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CFRP砂轮高速外圆磨削稳定性分析

航空制造技术 2024年第8期67卷 76-84页

作者：秦鹏冯伟刘斐张霖杨淮文曹乐张国建河南工业大学郑州450001 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室郑州450001 白鸽磨料磨具有限公司郑州450199

为分析不同影响因素对CFRP砂轮高速外圆磨削稳定性的影响,采用铁木辛柯梁理论对具有阶梯特征的工件进行动力学分析,结合锤击试验测得砂轮动态特性,对高速磨削过程中的砂轮-工件两自由度系统进行了磨削稳定性分析。在对阶梯工件进行动力... 详细信息

为分析不同影响因素对CFRP砂轮高速外圆磨削稳定性的影响,采用铁木辛柯梁理论对具有阶梯特征的工件进行动力学分析,结合锤击试验测得砂轮动态特性,对高速磨削过程中的砂轮-工件两自由度系统进行了磨削稳定性分析。在对阶梯工件进行动力学分析的过程中,发现阶梯特征对于动态特性的影响较小,误差小于2%。在稳定性分析中发现,不同的砂轮转速和不同的工件磨削位置均会影响磨削稳定性。磨削位置越靠近工件中心,工件刚度越弱,磨削稳定性降低易诱发颤振;而在靠近顶尖支撑的位置,由于工件刚度增强,该位置的磨削稳定性将同时受到工件和砂轮的动力学性能的影响。通过磨削试验验证了分析方法的有效性,试验结果表明,工件磨削位置的刚度差异将会影响加工表面质量,由磨削失稳导致的粗糙度增幅可达51.6%。

关键词： CFRP砂轮高速磨削阶梯工件铁木辛柯梁理论磨削稳定性分析

点阵结构单元力学性能及在结构轻量化设计中的应用

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机电工程 2024年第7期41卷 1276-1284页

作者：申会鹏张天宇李行雨韩春阳郭家宝河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室河南郑州450001

针对特定功能点阵结构实现结构轻量化设计的问题,利用拓扑优化方法,构建了点阵结构单元构型。首先,从实际载荷工况特征出发,构建了初始设计模型,根据拓扑优化思想,设计出了符合力学性能特性的创新点阵结构单元谱;其次,采用有限元分析方... 详细信息

针对特定功能点阵结构实现结构轻量化设计的问题,利用拓扑优化方法,构建了点阵结构单元构型。首先,从实际载荷工况特征出发,构建了初始设计模型,根据拓扑优化思想,设计出了符合力学性能特性的创新点阵结构单元谱;其次,采用有限元分析方法,获取了点阵结构单元的力学性能,提出了以比刚度为指标的单元性能评价方法,得到了点阵结构的力学性能规律;然后,建立了典型点阵结构单元比例试件,进行了力学实验分析,通过实验数据对比,对点阵结构单元性能规律的准确性进行了验证;最后,将点阵结构性能规律应用于汽车发动机连杆的结构轻量化设计中,通过分析汽车发动机连杆的载荷特征来匹配点阵结构单元谱,填充了相应的点阵结构。研究结果表明:填充后的连杆体积减少了45%,而比刚度提高了90%,验证了点阵结构单元数据库的有效性和实用性。该点阵结构单元数据库能够为复杂零件的结构轻量化设计提供有力的科学依据。

关键词：点阵结构力学性能数值模拟实验测试轻量化设计

不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

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机电工程 2024年第3期41卷 438-444页

作者：张义彬刘保国刘彦旭励精为治河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室河南郑州450001

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维... 详细信息

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法。首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证。研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考。

关键词：转子-支承系统不确定转子系统动力学降阶模型非线性系统散度参数辨识非参数建模方法矩阵降阶方法

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裂纹故障下的行星轮系唯象建模及其故障诊断

机械传动 2024年第7期48卷 19-29页

作者：刘宗尧毛世祥王亚东朱文良刘保国刘士华河南工业大学河南省超硬磨料磨削装备重点实验室河南郑州450001 河南工业大学机电工程学院河南郑州450001

故障机制是故障诊断的基础,动态建模是研究故障机制的重要手段。现有的行星轮系动态建模主要包括动力学建模和唯象建模两方面。动力学建模难度大,且更多关注单个零部件的动力学特性;唯象建模则从宏观层面对系统特性进行描述。因此,建立... 详细信息

