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分数阶柔性空间学习的轴承故障诊断方法

机械科学与技术 2024年

作者：苏树智秦子倪朱彦敏安徽理工大学计算机科学与工程学院安徽理工大学机电工程学院

由于原始高维数据中的异常值和噪声信息导致样本协方差矩阵偏离真实值，削弱了学习特征的类可分性。针对该问题提出了一种分数阶柔性空间学习（Fractional-order Flexible Space Learning， FFSL）的轴承故障诊断方法。在该方法中，通... 详细信息

由于原始高维数据中的异常值和噪声信息导致样本协方差矩阵偏离真实值，削弱了学习特征的类可分性。针对该问题提出了一种分数阶柔性空间学习（Fractional-order Flexible Space Learning， FFSL）的轴承故障诊断方法。在该方法中，通过最小化局部和最大化全局目标函数获得敏感的低维判别特征子集，减少高维数据异常值的影响；然后对拉普拉斯矩阵进行特征值分解，采用分数阶策略对特征值进行修正，构造分数阶柔性空间学习目标函数，增强学习特征的类可分性。该方法减少了样本协方差矩阵偏离真实值的影响，提高了特征提取的有效性。在Paderborn和美国凯斯西储大学轴承数据集上的实验结果表明，FFSL具有优越的故障诊断性能。

关键词：特征提取分数阶柔性空间学习故障诊断

GA-BP-ANN耦合RSM优化表面机械滚压1060铝表面粗糙度

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表面技术 2024年

作者：柳想王成汪森辉孙坤费树辉李保坤邓海顺沈刚安徽理工大学机电工程学院

目的优化表面机械滚压工艺参数组合，获得最小表面粗糙度。方法基于气压驱动表面机械滚压实验平台，以1060铝棒为研究对象，采用响应面法（RSM）设计试验研究驱动压力、滚压道次、试样转速对受滚压铝棒试样表面粗糙度的影响规律，并利... 详细信息

目的优化表面机械滚压工艺参数组合，获得最小表面粗糙度。方法基于气压驱动表面机械滚压实验平台，以1060铝棒为研究对象，采用响应面法（RSM）设计试验研究驱动压力、滚压道次、试样转速对受滚压铝棒试样表面粗糙度的影响规律，并利用遗传算法结合反向传播人工神经网络（GA-BP-ANN）机器学习模型预测不同工况参数组合对应的表面粗糙度，并通过实验对该模型进行了有效性验证。基于GA-BP-ANN预测结果，在给定参数范围内构造多个随机小范围响应面，通过分析这些随机小范围RSM优化结果的聚集程度，实现GA-BP-ANN耦合RSM优化。结果通过单个响应面优化的最佳工艺参数组合为0.074MPa的驱动压力、5个滚压道次、435.4r/min的试样转速，预测的表面粗糙度（Ra）为0.45μm，但该工况下实验测量的表面粗糙度为0.53μm，且非最小值；而GA-BP-ANN耦合RSM优化的工况组合为0.073MPa的驱动压力、4个滚压道次、286.9r/min的试样转速，预测的表面粗糙度为0.31μm，相同工况下实验测量结果为0.36μm。结论与单个RSM优化结果相比，采用GA-BP-ANN耦合RSM能够更加有效地优化气压驱动表面机械滚压工艺参数组合，获得更小的表面粗糙度。

关键词：表面粗糙度表面机械滚压 1060铝响应面法 GA-BP-ANN

行星传动系统均载与动载系数试验测量改进设计

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哈尔滨工程大学学报 2024年第2期45卷 359-366页

作者：胡升阳沈刚方宗德关亚彬侯祥颖安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001 西北工业大学机电学院陕西西安710072 燕山大学机电工程学院河北秦皇岛066004 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

试验测量行星传动系统均载与动载系数的精准度是评价系统动态性能的基础。针对现有行星传动系统均载与动载系数测量方法存在灵敏度与精度欠佳、系数测试算法缺失、测试应力点存误等问题,本文提出了一种方便、实用且具有高精度的行星传... 详细信息

试验测量行星传动系统均载与动载系数的精准度是评价系统动态性能的基础。针对现有行星传动系统均载与动载系数测量方法存在灵敏度与精度欠佳、系数测试算法缺失、测试应力点存误等问题,本文提出了一种方便、实用且具有高精度的行星传动系统均载与动载系数测试方法,定义了系统系数的测试算法与概念,明确了精确应力测试位置点及不同位置间差异性,采用应变片电桥传感器串并联设计,实现了拉压应力叠加、温度补偿以及繁琐标定免除等优点,为精准测取行星传动系统均载与动载性能提供了重要的理论基础和技术手段。

