基于初参数法的丝杠轴向支撑刚度辨识方法

针对丝杠轴向支撑刚度辨识问题,基于初参数解析方法建立丝杠的初参数矩阵方程,使用边界条件和内力平衡条件,求出矩阵方程中的初参数值.利用初参数值,建立丝杠两端支撑处和螺母处的轴向刚度辨识模型.测量丝杠振幅、简谐力幅值与频率、左轴承组右端面与螺母中间位置点的间距以及螺母中间位置点与右轴承组左端面的间距等参数,识别丝杠支撑点轴向刚度.实验研究表明:基于初参数解析方法建立的丝杠支撑点轴向刚度辨识模型简单,具有可行性.     

基于遗传算法的飞轮储能系统用径向永磁轴承的优化设计

对飞轮储能系统用径向永磁轴承设计中径向永磁轴承承载力和结构参数优化的问题进行了研究。在永磁体空间磁场分布解析式的基础上,结合根据分子电流学说建立的环形电流模型,推导出径向永磁轴承的径向力解析表达式;定义径向力密度衡量轴承性能优劣;根据优化理论建立以径向力密度为目标函数的优化模型;最后考虑到单因素变量法的缺陷,采用遗传算法理论和方法,利用MATLAB编程求解轴承结构参数的最优结果。对结果分析可知,轴承最佳的结构参数并不是单因素变量法分析的轴承横截面为正方形。总结了永磁轴承设计的一般步骤和方法,对飞轮储能系统径向永磁轴承的设计有实际的指导意义。     

机床传动丝杠的动力分析

把机床传动丝杠简化为承受预拉伸力和移动力作用的旋转Timoshenko梁,综合考虑了陀螺效应、预拉伸力和移动力对丝杠振动的影响,以及丝杠两端轴承的支承作用,建立了弹性支承条件下丝杠的频率方程,利用拉格朗日方程建立了丝杠的动力学模型,利用振型叠加原理和隆格-库塔法求解,分析了系统参数对丝杠涡动转速和横向振动的影响.     

内燃机凸轮轴径向振动特性优化研究

针对内燃机凸轮轴径向振动的问题,综合考虑轴承支撑刚度、阻尼以及轴段摩擦状况等因素的影响,利用AVL软件建立配气机构一维动力学模型。研究了轴承宽度以及轴承配合的相对间隙对凸轮轴径向振动特性的影响,并且对这2个参数进行优化。结果表明,增加轴承宽度以及适当增加轴承配合间隙能够减小凸轮轴径向振动速度和径向跳动位移,为凸轮轴径向振动的优化提供参考。     

基于粒子群算法的农用轮胎柔性环模型参数辨识方法

轮胎柔性环模型能准确表达轮胎变形,但模型的刚度参数无法直接测定,因此模型刚度参数的辨识成为建模过程中的关键。本文基于轮胎柔性环模型运动学方程,分析农用轮胎固有频率与刚度参数之间的关系,提出基于粒子群算法的柔性环模型刚度参数辨识方法。通过轮胎模态试验获取轮胎固有频率,采用粒子群算法对柔性环模型刚度参数进行辨识。将固有频率的试验值与预测值的平均误差作为评价指标,对比粒子群算法与传统算法及遗传算法辨识结果,结果表明粒子群算法的参数辨识结果精度较高,平均绝对误差为1.67Hz,平均相对误差为1.66%,相较于遗传算法,平均相对误差降低16.16%,运算时间减少93.19%。通过接地印痕试验获取农用轮胎接地角度,结合辨识所得刚度参数,估算轮胎所受到的垂向力,对比垂向力的试验值与预测值,结果表明粒子群算法的参数辨识结果精度较高,垂向载荷估算平均相对误差为1.97%,相对于遗传算法,平均相对误差降低12.05%。     

基于数值分析的机床丝杠螺母选型方法研究

【目的】传统的机床丝杠螺母模型仅有几何信息,且在进行丝杠选型时,需要根据设计要求,手动逐个选择丝杠螺母组件各个零件;在进行整机装配时其装配关系均需手动添加,操作烦琐复杂且容易出错;进行机床有限元分析时,需要设置大量分析参数,如材料属性、结合面参数等。设计人员要花费大量的时间在简单的重复工作上,造成设计资源的浪费,且对机床结构选型、设计和有限元分析的效率和稳定性影响很大。【方法】研究小组建立了一套内部自动关联、支持整机自动化装配和快速有限元分析的丝杠螺母组件数据库。根据设计要求和约束,实现了丝杠螺母组件的快速选型和建模,形成了丝杠螺母组件装配模型,提高了设计效率和自动化程度,实现其对偶结构大件对应特征/位置的快速建模,且支持整机的自动化装配,并在丝杠螺母副中添加了用于有限元分析的动力学参数,可提高有限元分析速度和分析质量。【结果】数据库可用于机床设计中的丝杠螺母的快速选型、整机装配和有限元分析。     

