柱塞马达压力信号是液压系统重要的信号源,其中压力脉动的特征变化能够反映系统局部乃至全局的运行状态。为从多成分混叠的压力信号中有效分离压力脉动成分,重构时域特征,提出基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)与小波包分解的压力脉动信号时域特征提取方法。首先,利用EEMD将压力信号与干扰信号分离;其次,根据柱塞泵和柱塞马达压力脉动信号的时频特性,利用小波包分解并重构得到柱塞马达压力脉动信号,提取时域特征;最后,结合实验分析脉动特征随工况的变化规律。该方法经实验验证可行有效,且结果表明:压力脉动幅度随转速的升高而减小,随压力的增大而增大,与压力脉动变化机理一致。研究成果可为柱塞马达的运行状态监测提供方法支撑。

稀土磁致伸缩换能器是一种能够实现电能转换为声能的能量转换器件。Terfenol-D棒是磁致伸缩换能器的动力驱动元件,它受磁场激励后产生连续的轴向振动,从而推动着辐射板向谐振腔体内辐射声场。应用ATILA有限元软件对主动材料Terfenol-D棒进行模态及谐响应分析。重点考察分析Terfenol-D棒长径比、激励电流和预应力对Terfenol-D棒输出特性(磁棒活塞振型频率及轴向振动幅值)的影响。研究结果表明:磁致伸缩换能器可按工况需求,选择不同长径比的Terfenol-D棒以达到理想的轴向输出位移;Terfenol-D棒的轴向输出位移随外加激励电流的增加而逐渐增加;当激励电流一定时,合适大小的预应力可有效增加Terfenol-D棒轴向输出位移,而预应力过大则会影响Terfenol-D棒轴向输出位移

在选择性激光烧结工艺中,铺粉效率以及粉末密度将直接影响烧结成型件的成型效率和质量。为了提高铺粉的质量,对铺粉装置进行了分析比较,提出了一种新的铺粉方案,首先,对铺粉装置的结构进行改进,并对改进后的铺粉装置进行运动学分析,建立了粉末颗粒在铺粉辊作用下的受力模型;然后,通过对该模型进行理论分析,得到影响铺粉质量的主要参数有铺粉辊的半径、粗糙度、自转的方向及刮板和铺粉辊的平移速度;最后,以改进铺粉装置之后的激光烧结设备为试验平台,进行试验研究,结果表明改进后的铺粉装置对成型件的成型质量有提升作用,并得出随着铺粉辊平移速度的增大,成型件的尺寸精度会先增大后减小。

传统最优解算法在解决大规模二维件布局问题时,计算时间较长。提出一种基于同质条带两阶段布局算法,此算法生成的同质两阶段布局方式,满足生产中的剪冲下料工艺,且计算时间合理。首先,竖直剪切线将板材分割成同质段;然后,水平剪切线将同质段分割成同质条带。通过求解动态规划算法生成最优同质条带布局方式,求解背包问题得到同质条带在同质段上和同质段在板材上的最优布局方式。利用经典文献中的基准测题,将此算法与普通两阶段算法、TABU500算法和最优解精确算法进行比较,结果表明此算法在布局价值优于普通两阶段和TABU500型算法,计算时间远远短于最优解精确算法,优化结果等于或极接近于最优解精确算法。

为提高数控机床精度,提出一种基于卡尔曼滤波法的机床误差建模新方法,将统计模型的回归系数看作状态向量,统计模型视为观测方程,利用卡尔曼滤波法实现了统计模型的建模,由于卡尔曼滤波法属于线性最小方差估计,所以相比最小二乘法可望获得更高的建模精度。对一台立式加工中心,利用温度传感器与非接触式激光位移传感器同步测量主轴温度变化及热误差,利用卡尔曼滤波法构建的热误差模型分别与利用最小二乘法(LS)、最小二乘支持向量机法(LS-SVM)构建的模型进行对比,结果表明:卡尔曼滤波法的建模精度比最小二乘法和最小二乘支持向量机法分别高10.5 %和 1.8 %,且建模时间比最小二乘法和最小二乘支持向量机法分别少0.9 %和6.8 %。

拉杆转子轮盘互相接触,接触热阻对于接触传热及温度场的分布十分重要。在表面分形特征的基础上,结合Mandelbrot-Tian(M -T)分形网络模型和经典接触导热理论,通过选用不依赖于观测尺度的Cantor集分形理论,整理公式及编程获得接触面间压力与接触热阻的关系。在确定接触热阻的情况下通过有限元分析得出拉杆转子瞬态温度场分布。分析发现,预紧力对于拉杆转子瞬态温度场影响不大,做拉杆转子动力学分析的时候可以忽略瞬态温度场的影响。