关键词：行星轮系齿根应力测试算法贴片方式试验测量信号分析均载系数动载系数

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基于倾转电机的可折翼的水空两栖无人机设计与实现

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机械工程学报 2024年第2期60卷 272-286页

作者：刘阳王开松唐威秦可成张涛杨展邹俊安徽理工大学机械工程学院淮南232001 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310058 浙江科技学院机械与能源工程学院杭州310023

由于兼具着水下航行与空中飞行能力,近年来水空两栖无人机走入人们的视角。针对现有水空无人机面对复杂场景(水空界面、室内等)无法发挥作用的问题,提出一种结合旋翼机、固定翼与折翼机构的水空两栖无人机。设计一种基于倾转电机的三旋... 详细信息

由于兼具着水下航行与空中飞行能力,近年来水空两栖无人机走入人们的视角。针对现有水空无人机面对复杂场景(水空界面、室内等)无法发挥作用的问题,提出一种结合旋翼机、固定翼与折翼机构的水空两栖无人机。设计一种基于倾转电机的三旋翼机构与基于舵机操控的折翼机构,利用倾转机构与折翼机构来实现固定翼与旋翼的模式切换以达到鸟类的飞行状态。对于自然界内的鸟类来说,翅膀的控制是十分重要的。在空中绝大部分鸟类都是利用翅膀的收折来控制飞行的转向与高度;当鸟类将要入水或者已经入水时,许多鸟类都是将翅膀完全收起以减小阻力面积来入水或者在水下运动。效仿鸟类收翅原理来设计折翼结构与倾转旋翼结构,使水空两栖无人机可实现旋翼与固定翼自由变换。为验证结构的可靠性,对无人机结构进行理论分析与仿真试验,以及空中与水下等复杂场景试验,试验结果表明,该无人机在空中可实现旋翼与固定翼的自由切换,在水下可实现水空界面的跨介质飞行,这些结果验证了方案的可行性与有效性。

关键词：跨介质无人机倾转旋翼折翼设计

考虑材料形变的旋风铣削螺纹工件表面粗糙度建模

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浙江大学学报（工学版） 2024年第4期58卷 761-771页

作者：刘超黄尊鹏黄绍服安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究所安徽芜湖241003 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

表面粗糙度对工件的耐磨性、疲劳强度和接触刚度有重要影响,在金属切削过程中,表面粗糙度受到工件材料形变的影响.根据赫兹弹性接触理论,建立工件材料形变的弹性回复高度模型.基于摩擦磨损计算原理,提出工件材料形变的塑性变形高度模型... 详细信息

表面粗糙度对工件的耐磨性、疲劳强度和接触刚度有重要影响,在金属切削过程中,表面粗糙度受到工件材料形变的影响.根据赫兹弹性接触理论,建立工件材料形变的弹性回复高度模型.基于摩擦磨损计算原理,提出工件材料形变的塑性变形高度模型.分析刀具-工件接触运动,建立工件表面的残留高度模型.结合工件材料形变和残留高度的影响,建立滚珠丝杠旋风铣削表面粗糙度理论模型.通过旋风铣削试验验证表面粗糙度模型,结果表明理论模型值与试验值吻合良好.分析切削参数(切削速度、最大切削深度和刀具个数)对表面粗糙度的影响,揭示工件材料形变与表面粗糙度的关系.

关键词：表面粗糙度材料形变旋风铣削滚珠丝杠塑性变形弹性回复

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基于扩张滑模观测器的电液伺服系统鲁棒控制

浙江大学学报（工学版） 2024年第3期58卷 611-621页

作者：臧万顺沈刚赵军臧克江青岛理工大学信息与控制工程学院山东青岛266520 安徽理工大学安徽省煤矿安全采掘装备制造业创新中心安徽淮南232001 安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 山东科技大学交通学院山东青岛266590 龙岩学院物理与机电工程学院福建龙岩364012

为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并... 详细信息

为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并结合等值注入原理及饱和函数进行合理优化.利用系统不确定性的估计值,在反步控制设计中引入障碍Lyapunov函数,将系统的跟踪误差约束在一定范围内,结合参数自适应律,提高系统控制性能.为了验证所提控制方法的性能,在MATLAB/Simulink软件平台构建仿真模型,进一步地,搭建电液伺服系统实验台及实时控制系统,进行仿真和实验验证.结果表明所提方法的性能优于基于障碍Lyapunov函数的反步控制器及传统的反步控制器.

