提出一种由形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）驱动通过改变磁流变液的工作面积来改变传递转矩的传动方法;介绍了其工作原理,分析了变面积的过程;基于磁路理论,进行传动装置的磁路计算;应用ANSYS软件进行了磁路建模和有限元仿真,得到不同面积比下的磁感应强度分布云图;最后对比分析了不同面积比下传递转矩的能力。结果表明:随着磁流变液的面积比增大,传递的转矩先增大后减小,传动能力得到提升。

设计了一款基于重力势能锁止的被动式下肢外骨骼,将人体行走过程中多余的重力势能通过弹簧机构转换为行走过程的动能。为了使外骨骼能够更精准地模拟人体行走过程,达到最佳助力效果,通过使用ADAMS软件进行动力学仿真,与正常人体行走数据匹配,优化弹簧的参数,获得了最佳的助力性能。最终得到最佳的弹簧参数组合为L=120 mm,k=7 N/mm,此参数组合的情况下与人体正常行走参数可达到最佳的匹配度。

齿轮机构的非线性振动是造成机械产品故障的主要原因之一。考虑多种随机因素的影响,定量分析齿轮非线性振动的可靠性具有较高的工程实用价值。首先,采用系统性观点给出齿轮非线性振动可靠性的定义,提出齿轮非线性振动可靠性分析的系统框架;然后,在假设齿轮非线性振动响应服从稳态随机过程的前提下,提出齿轮非线性振动可靠性分析的解析方法;结合首次穿越理论及蒙特卡罗仿真技术,提出多点穿越蒙特卡罗仿真分析方法,避免了解析方法中齿轮非线性振动响应服从稳态随机过程的假设;最后,通过案例分析说明所提仿真方法的合理性及工程适用性。

在对圆柱线齿轮进行磨削加工时,机床精度以及砂轮和圆柱线齿轮工件之间的相对位置等因素都会对线齿轮齿形和接触线精度造成影响。为了提高线齿轮磨削加工后接触线的精度,对圆柱线齿轮成形磨削方法进行研究,并且对磨削过程中砂轮位置偏差对圆柱线齿轮齿形的影响规律进行分析。首先,根据圆柱线齿轮设计理论推导出圆柱线齿轮的齿面方程;其次,根据圆柱线齿轮的结构特点提出圆柱线齿轮成形磨削方法,并且推导出成形砂轮的轴向截面廓形;再次,推导出磨削加工过程中成形砂轮位置在存在偏心误差、轴向误差以及倾斜误差情况下的圆柱线齿轮误差齿面方程,并且运用Mathematica软件分析砂轮位置偏差对圆柱线齿轮齿形的影响规律;最后,运用VERICUT加工仿真平台对圆柱线齿轮进行磨削加工仿真,并且将仿真结果与理论计算结果进行对比,验证了砂轮位置偏差对圆柱线齿轮齿形影响规律分析的正确性。研究内容和分析结果可为圆柱线齿轮成形磨削过程中各项砂轮位置参数的调整提供可靠的理论参考。

采用原子沉积法（Atomic Layer Deposition,ALD）分别在点状微织构和条状微织构YT5硬质合金刀具（微织构刀具）上制备了纳米Al2O3涂层,通过直角切削实验研究了纳米Al2O3涂层对微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数的影响,并将纳米Al2O3涂层微织构刀具与微织构刀具、YT5硬质合金刀具进行对比。结果表明,微织构能降低刀具刀-屑界面间的摩擦系数;纳米Al2O3涂层能进一步降低微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,其中厚度为100 nm的Al2O3涂层微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数最小,当点状微织构间距为0.15 mm时摩擦系数值最优,当条状微织构方向垂直于主切削刃时摩擦系数值最优;刀具刀-屑界面间的摩擦系数随着切削速度的增加而增大。纳米Al2O3涂层与微织构相结合将刀-屑界面间的摩擦由滑动摩擦转变为滑动-滚动复合... 更多

针对多自动搬运车（Automated Guided Vehicle,AGV）在物料运输车间内交叉路口下的协同控制问题,设计了一种在机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）下的基于队列控制的多AGV协同控制算法。首先,利用Cartographer算法构建AGV工作区间的二维环境地图,规划出AGV可行驶的全部路径,并分析了交叉路口出现的冲突模型。其次,设计了交叉路口队列的数据结构,在地图和路径的基础上根据AGV行走速度划分出交叉路口的队列控制区。最后,融合ROS导航功能包编写多AGV协同控制算法,并结合数据库终端数据转存表设计了多种测试用例,对该算法进行了验证,实验结果表明:该算法能够有效地解决多AGV在各种冲突模型下的协同控制问题,降低了程序模块之间的耦合度,提高了程序的适用性。

