿间滑差影响的EHL时变摩擦模型,构建了低速、高速两种不同速度等级下的传动齿轮动态接触有限元模型,并基于Hertz接触理论对传动齿轮有限元模型进行验证。利用非线性有限元软件ABAQUS提供的隐式、显式动态接触算法,分别对低速、高速两速度等级下的传动齿轮接触动态特性展开研究。在低速工况下,直接采用隐式动态接触算法仿真齿面在无摩擦、考虑滑差的EHL时变摩擦及不同常摩擦系数计算工况下的传动齿轮动态接触特性,得到不同摩擦激励对齿面接触作用力、接触应力及状态等特性产生的影响;而在高速运行工况下,先利用显式将齿轮传动系统加速至设定转速,再以加速后的末状态为初始场变量,对高速工况下的传动齿轮动态接触特性进行分析,并对比分析了考虑滑差影响的时变摩擦激励、电机谐波激励、轨道谱激励等不同作用形式激励对传动系统输出轴转速、齿面接触作用力等特性的影响。另外,基于有限元仿真分析结果、载荷谱和材料S N曲线,采用名义应力法对传动齿轮的接触疲劳寿命进行预测。结合动态有限元仿真结果,以谐波激励工况下传动齿轮的最大接触应力为试验应力,考虑齿廓滑差的影响,采用GPM-30疲劳试验机对渗碳后的齿轮滚动试样在滑差率分别为15%、20%、25%时进行滚滑疲劳试验。借助SEM电镜、纳米压痕仪、3D表面轮廓仪等设备分析不同滑差率下的疲劳试样的微观组织结构特征及疲劳损伤情况,并结合材料相关理论分析其发生疲劳损伤的原因。