针对义齿3D打印机挤出成型的高精度要求与传统挤出成型设备局限性的问题,提出一种义齿3D打印机专用挤出系统的设计方案。利用SolidWorks软件的Motion模块对该系统关键部件的运动进行仿真,以验证其是否能实现运动连续性要求,从运动连续性上保证出料的连续性。根据力学理论计算以及ANSYS FLUENT软件流体仿真,对关键部件进行分析,以初步验证设计方案与参数的合理性,最后通过样机实验对该系统的可行性与准确性进行进一步验证。研究结果表明,关键部件的运动符合要求的运动特性,设计参数的合理性与方案的可行性也能够得到证实,为后期针对该挤出系统控制算法的研究奠定了基础。

在大吨位卷扬机滚筒上广泛使用LEBUS绳槽双折线卷绕系统,该系统升降安全,并能大大延长钢丝绳的使用寿命。为了解决LEBUS绳槽的批量加工问题,设计了一种实用的LEBUS绳槽加工用数控系统,在对老旧的普通车床进行数控化改造时可以配套该系统。详细论述了LEBUS绳槽加工用机床数控系统的设计过程,包括CPU芯片的选择、存储器的扩展设计、I/O接口的扩展设计、键盘与LED显示接口的扩展设计,以及D/A接口的扩展设计等,并给出了LEBUS绳槽加工软件的设计思路。该系统控制精度高,结构简单,操作方便,性价比高,具有一定的推广应用价值。

基于食品物性检测及品质评价、义齿材料检测及评估等领域的需求,设计了一种仿生咀嚼6PSS并联驱动平台。介绍了该并联驱动平台的基本结构组成,采用拉格朗日方法对动平台进行动力学建模和分析,得出了系统的动能、势能和动力学方程。在Adams软件中建立虚拟样机,进行运动学仿真,给予动平台一组模拟右侧咀嚼运动的轨迹,使其模拟下颌咀嚼食物,得到动平台位姿参数曲线,将动平台质心参数曲线数据作为动力学方程输入条件,求解出系统广义力并以此为驱动进行动力学仿真,将得到的位姿曲线与运动学仿真得到的位姿曲线比较,验证了动力学模型的正确性,证明了机构的仿生性能,同时分析了两者曲线之间产生的误差及可能导致误差产生的原因,为后续的控制与优化提供了参考。

选择顺应性装配机器手臂(SCARA)在水平面内运动速度快、重复定位精度高。为优化SCARA机器人大臂机械结构性能,减轻大臂重量,采用了模态分析与拓扑优化相结合的方法。首先建立SCARA机器人大臂三维模型,导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中作静力学分析和模态分析,得到前6阶固有频率和振型结果;然后,利用拓扑优化方法为大臂去除材料的优化方向提出建议,重新设计大臂的优化结构并计算优化结构的模态参数;最后,对比优化前后模态参数结果,证明优化后的结构在减轻大臂重量的同时提高了大臂的机械性能。

汽车电动座椅记忆盒出厂前通过人工识别蜂鸣器发出的声音间隔判断其工作状态,由于外部环境干扰,人耳识别经常发生错判漏判的现象。针对这一问题提出通过计算机对座椅蜂鸣器发出声音进行采集,采用动态可变窗长结合双门限对声音进行端点检测。短时能量结合MFCC系数作为声音混合特征参数进行提取,由改进的DTW算法进行模板匹配。实验结果表明,该系统可以准确识别目标声音,且在噪声条件下具有很好的鲁棒性。

利用LPG携带和存储方便、易于蒸发汽化的燃料特性,选定二冲程LPG直喷发动机作为轻型电动汽车在增程模式下发电机组的动力源。在验证计算方法的可行性后,使用Fire V2011软件,优化不同工况时燃料的喷射开始时刻,并进一步数值解析在选定的不同LPG喷射开始时刻、不同转角时的缸内混合气速度场和浓度场。结果表明:无论是启动、暖机工况(2 000 r/min),还是发电机组工况(4 800、6 000 r/min),在排气口关闭(73 ℃A ABDC)时,新鲜混合气被锁定在气缸内,并且在相应的火花塞点火时刻,缸内都会形成较理想的均质理论混合气。

