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关键词： 刀具磨损   数据驱动   状态监测   剩余使用寿命预测   深度迁移学习  

摘要： 切削加工在航空航天、核电装备、汽车制造等高端制造领域的零部件生产过程中应用广泛,刀具作为切削加工的执行末端,其可靠运行是保证工件几何形状与尺寸精度的关键。难加工材料的高切削抗力和低导热率会加剧刀具磨损,使刀具剩余寿命迅速下降。如何及时准确地识别刀具磨损状态并精准预测刀具剩余使用寿命成为切削加工领域亟需解决的关键技术难题。本文面向大批量规模化生产场景,开展了数据驱动的刀具磨损状态监测与剩余寿命预测方法研究,探索了刀具磨损状态识别、刀具磨损程度预测、刀具剩余寿命预测等关键问题,旨在为实际加工过程中的刀具状态监测及剩余寿命精准管控提供理论参考和技术支撑。主要工作如下: (1)分析了典型刀具失效形式与磨损退化机理;搭建了面向实验室与工业实际加工场景的刀具磨损数据采集平台,制定了刀具磨损及多传感器监测信号的采集方案,为后续分析提供数据来源;探究了信号去噪、缩放与降采样等预处理方法,为后续分析提供高质量数据支撑。 (2)针对跨切削工况下刀具磨损状态识别准确性问题,考虑多工况数据间的差异性与相似性,借鉴迁移学习思想,探索了多维振动信号的并行时间序列特征提取方法与多领域数据分布差异度量策略,建立了源-目标领域对抗学习机制与领域自适应的深度迁移学习刀具磨损状态识别模型;设计并开展了多工况条件下的刀具磨损实验,对深度迁移模型有效性进行验证。 (3)为了充分挖掘多传感器切削数据与刀具磨损程度间的时空相关性,提出了空间特征提取与时序信息挖掘融合的深度学习模型;设计并搭建了改进的一维残差结构,研究空间结构数据的深度特征提取与降维策略;针对高维特征的时间序列特点,建立了时序信息编码模型,以揭示高维特征与刀具磨损值间的映射规律;分别通过公开数据集、实验室多传感器刀具磨损数据集以及工业现场刀具磨损数据集验证了模型的有效性和通用性。 (4)建立了物理模型与数据混合驱动的刀具剩余寿命预测框架,探究切削系统物理模型构建方法,为数据驱动的刀具退化过程建模提供先验信息;分析刀具磨损退化规律,研究了基于随机过程的刀具剩余寿命建模方法,考虑刀具个体间退化路径的差异性,推导了刀具剩余寿命概率分布函数的解析表达;在此基础上,研究了仿真与实测磨损数据融合策略以及寿命概率分布模型的动态更新机制,使数据驱动模型在物理模型的引导下获得更加准确的刀具剩余寿命预测。 (5)面向汽车零部件大规模批量制造需求,开发了数据驱动的刀具状态监测及剩余寿命预测系统。分析汽车变速器齿轮轴加工车间的业务实际需求,给出了监测系统总体架构与功能模块设计方案;在此基础上,对系统功能进行开发和实现,并提供了系统整体运行流程,实现上述模型与算法的集成与落地。

关键词： 超越离合器   楔块风车磨损   影响因素   灰色关联分析  

摘要： 以某APU用斜撑超越离合器为研究对象，基于受力分析和Archard模型得到可能影响离合器楔块风车磨损的因素，通过部件级磨损试验对比各工况下的楔块磨损率，结果表明各因素对磨损率均有影响，但影响的显著性及趋势有所差异。采用灰色关联度进行楔块磨损率影响因素的主次关系分析，结果表明各因素关联度大小关系为：滑油流量>相对滑动速度>摩擦力矩。

关键词： 航空发动机   机械磨损   故障诊断   全寿命管理   智能诊断  

摘要： 本文旨在系统分析航空发动机机械磨损故障的成因，并探究有效的诊断方法。通过分析磨损的特性，从材料、设计工艺、工作环境和维护保养等方面剖析了磨损产生的原因。在诊断方法上，重点研究了声发射、振动分析、油液监测和智能诊断等技术在磨损故障诊断中的应用。结果表明，航空发动机机械磨损是多因素耦合作用的结果，采用多源异构信息融合诊断方法有助于提高诊断精度。研究认为，应加强全寿命防控，并积极应用智能化诊断方法，为航空发动机的可靠运行提供保障。

关键词： 唇形油封   密封性能   磨损   演变规律   数值模拟   有限元仿真  

摘要： 唇形油封是工业领域应用最广泛的密封件,具有结构简单、成本低、密封性能好、对密封件加工精度要求低等优点。典型的唇形油封由金属骨架、橡胶密封圈和弹簧组成。随着时代的发展,唇形油封在工业领域走向更加精密及高端的发展道路,对于唇形油封密封性能的要求也是越来越高。因此,开展对唇形油封密封性能的研究具有重要的实际意义。本文主要研究了唇形油封随磨损的密封性能演变规律研究,具体研究内容如下: (1)设计了唇形油封材料力学性能实验以获取材料参数,设计了唇形油封磨损实验,得到了在不同磨损时间后的油封唇口表面轮廓、唇口表面粗糙度、磨损深度及磨损宽度等结构参数的变化规律,发现油封唇口磨损主要集中在空气侧,且唇口表面粗糙度随磨损时间的增加而逐渐降低,为后续唇形油封密封性能的研究提供数据基础。 (2)建立了不同磨损阶段的唇形油封密封系统有限元模型,使用MR模型拟合材料力学性能实验结果得到材料参数,运用有限元分析,研究了不同磨损阶段对油封静态密封性能的影响规律,以及摩擦系数与转速在不同磨损阶段对油封静态密封性能的影响规律。研究发现随着磨损加剧,接触压力逐渐减小,最大接触压力向空气侧偏移,接触宽度增大,说明磨损主要发生在空气侧,与磨损实验中油封唇口表面轮廓变化结果吻合,且增大摩擦系数与适当的提升转速能够提高油封的密封性能。 (3)采用一种基于随机过程和时间序列模型的粗糙表面计算机模拟方法,利用AR(自回归)模型的数字滤波器模拟生成油封磨损前到磨损后的拥有不同表面粗糙度的唇口表面形貌;提出了一种基于弹性流体动压润滑理论的考虑油封唇口与旋转轴随机分布粗糙表面的密封性能数值计算方法,且对前人文献数据进行对比分析,验证了上述油封动压润滑数值模拟方法的正确性。 (4)使用上述流体动压润滑数值模拟方法研究了表面粗糙度、接触宽度、初始接触压力及不同磨损阶段对油封动态密封性能的影响,以及转速在不同磨损阶段对油封动态密封性能的影响。研究发现随着磨损的加剧,唇口表面粗糙度降低,接触宽度增大,初始接触压力降低,导致泵吸率减小,摩擦扭矩增大,油膜承载力减小。从整体上看,油封的密封性能在逐渐减弱,但是,较高的粗糙度能够带来较好的密封性能的同时,也会造成较快的磨损,在快速磨损阶段过去后,唇口表面粗糙度降低,油封的密封性能逐步趋于稳定,在保证油封密封性能的同时,也增长了油封的使用寿命。