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机电工程
机电工程

罗向阳

月刊

1001-4551

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310009

浙江省杭州市大学路高官弄9号

机电工程/Journal Mechanical & Electrical Engineering Magazine北大核心CSTPCD
查看更多>> 《机电工程》杂志系：中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊) ，创刊于1971年，由浙江大学与浙江省机电集团（原浙江省机械工业厅）联合主办，是一份在国内有较高影响力、历史悠久的机电技术领域的专业性科技期刊。以报道机械、仪表技术，机电一体化技术、自动化技术及其应用为特色。《机电工程》杂志是中国机械工程学会优秀期刊，《中国学术期刊（光盘版）检索与评价数据规范》（CAD-CJ）执行规范优秀期刊，浙江省精品科技期刊。 中国学术期刊影响因子年报-自然科学与工程技术2011版显示：复合影响因子为0.748，影响因子列机械工程学科第8位（总计86种）。
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    某航空电机球轴承过热失效分析与改进研究

    李世理张文虎李心庆赵磊...
    747-760页
    查看更多>>摘要：某航空电机在运转实验过程中出现异常噪音,拆解后发现电机轴系两端支撑球轴承已发生过热失效,出现润滑脂碳化、保持架断裂和内外套圈磨损等现象.为了解决某航空电机球轴承出现过热失效的问题,对电机轴系两端轴承进行了失效分析,并提出了改进方案.首先,根据经验对电机轴系两端球轴承进行了故障分析,并提出了多个结构改进方案;然后,采用COBRA AHS软件建立了热-应力耦合的航空电机轴承-转子仿真分析模型,分别对不同的改进方案进行了接触应力和温度场分析;最后,对比了不同条件下的仿真分析结果,得到了轴承过热失效机理,并提出了相应改进方案,结合实验对改进方案进行了验证.研究结果表明:转轴受热变形是导致该航空电机球轴承过热失效的主要原因,转轴受热变形后挤压两端轴承,使得滚动体与滚道之间最大接触应力可达2512.0 MPa;过载条件下,加剧了轴承摩擦生热,导致温度急剧上升,最高可达219.2℃,润滑脂因高温碳化失效,不良的润滑条件使轴承早期失效;将电机两端支撑轴承由深沟球轴承更换为角接触球轴承后,两端轴承最高温度为 96.6℃,最大接触应力为1866.1 MPa,即降低了轴承工作温度,提高了轴承轴向承载能力,电机运转寿命超过1200 h.

    电机运转寿命球轴承轴承过热失效机理转轴受热变形角接触球轴承接触应力和温度场分析润滑脂碳化

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    基于机器视觉的轴承缺陷检测研究进展

    郭渊周俊
    761-774页
    查看更多>>摘要：机器视觉是一种用机器替代人眼进行测量和检测的技术,这种技术应用于缺陷检测具有效率高、速度快、成本低等优点,许多学者将其应用在不同领域(农业、航空航天等),并取得了较好的成果,目前轴承领域也逐渐采用该检测方法.因此,需对应用于不同轴承缺陷及机器学习、深度学习下的轴承缺陷检测算法进行综述,并对其缺陷检测算法的性能进行分析归纳及对比.首先,探讨分析了轴承缺陷形成的磨损机理,并详细介绍了轴承常见磨损形式(腐蚀磨损、疲劳磨损、黏着磨损、滚道磨损等);然后,分别介绍了基于机器学习和深度学习的检测算法的区别及特点;其次,列举了机器学习的算法及深度学习的算法用于轴承缺陷检测的研究应用与分析,主要包括机器学习的人工神经网络、主成分分析、支持向量机等,及深度学习的单阶段和双阶段目标检测算法的应用;最后,为了促进深度学习算法用于轴承缺陷的诊断,针对具体问题提出了轴承缺陷检测的挑战和未来研究方向并给出了详细的建议,对机器视觉在轴承缺陷检测中的研究现状提出了总结与展望.