通过对多轴式无轨钢包车转向运动特性进行分析,以车辆基本转向理论为基础,推导出了钢包车在“八”字形转向时各车轮的理论转向角度公式,以转向轮的实际转向角与理论转向角的最小误差作为优化目标,建立了多轴式车辆转向机构的优化数学模型。采用仿真与优化软件对典型六轴式钢包车转向机构模型进行分析,分析结果表明优化前各车轮组都存在不同程度的协调性不足,经过优化之后车轮组协调性得到显著提高。

根据铰接式自卸车的结构特点,建立悬架系统七自由度模型。基于非线性刚度分析理论,获得悬架系统的运动微分方程,建立Simulink分析模型和时域路面模型,对系统时域特性进行仿真分析,搭建悬架系统试验台架,对悬架系统动态特性进行测试。基于Simulink分析模型的仿真分析得到各工况和测点下的响应结果与测试结果基本一致,验证了Simulink分析模型的正确性,为进一步设计研究提供了参考。

某钢厂450 t重型桥式起重机在运行中经常出现轮轨接触异常和轮轨表面脱落剥离的现象。为探究其原因,先对轮轨耦合方式进行现场检测,发现J-K/10-1列吊车梁轨道中心直线度存在偏差,最大偏差值为34 mm。为探究轮轨表面剥离的原因以及此直线度异常对轮轨接触关系造成的影响,利用有限元法在不同载荷工况和直线度异常工况下对轮轨进行分析。总结了轮轨接触应力分布情况随载荷增加的变化规律,分析了轮轨表面剥离脱落现象的原因。直线度异常分析表明在直线度偏差10 mm以后车轮内侧逐渐和轨道外侧接触,在偏移30 mm时接触压强为525.54 MPa,增大了31.39 %,这是造成轮轨侧面磨损的主要原因。

运用ANSYS Workbench响应面优化和Six Sigma可靠性分析平台,在电主轴静力学分析基础上,以质量作为优化状态变量,最大变形作为优化目标进行可靠性优化设计;选取电主轴的几何尺寸、外载荷、弹性模量和前后轴承刚度作为随机输入变量,对电主轴进行可靠性分析。结果表明:优化后的电主轴静刚度提升了19.44 %,达到设计标准值。可靠性灵敏度分析表明:杨氏模量、外载荷、前轴承刚度及内圆孔半径的随机变化对电主轴静刚度影响较大,优化后的电主轴可靠度达到98.459 %,结构可靠性更高。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式,也是制造业可持续发展的重要保障。刀具的合理选择是提高切削加工绿色性能的关键。基于绿色制造的理念,建立以加工时间T、加工质量Q、加工成本C、资源消耗R和环境影响E为指标的刀具选择评价体系和数学模型,采用三角模糊层次分析法和灰色关联分析法对模型进行求解。结合某企业的电梯零件铁芯切削加工过程中刀具的优化选择为例,验证该方法的可行性和有效性。

刀具涂层在机械加工领域中的重要性日益凸显,涂层力学性能的表征方法随之将更加受到重视。显微硬度法、划痕法和静态压入法等评价方法可模拟涂层在静态力下的失效行为,但难以评价刀具涂层在动态切削力下的物理力学性能,如刀具涂层的抗冲击性能。利用自行研制的压电陶瓷驱动冲击试验机,对化学气相沉积TiN刀具涂层进行多次冲击试验,研究刀具涂层的抗多次冲击性能和失效机理,分析TiN刀具涂层抑制裂纹萌生和裂纹扩展的能力。研究结果表明,压电陶瓷驱动冲击试验机在相同试验条件下失效行为的重现性好,多次冲击试验可有效评价刀具涂层的抗多次冲击性能。随冲击次数增加,刀具涂层失效机理由内聚力失效向结合力失效转变。涂层裂纹萌生可用涂层开始氧化磨损时的冲击次数评判,涂层失效比例可作为涂层抑制裂纹扩展能力的评价标准。研究结果有助于刀具涂层抗多次冲击性能的评价和刀具涂层冲击失效机理的揭示,为刀具涂层后处理喷砂强化、涂层材料优选等提供理论支撑。