故障机制是故障诊断的基础,动态建模是研究故障机制的重要手段。现有的行星轮系动态建模主要包括动力学建模和唯象建模两方面。动力学建模难度大,且更多关注单个零部件的动力学特性;唯象建模则从宏观层面对系统特性进行描述。因此,建立行星轮系振动唯象模型,对行星轮系故障机制研究大有裨益。齿根裂纹是行星轮系中常见的故障类型之一。为此,建立了行星轮系正常与裂纹故障下的振动唯象模型,基于冲击动力学理论,计算了轮齿进入啮合时的啮合冲击力及其对动载因数的影响;在此基础上,建立了考虑啮合冲击影响的行星轮系振动唯象模型,得到了正常、太阳轮裂纹、行星轮裂纹等不同健康状态下的振动唯象模型响应;采用均方根、峭度等统计指标对模型响应进行分析,对比了各项统计指标在反映裂纹故障状态时的敏感性。结果表明,峭度可以作为有效反映行星轮系裂纹故障的指标之一。

关键词：故障机制行星轮系故障诊断齿根裂纹唯象建模

状态空间方法的多级机构运动方案自动生成方法

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机电工程 2024年

作者：郭家宝申会鹏韩春阳韦留建张旭鹏王德伦河南工业大学机电工程学院河南省超硬磨料磨削装备重点实验室大连理工大学机械工程学院

针对机构传动方案的多样化设计与自动生成问题，提出了一种串并联机构方案及串并联混合联接机构方案的设计方法。首先，基于状态变换理论，利用状态变换矢量和矩阵表达了基本机构的输入、输出运动及机构的运动形式，以及机构输入和输出... 详细信息

针对机构传动方案的多样化设计与自动生成问题，提出了一种串并联机构方案及串并联混合联接机构方案的设计方法。首先，基于状态变换理论，利用状态变换矢量和矩阵表达了基本机构的输入、输出运动及机构的运动形式，以及机构输入和输出运动的运动方式；然后，根据状态变换矩阵之间的乘积与矩阵之和，表达了机构之间的串联、并联和串并联混合联接的组合，并根据矩阵的分解规则与基本机构单元库，系统生成了不同的串并联及混合联接的机构设计方案；其次，为了实现串并联机构设计过程的自动化，开发了计算机辅助设计平台，该平台集成了MATLAB App Designer和SolidWorks，对设计方案进行了创建和评估，自动化地保证了复杂机构布局生成的准确和效率；最后，通过一个涉及打印机传动机构的案例研究，验证了该设计方法的有效性。研究结果表明：该设计方法具有通用性，在组成机构分解与不分解两种情景下，可分别计算出69 984种设计方案和1 432 922 400种设计方案，验证了该方法对机构方案多样化设计的有效性。该设计方法为解决机构方案多样化设计提供了新途径。

关键词：机构传动方案设计多样化设计串联机构并联机构串并联混联机构计算机辅助设计

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基于力传感器的刚性转子动平衡实验方法

机电工程 2024年第7期41卷 1223-1230页

作者：申会鹏韩春阳郭家宝张天宇李行雨邱俊河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室河南郑州450001 贝尔数据科技(大连)有限公司辽宁大连116024

针对刚性转子动平衡问题,提出了一种基于拉压力传感器的综合实验平衡方法。首先,基于动平衡原理,构建了转子不平衡等效模型,求解了理论不平衡量,确保了实验的严谨性和合理性;然后,进行了结构设计、仪器与设备选择,搭建了转子动平衡实验... 详细信息

针对刚性转子动平衡问题,提出了一种基于拉压力传感器的综合实验平衡方法。首先,基于动平衡原理,构建了转子不平衡等效模型,求解了理论不平衡量,确保了实验的严谨性和合理性;然后,进行了结构设计、仪器与设备选择,搭建了转子动平衡实验平台以保障测试数据的稳定性和可重复性;最后,利用该平台,采集了力学性能数据,分析了轴系不平衡量的幅值和相位,采用了添加平衡质量的方式进行了转子动平衡实验,对基于拉压力传感器的综合实验平衡方法的可行性和有效性进行了验证。研究结果表明:平衡前左右两端不平衡质量幅值分别为2.2 kg、-3.8 kg,平衡后左右两端不平衡质量幅值分别为1.2 kg、-1.4 kg,转子系统不平衡量减小1.4 kg,平衡率为87.5%,这说明拉压力传感器和编码器相互配合以消除不平衡量的方法具有可行性。该实验平台使用拉压力传感器和编码器精确测量不平衡质量和相位,为解决旋转机械动平衡问题提供了新思路,有助于提高旋转机械的运行效率,并延长其使用寿命。