双丝杠与直线导轨结合部静刚度分析

基于弹性力学赫兹接触理论,对主轴箱在z轴不同位置时双滚珠丝杠副轴向刚度、角接触球轴承轴向刚度和直线导轨副线刚度进行分析,建立了静刚度模型。基于此模型,结合有限元仿真,得出永磁直线同步电动机法向力对机床刀具点的变形。仿真结果与实验结果对比表明,两者吻合很好,验证了静刚度模型的有效性。     

基于轴系刚度计算分析水泵轴系的振动

为研究水泵机组轴系支撑刚度与轴系振动之间的关联机理,基于立式水泵机组集中参数模型,提出了水泵机组轴系支撑刚度的计算理论和方法.建立水泵机组电动机转子和水泵转轮形心轨迹运动方程,利用转子和转轮摆度比值关系实现运动方程中耦合刚度项的解耦,结合水泵无水启动的特殊运行条件简化附加外力,进而获得转子和定子形心轨迹运动方程的解析表达式.利用某泵站2台机组的无水启动摆度测试数据,采用多项式拟合方法计算轴系摆度形态,间接得到转子和定子的摆度数据、提取电动机转子附加外力,对计算中的相关问题进行了详细说明.基于2台水泵机组电动机转子和水泵转轮摆度数据计算机组轴承刚度,进行对比分析.结果表明:轴系摆度较大的水泵机组其支撑刚度小于正常机组的刚度.所提出的刚度计算对比方法,可从机组振动的诸多诱因中辨别出刚度影响因素,从而对泵站多机系统中个别机组振动较大情况下的振动进行识别和分析,具有一定的工程参考价值.     

一次曲率半径函数涡旋重构型线动力学特性

应用法向等距原理构建了基于始端一次曲率半径函数方程的涡旋型线;建立了基于母线参数的吸气腔、压缩腔和排气腔容积数学模型,得到了涡旋压缩机的轴向、切向和径向气体力随曲轴转角的动态变化历程,研究了一次曲率半径函数型线参数对压缩机动力学特性的影响。数值模拟结果表明：一次曲率半径函数始端重构型线的参数显著影响涡旋压缩机的动力学特性;母线始端一次曲线与基圆渐开线连接点处曲率半径的不连续性导致了径向气体力的波动和极性变化,进而对径向间隙的密封、泄漏损失和轴承寿命产生直接影响。     

镗缸孔数控机床主轴部件静动态性能分析

为改善镗缸孔数控机床主轴的静动态特性,提高机床的加工精度。基于赫兹理论研究预紧参数对轴承刚度的影响,并计算出主轴轴承的径向刚度。对主轴部件进行适当简化,运用ANSYS软件建立其有限元模型。进行静力学分析计算出主轴静刚度并校核主轴强度;通过模态分析得出主轴部件的固有频率和模态振型;通过谐响应分析确定主轴的不同部位在特定激振力下位移随频率的响应。分析结果表明:主轴的静刚度为579N/μm,最大应力为22MPa,二者均满足设计要求;主轴的第1、2阶固有频率为801.79Hz,其临界转速为48 107r/min远高于主轴的工作转速,有效地避开共振区域;特定激振力下的谐响应峰值出现在3、4阶固有频率892.08Hz处,而主轴前端在工作频率300Hz处的振动位移仅为0.32μm,不会对主轴造成影响。     

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。     

Stewart平台多能域系统动力学全解建模与实验

围绕六自由度Stewart并联平台的多能域动力学建模展开研究。首先,采用旋量键合图建立了电动缸驱动Stewart平台机构本体动力学模型,采用传统键合图建立了伺服电动缸键合图模型,得到了该平台完整的机、电耦合的多能域系统动力学全局模型。其次,给定平台末端轨迹,对比Matlab理论计算、ADAMS软件仿真以及实验实测驱动力结果,验证了Stewart平台机构本体旋量键合图模型的正确性。最后,借助理论计算得到的驱动力,由平台系统多能域动力学全解模型进一步计算得到伺服电机电流,与通过实验得到的电机电流实测值对比,验证了该平台多能域系统动力学全解模型的正确性。为后续包含驱动单元惯性参数和摩擦参数在内的动力学参数辨识以及平台控制研究奠定了基础。     