由三段碳化硅陶瓷管件组成的十字正交陶瓷结构件,左右两段陶瓷管件分别与中间陶瓷管件相贯配合形成两个相贯曲面,工艺要求通过研磨使两端的相贯曲面精密配合达到密封条件,为保证研磨加工质量和满足两端相贯曲面精密配合密封的技术性能要求,对十字正交陶瓷管件相贯曲面的研磨加工工艺进行了探讨研究,提出了两端相贯曲面相同工况下的同时对等对研加工工艺方案,设计了专用精密差动螺旋调节机构及装夹机构配套装置。通过实际对研加工验证,研磨质量和精度完全满足产品的技术性能要求。

目前,国内光缆生产企业主要采用测径仪对光缆直径进行缺陷检测,但其无法实现复杂数据处理功能,因此,需研发一种新型数字化、网络化光缆直径缺陷检测系统。首先对系统总体功能进行研究,构建缺陷检测系统框架,使系统具有缺陷检测、直径数据动态显示、历史数据查询和远程访问等功能。其次,确定系统硬件通信方式与连接方法。最后,构建软件应用程序架构,并运用线性插值方法获取光缆直径缺陷位置信息,采用积分放大算法检测光缆表面凹凸缺陷,同时对直径缺陷位置信息的估计进行误差分析。通过实际应用证明,该缺陷检测系统满足实际生产要求,提高了生产质量与管理水平。

工业产品在出厂装箱的时候可能会出现漏装或混杂等异常情况,为了确保出厂质量,需要进行产品的清点。针对人工清点费时费力的问题,提出基于深度学习Faster-RCNN网络构造自动清点系统。针对遮挡情况下容易漏检的问题,创新地提出在训练阶段把产品特征碎片化,在检测阶段把碎片化的候选框的质心分别进行水平投影和垂直投影,并通过聚类确定产品的大致质心,最后将碎片化的候选框融合从而实现清点。实验证明,所提算法在提高检测效率的同时保证了非常高的可靠性和兼容性。

针对门式起重机的结构特点,运用ANSYS软件的APDL语言创建了门式起重机参数化有限元模型,在两种危险工况下对其进行有限元分析,获得了门式起重机在这两种危险工况下的最大等效应力与变形分布。根据分析结果,对门式起重机的结构进行灵敏度分析,得到对门式起重机总体积影响较大的截面尺寸和外形尺寸,基于此,运用ANSYS软件内部的sub-problem优化算法对这些尺寸进行优化设计。在满足刚度和强度要求的前提下,使优化后的门式起重机总质量减轻了19.3 %,取得了较好的优化效果。

为了设计出一个能降低鱼苗死亡率、提高放流人员的安全性及舒适度的放流装置,在设计中引入人机工程学知识,利用人机工程学软件DELMIA对该放流装置进行模拟仿真,并就放流过程中的人员肌肉疲劳度进行测试,以验证该放流装置的合理性和优越性。对比该放流装置与传统放流方式的软件仿真结果以及肌肉疲劳度测试结果,可以看出所设计的放流装置更加合理、可靠。

对高速插秧机全液压底盘驱动系统进行设计,在保证现有插秧机作业质量的前提下,采用全液压驱动方式实现无极变速,提高功率密度、平顺性和布置灵活性,为后期智能化和自动化提供平台。全液压底盘驱动系统采用单泵四马达的闭式液压系统,使用分流阀防止打滑,并进行了水田滑转率测量试验,根据相关参数计算液压系统压力、流量以及排量,并对液压泵和马达进行选型,结合其效率曲线保证液压泵工作在高效区间。该设计方法对其他行走机械液压底盘的设计具有一定的参考价值。

为了使产品满足市场和顾客的需求,提出将目标专利信息与产品的功能需求相结合的规避设计方法。首先对目标专利的权利要求书进行分析,建立功能结构模型,并调查市场和客户需求。其次运用功能本体知识库,将功能需求与原专利产品模型中的功能进行对比。如果两种对比功能属于同一主类,用需求功能替换原功能模型中的对比功能;反之,将需求功能添加到原功能模型中,实现功能重构,并通过股骨头颈部导向固定装置来验证此方法的可行性。

再制造是实现节能减排和促进循环经济发展的有效途径,而我国再制造产业的蓬勃发展离不开国家政策、法规的有力扶持和规范。通过对国内外再制造,尤其是涉及到报废汽车循环的汽车零/部件再制造重点领域的政策法规进行收集整理,对政策法规、标准规范、针对市场暴露问题的管理条例进行了系统的阐述和对比分析,为我国的报废汽车循环利用以及汽车零/部件再制造提供了值得借鉴的经验以及建议。