关键词：刚性转子动平衡等效模型拉压力传感器编码器转子系统不平衡量幅值和相位

基于深度强化学习的柔性作业车间节能调度研究

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工业工程 2024年第1期27卷 78-85,103页

作者：张中伟李艺高增恩武照云河南工业大学机电工程学院河南省超硬磨料磨削装备重点实验室河南郑州450001

针对当前柔性作业车间节能调度研究无法充分利用历史生产数据,且对复杂、动态、多变的车间生产环境适应性不足的问题,引入深度强化学习思想,利用具有代表性的深度Q网络(deep Q-network,DQN)求解柔性作业车间节能调度问题。将柔性作业车... 详细信息

针对当前柔性作业车间节能调度研究无法充分利用历史生产数据,且对复杂、动态、多变的车间生产环境适应性不足的问题,引入深度强化学习思想,利用具有代表性的深度Q网络(deep Q-network,DQN)求解柔性作业车间节能调度问题。将柔性作业车间节能调度问题转化为强化学习对应的马尔科夫决策过程。进而,提炼表征车间生产状态特征的状态值作为神经网络输入,通过神经网络拟合状态值函数,输出复合调度动作规则实现对工件以及加工机器的选择,并利用动作规则与奖励函数协同优化能耗。在3个不同规模的案例上与非支配排序遗传算法、超启发式遗传算法、改进狼群算法等典型智能优化方法进行求解效果对比。结果表明,DQN算法有较强的搜索能力,且最优解分布情况与提出的柔性作业车间节能调度模型聚焦能耗目标相一致,从而验证了所用DQN方法的有效性。

关键词：柔性作业车间节能调度深度强化学习深度Q网络马尔科夫决策

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不同磨料砂轮磨削GCr15的磨削性能研究

佳木斯大学学报（自然科学版） 2024年第6期42卷 72-75页

作者：祝小威刘斐张霖董德胜高秋菊孙龙冯伟白鸽磨料磨具有限公司河南郑州450199 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室(河南工业大学) 河南郑州450001

砂轮的磨削性能直接影响了轴承钢的磨削加工质量。为了研究不同磨料砂轮磨削轴承钢GCr15的磨削性能,选取了WA,PA和SG等3种不同磨料砂轮开展磨削试验,从磨削比、磨削功率、工件表面粗糙度、砂轮形貌等方面对砂轮磨削性能进行了对比。结... 详细信息

砂轮的磨削性能直接影响了轴承钢的磨削加工质量。为了研究不同磨料砂轮磨削轴承钢GCr15的磨削性能,选取了WA,PA和SG等3种不同磨料砂轮开展磨削试验,从磨削比、磨削功率、工件表面粗糙度、砂轮形貌等方面对砂轮磨削性能进行了对比。结果表明:不同的磨料砂轮在磨削轴承钢时的磨削性能各不相同,其中WA砂轮磨削表面质量最高,PA砂轮的磨削比最高,两者的表面黏屑状态高于SG砂轮,但后者的锋利性更高。分析结果对于合理选择轴承磨削砂轮提供了参考。

关键词：砂轮 GCr15 磨削性能

基于机构和机器组成原理的机构结构化正向设计方法

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机电工程 2024年第7期41卷 1135-1148页

作者：申会鹏郭家宝韩春阳李行雨张天宇王德伦河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室河南郑州450001 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

针对功能需求到结构方案的创新设计问题,提出了一种基于机构和机器组成原理的机构结构化正向设计方法。首先,基于状态变换空间方法,建立了基本机构单元库,设计了机构构型与尺度,求解了机构的多样化运动方案;然后,根据运动副的约束类型... 详细信息

针对功能需求到结构方案的创新设计问题,提出了一种基于机构和机器组成原理的机构结构化正向设计方法。首先,基于状态变换空间方法,建立了基本机构单元库,设计了机构构型与尺度,求解了机构的多样化运动方案;然后,根据运动副的约束类型和性质,建立了运动副的几何约束构型,利用优化设计方法,设计了运动副结构方案;研究了复合构件的载荷、约束与结构尺度的关系模型,提出了复合构件的概念单元设计方法,设计了执行与传动机构及驱动构件;最后,遵循零件性能(强度、刚度)要求与工艺性准则,建立了机构单元结构及整机结构设计方法,并使用压力机进行了案例验证。研究结果表明:根据设计方法可得到5种一级机构、105种二级机构、735种三级机构及6种移动副方案和15种回转副方案,组合设计出的压力机方案可满足设计要求,验证了该方法的有效性,证明该机构结构化正向设计方法可为解决机构和机器创新设计问题提供新途径,缩短设计周期。

关键词：机构单元库机构构型与尺度几何约束构型机构单元概念单元设计模块化设计