针对传统元启发式算法求解柔性作业车间调度问题（Flexible Job-shop Scheduling Problem,FJSP）时,存在易陷入局部最优、寻优结果不稳定等缺点,首次将郊狼优化算法（Coyote Optimization Algorithm,COA）应用到柔性作业车间调度问题中,提出一种基于郊狼优化算法的柔性作业车间调度问题优化方法。首先,以最大完工时间最小为目标对FJSP进行描述和建模;然后,提出一种基于工序的实数单链编码方式,同时满足FJSP的表达和基于COA的求解,对COA算法流程进行设计,建立一种求解FJSP的COA流程;最后,根据标准算例进行仿真,证明了基于COA求解FJSP的可行性,通过与遗传算法和粒子群优化算法进行仿真对比,验证了COA求解FJSP的优越性。

针对目前柔性软体机械手国内外研究现状,总结了其关键技术难题与不足。以柔性软体机械手为研究对象,设计并验证了柔性软体机械手的弯曲变形特性及压力响应特性。首先设计了柔性软体机械手结构,由单向弯曲驱动器、滑移平板以及连接装置组成,建立了柔性软体机械手指理论数学模型;其次利用有限元分析软件ABAQUS基于Yeoh模型建立了柔性软体机械手指硅胶材料的本构模型;同时,利用3D打印技术制备带有腔体的单向弯曲驱动器的浇注模具,注入混合好的液态硅胶,获得硅胶材料的柔性软体机械手指;最后开展了单向弯曲驱动器弯曲变形仿真及实验,验证了柔性软体机械手指的弯曲变形特性及压力响应特性,并验证了理论数学模型的准确性。

基于人体重力势能转化的弹性助力原理,设计了一款下肢外骨骼,其类型为被动式,可为髋关节提供助力。依据拉格朗日方程建立了下肢外骨骼数学模型,研究了该模型在释能阶段的髋关节转矩。利用Adams软件建立了下肢外骨骼动力学仿真模型,通过数理统计的方法对比了数学模型和动力学仿真模型髋关节转矩的计算结果,得出两者高度相关。利用Adams软件仿真分别得出了人体在穿戴下肢外骨骼和不穿戴下肢外骨骼情况下释能阶段的髋关节转矩曲线,以髋关节做功值为依据对两组髋关节转矩曲线做了对比分析。结果表明,穿戴下肢外骨骼时,释能阶段髋关节做功值减少了19.29%。最后,以储能弹簧刚度与预拉力为设计变量对下肢外骨骼髋关节转矩进行优化,得出最适储能弹簧刚度下穿戴下肢外骨骼时髋关节做功值比不穿戴下肢外骨骼时减少了26.00%。

以某电动轿车车身与底盘间主要接附点为激励源,以驾驶员的右耳为响应点,利用装备车身有限元模型和装备车身乘员舱声学空腔有限元模型建立整车声固耦合有限元模型。对整车声固耦合有限元模型进行噪声传递函数分析,结合装备车身模态分析,分析出对噪声传递贡献量比较大的车身部件,并对这些车身部件进行优化,优化后车内声压值有了明显降低,从而达到了提高车身噪声、振动与声振粗糙度（Noise Vibration Harshness,NVH）性能的目的。

采用ABAQUS软件瞬时动力学分析法研究了汽车盘式制动器发生粘滑振动时的非线性动力学特性和界面接触行为,通过变化不同的工况参数,研究了参数对制动粘滑振动行为的影响。研究结果表明ABAQUS软件瞬时动态分析法能够有效地模拟出制动系统的粘滑振动现象,粘滑运动产生间歇性的振动是制动颤振现象发生的主要原因,其振动频率与制动系统自然频率关系密切,制动接触面内的不同区域处于粘着和滑动的动态变化过程。制动载荷的增大会增大刹车片振动位移,降低粘滑振动的周期,使得制动颤振现象更加明显。当制动速度逐渐增大时,系统粘滑振动周期缩短,粘滑运动逐渐演变为纯滑移运动。适当增大动摩擦系数,降低静、动摩擦系数之间的差别,在一定程度上可以增大制动力,这更有利于制动过程的进行。

分析液压式压缩天然气（Compressed Natural Gas,CNG）加气站液压系统油温过高（升温过快）对液压式CNG加气站的影响,针对油温过高（升温过快）的原因,提出解决措施,提高液压式CNG加气站运行效率。

针对飞机蒙皮在线示教编程效率低、轨迹精度差及适用范围有限等问题,基于双目视觉三维扫描及CAD/CAM领域的加工模拟功能,提出一种根据三维模型的加工轨迹生成工业机器人喷涂轨迹的离线编程方法,为解决模型未知的复杂自由曲面喷涂问题提供了新思路。通过三维扫描获取飞机蒙皮表面点云并处理得到其三维模型,结合喷漆工艺,在Unigraphics加工模块中对三维模型加工轨迹进行参数化编程,提取轨迹点并调整喷枪姿态生成机器人喷涂路径;以飞机蒙皮为例进行喷涂仿真。结果表明:该离线编程方法的编程效率、轨迹精度明显优于在线示教编程;该编程方法对其他自由曲面同样具有适用性。