    机器视觉缺陷检测目标检测轴承研究现状人工神经网络主成分分析支持向量机

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    考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性研究

    姜春雷樊智敏姜宇孙旭睿...
    775-785页
    查看更多>>摘要：针对目前双渐开线齿轮(DIG)研究过程中齿廓磨损对双渐开线齿轮动态特性的影响问题,对考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性进行了研究.首先,进行了双渐开线齿轮接触线长度与齿面载荷计算,考虑相对滑移距离,建立了等效接触模型;然后,进行了双渐开线齿轮齿面累积磨损量、齿轮齿面累积磨损深度的计算,建立了双渐开线齿轮啮合刚度计算模型,进行了磨损故障的双渐开线齿轮刚度的计算;最后,以一对双渐开线齿轮为研究对象,采用集中质量法建立了 6 自由度动力学模型,研究了齿面磨损对双渐开线齿轮动力学特性的影响.研究结果表明:在运行 1×104 次载荷循环后,混合弹流润滑状态下,双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮(CIG)在节线附近齿根位置的最大累计磨损量差值为0.00207 μm,且双渐开线齿轮节线靠近齿顶位置的磨损小于普通渐开线齿轮的磨损;双渐开线齿轮系统在磨损后振动加速度幅值小于普通渐开线斜齿轮的幅值.通过对不同磨损情况下的时域响应进行研究,发现磨损导致双渐开线齿轮传动系统的振动幅值增大.

    机械传动双渐开线齿轮齿廓磨损混合弹流润滑动力学模型时域响应齿轮啮合刚度模态分析传动系统振动特性

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    基于DCNN网络及Self-Attention-BiGRU机制的轴承剩余寿命预测

    刘森刘美贺银超韩惠子...
    786-796页
    查看更多>>摘要：深度神经网络在剩余寿命预测(RUL)领域得到了广泛的应用.传统的滚动轴承寿命预测模型存在预测精确度较低、鲁棒性较弱的问题.为了进一步提升预测模型的精确度以及鲁棒性,提出了一种融合深度卷积神经网络(DCNN)、双向门控循环单元(BiGRU)以及自注意力机制(Self-Attention)三种模块的滚动轴承剩余使用寿命预测模型.首先,利用DCNN网络对原始振动信号的时域特征、频域特征进行了提取;然后,使用不确定量化的方法对提取到的特征进行了评价和筛选,利用筛选过后的特征构建了新的替代特征集;最后,利用Self-Attention-BiGRU网络对轴承的剩余使用寿命进行了预测,并在IEEE PHM2012 数据集上进行了验证.实验结果表明:相较于BiGRU、GRU和BiLSTM三种模型的预测结果,基于DCNN及Self-Attention-BiGRU方法的预测结果最优,两项误差值:平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)最低,其中工况一的一号轴承RUL预测的MAE值相较于BiGRU、GRU以及BiLSTM网络分别下降了7.0%、7.4%和6.5%,RMSE值相较于其他三种模型分别下降了7.6%、8.4%和6.9%,预测的Score值最高,分值为0.985.通过不同数据集的划分,证明了该方法在轴承RUL预测时的强鲁棒性.实验结果验证了基于DCNN网络及Self-Attention-BiGRU模型在轴承剩余使用寿命预测中的有效性.

    滚动轴承剩余使用寿命双向门控循环单元不确定量化自注意力机制深度卷积神经网络预测与健康管理

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    泵用机械密封织构端面干摩擦磨损仿真及试验研究

    王子起李双喜刘益江党杰...
    797-806页
    查看更多>>摘要：为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损,对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究.首先,采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型,基于Archard磨损理论,分析了不同织构分布间隔角度、边长和旋转角度下静环(石墨环)的磨损规律,得到了石墨环的磨损体积分布;然后,采用摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对不同织构参数的密封环进行了磨损试验,得到了密封环磨损前后的表面形貌和石墨环的磨损质量;最后,对比分析了仿真和试验结果,讨论了不同织构参数对石墨环磨损质量的影响以及织构的减磨机理.研究结果表明:织构凹槽可以在容纳磨粒磨屑的同时生成石墨转移膜进而减轻磨损;减轻密封环端面磨损要求织构面积合适,足够容纳磨粒磨屑,同时不过分增大表面粗糙度;织构分布间隔角度每增大5°且边长每减小0.1 mm,石墨环的磨损质量平均减少约7.83%和7.35%.织构旋转角度每增大15°,石墨环的磨损质量平均增大约4.25%.所得研究结果可为泵用机械密封的表面织构设计提供较好的理论支撑,并提升泵用机械密封的耐磨性能.