关键词：电液伺服系统系统不确定性扩张滑模观测器参数自适应障碍Lyapunov函数反步控制

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航空发动机多支撑附件系统振动传递路径分析

航空学报 2024年第4期45卷 51-66页

作者：朱清玉韩清凯王维民江志农大连理工大学机械工程学院大连116024 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 北京化工大学机电工程学院北京100029

附件系统是航空发动机的重要组成部分,发动机过度振动常常会造成附件结构的局部破坏。针对某航空发动机具有多个安装结构支撑的滑油箱系统,开展不同飞行状态(空中慢车、巡航以及最大工作转速状态)下滑油箱振动传递路径分析(TPA)。首先,... 详细信息

附件系统是航空发动机的重要组成部分,发动机过度振动常常会造成附件结构的局部破坏。针对某航空发动机具有多个安装结构支撑的滑油箱系统,开展不同飞行状态(空中慢车、巡航以及最大工作转速状态)下滑油箱振动传递路径分析(TPA)。首先,基于TPA基本原理,建立了多支撑滑油箱系统TPA有限元模型,并验证了模型的有效性。然后,基于某发动机实测滑油箱振动载荷谱,仿真分析了滑油箱多个目标点的振动响应。进一步地,基于仿真TPA方法,比较研究了不同飞行状态下安装结构对滑油箱振动响应的贡献量大小。结果表明,在N1、N2及2N1处,滑油箱振动响应相对较大;在空中慢车和巡航状态,安装结构不同振动传递方向对目标点振动响应贡献量排序为Y>X>Z;在最大工作转速状态,不同安装结构Y向和X向振动传递方向对目标点振动响应贡献量相对较大。最后,通过降低主要传递路径的传递函数和工况载荷,滑油箱振动响应分别下降了1.5、2.8 dB。本文所使用的TPA分析方法可用于指导航空发动机复杂多支撑外部附件系统的动力学设计。

关键词：附件系统传递路径分析仿真TPA 传递函数逆矩阵法动力学设计

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柔性内齿圈啮合特性及动态性能对比分析

重庆大学学报 2024年

作者：胡升阳王世宇沈刚曾云方宗德天津大学机械工程学院安徽理工大学机电工程学院浙江通力传动科技有限公司西北工业大学机电学院

内齿圈作为行星齿轮传动系统的关键部件，对行星传动系统的均载和动载特性具有至关重要的作用。柔性内齿圈行星轮系借助齿圈自身柔性，可显著补偿由于系统部件加工误差和安装误差所导致的各行星轮传递扭矩的不均匀性。本文深入剖析柔性... 详细信息

内齿圈作为行星齿轮传动系统的关键部件，对行星传动系统的均载和动载特性具有至关重要的作用。柔性内齿圈行星轮系借助齿圈自身柔性，可显著补偿由于系统部件加工误差和安装误差所导致的各行星轮传递扭矩的不均匀性。本文深入剖析柔性内齿圈结构特性，对比表明柔性内齿圈较传统齿圈结构具备更加优良的柔性，可改善系统均载与动载性能，但同时也存在齿面接触应力偏载、应力分布不均匀、承载传动误差波动幅值增大以及结构应力集中等弊端，相关解析结果可为明确柔性齿圈设计及改良齿圈结构提供理论支持。

关键词：行星轮系柔性齿圈啮合特性结构特性动态性能

hBN含量对hBN/聚氨酯丙烯酸酯复合材料力学和摩擦学性能的影响

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机械工程材料 2024年第9期48卷 74-80页

作者：胡海霞刘正果安徽理工大学机电工程学院淮南232001

采用硅烷偶联剂KH550对六方氮化硼(hBN)纳米颗粒进行表面改性处理,利用立体光刻技术制备不同质量分数(0.05%,0.10%,0.15%,0.20%)hBN改性聚氨酯丙烯酸酯(hBN/PUA)复合材料,研究了hBN含量对复合材料力学性能和干摩擦磨损性能的影响。结果... 详细信息

采用硅烷偶联剂KH550对六方氮化硼(hBN)纳米颗粒进行表面改性处理,利用立体光刻技术制备不同质量分数(0.05%,0.10%,0.15%,0.20%)hBN改性聚氨酯丙烯酸酯(hBN/PUA)复合材料,研究了hBN含量对复合材料力学性能和干摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着hBN含量的增加,复合材料的拉伸和弯曲强度均先增再降,稳定摩擦因数和磨损质量损失均先减后增;当hBN的质量分数为0.10%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度最大,相较于纯PUA分别提高35.87%和36.92%,稳定摩擦因数和磨损质量损失均最小,与纯PUA相比分别降低31.03%和45.83%,此时复合材料的力学性能和耐磨性能最佳。当hBN的质量分数不高于0.10%时,hBN颗粒均匀地分布在PUA基体中,阻碍裂纹扩展,因此复合材料强度和耐磨性提高;当hBN质量分数大于0.10%时,hBN颗粒发生团聚,导致应力集中,强度和耐磨性能降低。

关键词： hBN/PUA复合材料拉伸性能弯曲性能干摩擦磨损性能