为获得较小的沟道表面粗糙度值,通过正交实验,研究超精加工过程的工艺参数对超精加工后的氮化硅陶瓷轴承套圈沟道表面粗糙度Ra的影响。以Ra为评价指标,根据正交实验得到超精加工过程中各工艺参数对Ra的影响程度并从大到小排列,依次为超精加工时间、油石压力、工件切线速度、长行程摆荡频率以及短行程振荡频率;建议最优超精加工工艺参数组合为超精加工时间10 s、工件切线速度625 m/min、油石压力0.6 MPa、长行程摆荡频率700次/分钟和短行程振荡频率2 450次/分钟。在最优超精加工工艺参数组合下超精加工后的轴承套圈沟道表面粗糙度为Ra0.035 5μm,改善率为90.80%。

为了解决准时生产下的刀具准时化配送路径规划问题,在对数控车间刀具配送流程进行分析的基础上,建立以工序平均满意度和配送车辆数为优化目标的带模糊预约时间窗的刀具配送路径模型。采用改进遗传模拟退火算法对该模型进行求解,在标准遗传算法的基础上,使用模拟退火算法改进遗传算法的变异算子,通过最佳保存策略和排序选择法结合保护最优个体,并辅以自适应交叉概率。最后,通过具体实例证明了该方法解决刀具准时化配送路径优化问题的有效性与可行性。

高温镍基合金在切削加工过程中,较大的切削力会产生较高的切削温度,造成刀具磨损严重、加工表面质量差等加工难题。在刀具前刀面加工区域,设计微观织构（微织构）可以改善切削加工中刀-屑接触面的摩擦润滑状态,从而改善刀具的切削性能。采用有限元仿真软件对正弦型微织构刀具进行切削镍基合金的仿真实验,通过正交实验研究正弦型微织构刀具的织构刃边距、织构宽度、织构间距、正弦曲线幅值和周期长度5个织构参数对刀具切削性能的影响,并优化了正弦型微织构刀具的织构参数。结果表明:正弦型微织构刀具的主切削力降低程度与织构参数密切相关,且织构参数对主切削力大小的影响程度依次为:织构刃边距>织构间距>织构宽度>正弦曲线幅值>周期长度。优化后得到的刀具切削力、切削温度和断屑能力优于优化前无微织构刀具。

为解决金属玻璃电火花加工（EDM）过程中,操作人员难以选取最佳工艺参数来获得最优加工效果这一问题,对带有精英策略的非支配排序遗传（NSGA-II）算法进行改进;并将改进的算法应用于金属玻璃电火花加工的加工效果优化中,寻求峰值电流、脉冲宽度和脉冲间隔3个工艺电参数的最优值,以实现工件表面粗糙度最小化和切割速度最大化的优化目标。采用将Jensen递归法与快速排序法相结合的算法代替原有的排序算法,以及在算法中添加删选规则对传统的NSGA-II算法进行改进,以增加种群的多样化,减少算法运算时间,提高算法效率。仿真结果表明,采用改进的NSGA-II算法仿真得到的工件表面粗糙度和切割速度的最优值更优于传统算法,收敛精度更高;而且改进算法的仿真结果更接近金属玻璃电火花加工的实际加工结果,对于加工过程的优化更为可靠,这对实际生产应用具有更好的参考意义。

为探究热缩刀杆的装刀疲劳特性,利用ANSYS软件分析了热缩刀杆装夹过程中的热应力与接触应力,并综合两者选定危险区对其进行了疲劳分析。试制了一种数控热缩刀杆装刀疲劳试验装置,实现了对热缩刀杆进行自动化装夹;在该装置上每装夹500次热缩刀杆后,用热缩刀杆进行一次铣削试验,采集和分析加工时工件的振动信号并测量和分析工件表面粗糙度,分析不同装夹次数下热缩刀杆加工性能的变化,对比验证有限元疲劳分析的准确性。

以磁流变阻尼器为制动器的磁流变假肢膝关节具有阻尼连续可调的优点,但如何使其具有较好的仿生性是限制磁流变假肢膝关节商业化发展的重要因素。基于健康人在平地行走的步态数据,建立单轴式磁流变假肢膝关节处于摆动相内的动力学模型。在传统比例微分（Proportional Derivative,PD）控制基础上,引入计算力矩（Computing Torque,CT）控制方法,提出CT+PD轨迹跟踪控制算法,并对单轴式磁流变假肢膝关节小腿摆动角度进行控制。介绍了CT+PD轨迹跟踪控制算法原理并对其稳定性进行分析。建立磁流变假肢膝关节控制系统,并将PD控制器与CT+PD控制器对比,仿真得到CT+PD控制器的最大绝对误差为4.6°,而PD控制器的最大绝对误差为12.3°,证明了CT+PD轨迹跟踪控制对磁流变假肢膝关节轨迹跟踪的有效性。

