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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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    考虑游隙变化的圆柱滚子轴承疲劳寿命分析

    张珂胡凌宽阎卫增
    1317-1329页
    查看更多>>摘要：针对传统的轴承寿命计算方法难以探究工作径向游隙对圆柱滚子轴承寿命的影响问题,提出了一种圆柱滚子轴承工作游隙的理论计算模型和考虑工作径向游隙的轴承寿命计算模型.首先,研究了过盈配合、离心力、温度、径向载荷、动压润滑油膜对径向游隙的影响机制,建立了圆柱滚子轴承工作游隙理论计算模型;然后,根据轴承工作游隙理论计算模型,将最大滚动体载荷与轴承工作游隙联系起来,建立了考虑工作径向游隙的轴承寿命计算模型;最后,以 SFW250-8/850 卧式水力发电机主轴上的圆柱滚子轴承 SKF N324 为研究对象,针对标准中定义的五个原始径向游隙组,根据轴承工作游隙理论计算模型计算得到了五个工作径向游隙组,再根据考虑工作径向游隙的轴承寿命计算模型,分析了五个工作径向游隙组的载荷分布和寿命,以此确定最佳工作游隙组,模型结果与 ISO/TS 16281:2008 计算结果、RomaxDesigner仿真结果作对比,验证了计算模型的可靠性.研究结果表明:过盈配合对轻载和中载条件下轴承的径向游隙影响最大,变化量分别为-30.768 μm和-16.413 μm;温度对重载条件下轴承的径向游隙影响最大,变化量为-16.866 μm;轻载工况下游隙值为-43 μm时,承担载荷的滚子数量为 9 个,寿命达到最大值 48 187 h,径向游隙的变化会影响轴承接触应力分布和受载滚子数量,进而影响轴承的寿命,不同载荷下轴承的最佳工作游隙值不同;轴承寿命计算模型的计算结果与 ISO/TS 16281:2008 的计算结果误差为 3.48％,与 Romax仿真结果误差为 4.71％.该模型更贴近实际工况,可为轴承设计提供参考,并可根据实际工况选择合适的游隙来延长轴承使用寿命.

    滚动轴承滚柱轴承工作径向游隙原始径向游隙载荷分布轴承寿命计算模型过盈配合轴系温度场RomaxDesigner

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    考虑圆度误差的角接触球轴承温升特性研究

    马瑞翔余永健薛玉君刘永刚...
    1330-1341页
    查看更多>>摘要：以往有关于轴承温升特性的研究多注重轴承温升以及圆度误差对轴承振动的影响,其中圆度误差对轴承温升影响的文献较少,且研究对象多针对的是低速、轻载轴承的温升.为此,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型,研究了轴承沟道圆度误差对轴承温升的影响规律.首先,以轴承拟动力学、弹流润滑理论、传热学理论和基尔霍夫能量守恒定律为基础,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型;然后,利用模型分析了不同工况条件、圆度误差对轴承温升特性影响;最后,将模型计算结果与试验结果进行了比较,验证了角接触球轴承热-力耦合模型的合理性.研究结果表明:模型计算结果和实验结果相比,最大相对误差为 5.37％;随着圆度误差阶次的增加,轴承温度呈现波动性变化,且随着转速的增加,波动趋势愈加显著;随着润滑油温度的升高,温度波动逐渐减小;当圆度误差的阶次等于球数 n/2±2(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度比不考虑圆度误差时要低,因此将圆度误差控制在特定阶次内能有效降低轴承温升,从而提高工作效率;轴承外圈温度的波动性与外圈圆度误差的幅值成正比,为轴承设计提供了重要参考;外圈温度与沟道圆度误差阶次之间呈周期性变化,并与钢球的个数形成映射关系,当圆度误差阶次等于球数的(2n-1)/4 倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度达到最高;当圆度误差阶次等于球数的 n/2 倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度最低,这一规律可为轴承的优化提供具体参考方向.

    角接触球轴承热-力耦合模型轴承拟动力学模型轴承沟道圆度误差热网络法摩擦力矩温度波动

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    基于符号键合图的电静压伺服机构多故障诊断研究

    李世杰徐淼陈换过姚智敏...
    1342-1352页
    查看更多>>摘要：针对电静压伺服机构(EHA)服役时存在多种故障且难以诊断的问题,提出了一种考虑参数贡献度的符号键合图(SBG)故障诊断方法.首先,根据 EHA工作原理与键合图理论构建了键合图模型,设定了系统参数数值及分布标准差,再利用键合图模型推导了其解析冗余式(ARR),并构建了故障特征矩阵,将键合图模型转换为符号键合图模型,根据符号键合图元件之间的因果关系和一致性路径,推理出了 EHA可能故障集;然后,定义并计算了 EHA系统参数贡献度,筛选出了高贡献度系统参数,对可能故障集中难以引起解析冗余式残差数据变化的低贡献度系统参数进行了剔除,缩小了可能的故障参数范围;最后,利用键合图仿真软件 20-sim,通过改变 EHA中 Q轴电阻与电机磁通链的数值,进行了多故障仿真实验,对所提多故障诊断方法进行了验证.研究结果表明:当 EHA发生多故障时,将剔除低贡献度系统参数的可能故障集同传感器数据、解析冗余式残差数据进行结合,能准确诊断出预置的两个高贡献度故障参数,相比于常规 SBG 故障诊断的可能故障集,能更准确地锁定 EHA 系统故障参数.