基于PIV测试的螺旋离心泵内部流动特性研究

为了研究螺旋离心泵内部流体流动机理,通过对螺旋离心泵改造和透明化处理,应用PIV测试技术,取螺旋离心泵轴截面和径向截面分阶段获得各截面上速度变化,进而得到各个截面上的流动信息,揭示螺旋离心泵内部流动状态。结果表明:整个轴向截面中,物理参量扰动大于径向截面,尤其在叶轮流道的轴截面,有明显的涡旋出现。在深入蜗壳的叶轮流道中,涡旋数量明显增加,这是因为该区域的流体方向在叶轮旋转和蜗壳使其变化过程中,同时受力分配促进了这种变化;在径向截面上,能明显看到速度方向和流线沿一个方向旋转,同时,流体均有由中心向外运动的趋势,这是叶轮螺旋段螺旋推进作用后又一个重要组成部分离心段的离心力作用决定的,叶轮的螺旋段螺旋推进作用和离心段的能量转换相互配合,构成了螺旋离心泵工作的过程。     

基于地面激光雷达点云数据的树种识别方法

为了能够更有效地利用地面激光雷达的点云数据识别树种,以北京林业大学为研究区域,利用FARO Photon 120型地面激光雷达在研究区内获取4个树种、共92棵树木的点云数据。依据点云的三维坐标值提取研究区内立木的胸径、枝下高、树高、冠高、最长冠幅、垂直最长方向冠幅6个测树因子,同时提取由测树因子组合而成具有鲁棒性的6个树形特征参数,包括冠长树高比、胸径树高比、冠高树高比、分枝角、冠长最大冠幅之比、最长冠幅与垂直方向冠幅之比。分别使用测树因子和组合特征参数,采用支持向量机、分类回归决策树和随机森林的方法,对树种进行冠幅自动识别。研究结果表明：使用测树因子树木识别方法,识别平均准确率为0.765,平均召回率为0.778,3种识别方法中,分类效果较好的依次为分类回归决策树、随机森林、支持向量机;使用组合特征参数树木识别方法,识别平均准确率为0.891,平均召回率为0.896,分类效果较好的方法是随机森林和支持向量机,其次是分类回归决策树;总体上来看,不论是对于单个树种还是总体的准确率和召回率,组合特征参数法均高于测树因子法,而对于3种不同的分类方法,随机森林相对最好。研究结果表明,结合地面激光雷达获取的点云和不同机器学习分类方法进行树种识别分类可以达到满意的效果,且能节省大量时间和人力。     

数控车床滚珠丝杠副的研究设计

结合CJK6132数控车床的设计，论述了数控车床滚珠丝杠副设计的方法和步骤，着重探讨了丝杠寿命和刚度的设计。经使用证明，车床的加工精度稳定、可靠，有效地提高了产品质量和加工效率。     

基于综合指标的机床滚珠丝杠进给系统动态性能优化

建立了滚珠丝杠进给系统理论动力学模型并对其响应传函特性进行分析,构建了基于数字化模块仿真的滚珠丝杠进给驱动系统集成模型,提出了基于扩缩式控制优化模型的滚珠丝杠进给驱动动态性能优化方法,构建面向综合指标评价的可扩缩式动态性能指标评价函数,根据动态性能优化要求实时建立动态性能综合评价指标函数,通过运动路径规划定义,借助遗传优化算法,实现面向可扩缩式综合指标评价的滚珠丝杠进给驱动系统动态性能优化。通过实验测试与实例分析,验证了前述滚珠丝杠进给系统理论动力学建模、基于数字化模块仿真的滚珠丝杠进给驱动系统集成模型、基于扩缩式控制优化模型的滚珠丝杠进给驱动动态性能优化方法的正确性。     

基于CFD的双螺杆膨胀机瞬态特性

为研究双螺杆膨胀机的瞬态特性,以4/6齿双螺杆空气膨胀机模型为研究对象,使用SCORG和Pumplinx软件对膨胀机内部流体域以及进出口处流体域进行静止网格和动网格的划分.采用CFD分析方法对膨胀机进行全流场瞬态数值模拟,得到双螺杆膨胀机内部的压力场和速度场以及不同转角下流量、扭矩和转子的受力情况. 结果表明:膨胀机内部流体域从进口高压端至出口低压端可区分为4个压力等级,且从进口端到出口端压力逐级递减,而阴、阳转子接触线将螺杆流域分为上高压区和下低压区;内泄漏主要包括径向间隙泄露、齿间间隙泄漏和泄漏三角形这3种泄露方式,三者中齿间间隙泄漏的速度最大.整个流场中的最高流速和最低压力均出现在接触线附近;吸气阶段的节流损失和预膨胀带来的压降损失使阳转子对外做功能力下降,并使螺杆膨胀机效率降低;流量、扭矩、径向力和轴向力呈周期性变化,阳转子所受径向力对螺杆膨胀机工作性能影响最大.