研究了基于马氏田口度量的滚动轴承故障诊断特征变量降维优化问题,提出一种新的混合马氏田口系统变量筛选方法。首先,计算马氏田口距离误分类率的加权和,建立变量筛选的混合整数线性规划模型;其次,运用Gompert二进制粒子群优化算法求解最优的滚动轴承故障诊断特征变量组合;最后,与标准二进制粒子群优化算法和二进制蚁群优化算法进行对比,结果表明,该方法能显著提高滚动轴承故障识别准确率和计算效率。

针对废旧汽车变速箱可重用性评价主观性较强且灵活性不足的问题,提出一种基于层次分析法-遗传算法（Analytic Hierarchy Process-Genetic Algorithm,AHP-GA）和三角模糊数的可重用性评价方法。建立废旧汽车变速箱可重用性的评价指标体系,利用AHP-GA确定各指标权重,运用三角模糊数进行等级评价,将权重与等级评价值综合,得到可重用性的综合评价值。通过对X型号废旧汽车变速箱可重用性进行评价,验证了该评价方法的有效性和实用性。

介绍了模糊PID（fuzzy-PID）双电机同步控制策略,构建模糊PID补偿器的偏差耦合结构,以SIEMENS S7-1200 PLC作为控制器,选用SIEMENS Smart1000 IE V3作为人机界面（Human Machine Interface,HMI）,选用台达VFD-M系列变频器,使用博途TIA软件进行主程序、模糊PID子程序和Modbus-RTU通信子程序的混合编程,使用WinCC flexible SMART V3组态软件设计HMI组态画面,通过HMI组态画面的实时监控,实现电机同步角速度偏差小、控制精度高、抗干扰能力强且运行状态可视化和控制智能化目的。

基于差分进化算法,建立了复合材料铝蜂窝夹芯筒优化设计程序。分析了优化设计的特点,针对基本差分进化算法自身的缺陷,对变异率和交叉率做出调整,提出一种改进的自适应差分进化算法,使得改进的算法具有较快的寻优速度和较好的全局搜索能力。开展了对复合材料铝蜂窝夹芯筒以质量最小为目标的优化设计。数值函数试验和工程仿真算例验证了改进的差分进化算法具有较好的全局收敛性,仿真结果表明,改进的算法较原算法可使铝蜂窝夹芯筒的质量减小15%。

盾构机施工过程中刀盘受到交变载荷作用导致中心刀座疲劳损伤,严重情况下损伤扩展会引起刀盘断裂,极易导致安全事故。为了精确科学地解决重载状态下中心刀座疲劳损伤寿命预测的问题,在分析滚刀破岩机理的基础上,基于中心刀座有限元模型,对刀座满载工况进行静力学分析并结合Q345材料疲劳特性S-N曲线和疲劳损伤累积准则,建立了中心刀座疲劳寿命（裂纹萌生寿命）预测模型;根据掘进参数,计算中心刀座疲劳寿命掘进里程,实现了中心刀座疲劳裂纹萌生的寿命预测。结果表明:中心刀座的损伤位置主要出现在其两侧焊缝处及中心刀座与刀轴的接触面处,预测的损伤位置与施工统计结果一致;以最大损伤位置计算的中心刀座疲劳寿命掘进里程为13.51 km。相关分析结果为中心刀座设计、施工检测等提供了科学依据。

在生产系统的生产质量和生产数量保证过程中,设备维修管理、统计过程控制及经济生产批量决策是3种存在相互影响作用的常用方法和手段。在分析三者相互影响机制的基础上,重点从维修管理和统计过程控制的集成优化、维修管理和经济生产批量的集成优化、统计过程控制和经济生产批量的集成优化及模型应用4个知识模块,对生产运行过程的系统维护、质量控制和生产规划集成优化及其应用问题研究现状进行了梳理和分析,并总结提出了未来研究的努力方向。

随着现代大型机械设备集成化和自动化程度的不断提高,设备故障诊断领域中存在的数据量大、数据类型多和特征提取困难等问题愈加凸显,对传统的诊断方法提出了挑战。深度置信网络（Deep Belief Network,DBN）凭借其在特征提取与模式识别方面的优势,成为大数据背景下机械设备故障诊断领域中的利器。在阐述DBN实现机械设备故障诊断原理的基础上,分析和总结了该模型在滚动轴承、齿轮箱和旋转机械系统故障诊断中的研究进展,最后对DBN在实现机械设备故障诊断方面面临的挑战和未来值得深入的研究方向进行了探讨与展望。