    泵机械密封表面织构石墨环磨损试验磨损质量ANSYSArchard磨损理论

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    基于CMMFDE与多传感器信息融合的旋转机械故障诊断研究

    程志平王潞红欧斌吴军良...
    807-816页
    查看更多>>摘要：采用单一传感器采集的振动信号难以准确描述旋转机械动态特性,导致提取的故障特征无法准确辨识旋转机械故障.针对这一缺陷,提出了一种基于复合多元多尺度波动散布熵(CMMFDE)、多传感器信息融合和哈里斯鹰算法优化极限学习机(HHO-ELM)的旋转机械故障诊断方法.首先,引入复合多元粗粒化处理,提出了CMMFDE方法,避免了传统单变量分析方法只能处理单一通道振动信号而导致特征的表征性能不足的缺陷,增强了故障特征的表征性能;随后,利用布置在旋转机械不同部位的传感器收集了多种类型的信号,组成混合多通道信号,并进行了CMMFDE分析,构建了故障特征;最后,采用HHO对极限学习机的参数进行了自适应优化,并对特征样本进行了训练和测试,完成了旋转机械的故障识别工作;利用齿轮箱、离心泵两种典型的旋转机械数据集进行了实验分析.研究结果表明:该方法对多个通道的信号进行分析时,所获得的准确率达到了100%和98%,优于对单个通道信号进行分析时获得的准确率,同时CMMFDE方法的准确率和特征提取时间均优于精细复合多元多尺度熵(RCMMSE)、精细复合多元多尺度模糊熵(RCMMFE)、精细复合多元多尺度排列熵(RCMMPE)、多元多尺度波动散布熵(MMFDE).

    旋转机械故障诊断齿轮箱离心泵复合多元多尺度波动散布熵哈里斯鹰优化极限学习机

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    AOA-CEEMDAN和融合特征在齿轮箱故障诊断中的应用

    马卫东刘子全姚楠朱雪琼...
    817-826页
    查看更多>>摘要：自适应噪声完备集成经验模态分解(CEEMDAN)的参数由于是人为设置的,从而会导致其信号的分解不彻底.针对这一问题,提出了一种基于算术优化算法(AOA)优化CEEMDAN、融合特征和随机森林(RF)的齿轮箱故障诊断方法.首先,采用AOA算法对CEEMDAN方法的关键参数进行自适应选取,并采用优化后的CEEMDAN方法对齿轮箱振动信号进行了分解,生成若干个本征模态函数(IMF);随后,利用相关系数准则选择了前4 阶IMF分量作为故障敏感分量;接着,利用由注意熵和散度熵组成的融合特征提取方法挖掘了故障敏感分量的故障特征,得到了故障敏感特征样本;最后,将表征齿轮箱故障特性的故障特征输入至RF多故障分类器中,建立了故障分类模型,完成了齿轮箱的故障识别;利用QPZZ-Ⅱ型齿轮箱数据集进行了实验,并将其结果与采用其他方法所得结果进行了对比.研究结果表明:相较于原始CEEMDAN,优化后的CEEMDAN能够更加准确地分解非线性齿轮箱振动信号,故障识别准确率提高了4％;相较于单一的故障特征,融合特征能够更加准确地表征齿轮箱的故障状态,故障识别准确率分别提高了3.2％和8％.基于AOA-CEEMDAN和融合特征提取以及RF分类器的故障诊断方法为齿轮箱的故障特征提取和故障诊断提供一种可行的思路和方案.

    齿轮箱本征模态函数算术优化算法自适应噪声完备集成经验模态分解随机森林

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    电液伺服双缸同步举升系统反步法控制研究

    高俊梁全王忠伟王星坤...
    827-835,861页
    查看更多>>摘要：针对电液伺服双缸同步系统的控制复杂、非线性强等问题,提出了一种反步控制算法,利用半实物仿真技术完成电液伺服同步系统的同步精度和反步法控制器的仿真验证工作.首先,对电液伺服双缸同步系统数学模型进行了研究,根据阀控缸基本方程和横梁动力学方程,推导了电液伺服同步系统非线性状态空间方程,利用坐标变换,将方程整理成矩阵形式以及严格反馈形式,满足了反步法控制律的应用条件;然后,根据李雅普诺夫稳定性理论和反步法控制原理,推导了电液伺服双缸同步系统的反步法控制律,编写了C语言程序设计反步法控制器;最后,由工控机和研华USB-4704 数据采集卡组成的半实物仿真平台,完成了电液伺服双缸同步系统反步法控制策略的试验.研究结果表明:反步法控制电液伺服双缸同步控制系统,相比于常规PID控制,液压缸实际位移与期望位移误差更小,单液压缸的位移跟踪误差从6.5 mm降低到 2.3 mm,减少 64.6%,双缸同步系统的最大同步误差从 0.25 mm降低到0.21 mm,减少了16%,设计的反步法控制器使双缸同步控制系统的控制精度和系统稳定性得到明显提升.

    阀控缸反步控制算法反步法控制器非线性状态空间方程横梁动力学方程半实物仿真

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    基于参数自适应的RSSD-CYCBD及在轴承外圈故障特征提取中的应用

    刘晖姚德臣杨建伟魏明辉...
    836-844页
    查看更多>>摘要：针对滚动轴承工作环境复杂、故障特征信号易被高强度噪声掩盖的问题,提出了基于参数自适应的共振稀疏分解(RSSD)和最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)的滚动轴承故障诊断方法.首先,利用人工大猩猩部队优化算法(GTO),结合相关系数与相关峭度的融合指标,自适应选择RSSD分解参数,得到了仿真信号的最优低共振分量;然后,利用GTO结合包络熵,自适应选择CYCBD的循环频率和滤波器长度,对最优低共振分量进行了解卷积运算,从包络谱中获得了信号的故障特征频率;最后,利用美国凯斯西储大学试验台和MFS-MG机械故障综合模拟试验台数据,综合验证了该方法的有效性,并将试验结果与RSSD-MCKD方法的结果进行了对比.研究结果表明,该方法能够准确地得到仿真信号的故障频率为20 Hz、美国凯斯西储大学试验台近似故障频率为107.5 Hz、MFS-MG试验台近似故障频率为87.6 Hz.自适应RSSD-CYCBD方法能够有效地识别出故障特征频率及其倍频,实现滚动轴承故障诊断的目的.

    滚动轴承故障诊断共振稀疏分解最大二阶循环平稳盲反卷积人工大猩猩部队优化算法包络熵高强度噪声

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    重载行星轮系安装误差对系统均载性能的影响

    郭世超李聚波杨建军信稳...
    845-852页
    查看更多>>摘要：行星轮安装误差的存在会导致行星轮系产生不均载问题,进而会影响减速器的传动性能和寿命.以往的研究未明确定义不同角度下的安装误差对系统均载性能的影响,并且关于多行星轮对系统均载影响的研究(在不同安装误差和不同输入功率下)也较少.为此,研究了实际应用中行星轮系安装误差对系统均载性能的影响.首先,以重载四行星轮系为研究对象,建立了行星轮径向和切向安装误差的综合误差表达形式;然后,基于轮系的传动模型,分析了单行星轮不同安装误差角和误差数值对系统均载的影响;最后,在单行星轮的基础上分析了不同工况和误差配置下多行星轮对系统均载的影响.研究结果表明:行星轮的切向安装误差对系统均载影响最大,径向安装误差对系统均载影响最小,当单行星轮安装误差数值为 60 μm,安装误差角θ从径向往切向方向靠近时,行星系统的均载系数增大了9.6%;误差绝对值越大,均载系数越大,当单行星轮安装误差数值从-30 μm到-60 μm时,系统的均载系数增大了4.6%;多行星轮存在切向安装误差对系统均载的影响可以用有效误差来衡量;齿轮承载范围内,随着输入功率的增大,安装误差对系统均载的影响逐渐减小.

    机械传动行星传动减速器变速器载荷分配行星轮安装误差均载特性

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