    机电系统可靠性电静压伺服机构符号键合图解析冗余式可能故障集多故障诊断参数贡献度

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    大重合度组合齿廓非圆齿轮设计方法试验研究

    杜风娇刘建刚廖强
    1353-1363页
    查看更多>>摘要：为了解决组合齿廓非圆齿轮增大重合度问题,对组合齿廓非圆齿轮设计方法进行了研究.首先,提出了增大齿高系数,减小节曲线压力角、负变位的组合齿廓非圆齿轮设计方法,对变渐开线-不完全变摆线齿廓展开了大重合度组合齿廓设计,并对大重合度的非圆圆柱齿轮进行了设计;然后,分析了齿高系数、变位系数、节曲线压力角与非圆齿轮渐开线齿廓和变渐开线-不完全变摆线组合齿廓的重合度变化规律,制造了 2 种增大重合度的组合齿廓非圆齿轮;最后,测量了增大齿高系数和减小节曲线压力角的非齿轮齿侧间隙,并与标准的渐开线齿廓齿侧间隙进行了对比,开展了大重合度组合齿廓非圆齿轮传动比的测量试验,以及承载能力仿真对比分析(主动轮固定,从动轮添加 15N·m 扭矩).研究结果表明:组合齿廓非圆齿轮的齿侧间隙(减小节曲线压力角 0.106 mm,增大齿高系数 0.107 mm)明显小于渐开线齿廓非圆齿轮的齿侧间隙(0.173 mm);大重合度组合齿廓非圆齿轮的试验传动比与理论仿真传动比一致;减小节曲线压力角的大重合度齿廓设计方法承载能力(应力最大值157.5 MPa)最优,增大齿高系数的大重合度齿廓设计方法承载能力(应力最大值 213.2 MPa)最差.采用增大齿高系数,减小节曲线压力角的组合齿廓非圆齿轮设计方法来实现非圆齿轮的大重合度设计是可行的.

    大重合度组合齿廓渐开线齿廓非圆齿轮齿高系数变位系数节曲线压力角变渐开线-变摆线齿侧间隙

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    一种适用于轴承故障诊断半监督学习分类的多层图卷积注意力融合网络

    魏春虎程峰曾玉海杨世飞...
    1364-1375页
    查看更多>>摘要：图卷积网络的平滑运行会导致其无法通过深度网络堆叠捕获深层信息,为了解决这个问题,提出了一种适用于滚动轴承故障诊断半监督学习分类的多层图卷积注意力融合网络(MGCAN).首先,采用频域构图法将数据转换为图模型,捕获了数据的内在结构信息,将构建好的图数据输入网络,逐层提取特征信息,从浅层到深层逐步加深对数据特征的理解;然后,对每一层图卷积信息进行了有序拼接,同时引入了图注意力机制,使网络能够自动关注对分类任务比较重要的信息,从而提高了网络的性能和鲁棒性;最终,通过迭代学习,网络能够不断优化模型参数,对故障信息进行了准确识别;对不同工作条件下的滚动轴承进行了多次实验,并将该方法与传统的基于深度学习的方法进行了分析比较.研究结果表明:即使在标记数据只有 10％的前提下,采用该网络依旧能够达到 88％以上的识别准确度,并且适用于匀速和变速等不同的工况.上述结果证明,在选择适当方法保留多层图卷积中的有用信息后,深度图卷积网络可以成为诊断滚动轴承故障的一大利器.

    轴承故障诊断多层图卷积注意力融合网络多层图卷积信息图注意力机制k-近邻图深度学习识别准确度

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    基于自适应反步法的直驱式泵控液压系统控制策略

    王忠伟梁全张嘉容高俊...
    1376-1385页
    查看更多>>摘要：在闭式泵控伺服系统位置输出控制过程中,会出现非对称缸建模难、参数不确定性和控制算法调试困难等问题,为此,提出了一种自适应反步法控制策略(控制器),并采用半实物仿真平台对其可行性进行了验证.首先,推导了考虑单向阀和溢流阀的直驱式泵控非对称缸液压系统的数学模型;其次,采取引入向量的方式,将数学模型变成了严格反馈形式,以此设计了新的自适应反步法控制器,解决了参数不确定问题;最后,在 Linux+Preempt-RT半实物仿真平台下,完成了直驱式泵控非对称缸位置系统自适应反步法控制的阶跃信号、正弦信号和加入时变负载的正弦信号试验,并将其控制结果与传统 PID 控制结果进行了对比分析.研究结果表明:采用自适应反步法的控制器的稳态精度可以达到±3.98 mm,相比 PID 的控制精度提高了 53.6％;同时,在系统位置控制过程中,采用参数自适应律对系统的不确定性参数进行实时调整估计,可以呈现出良好的自适应动态逼近过程.该自适应反步法控制策略具有良好的跟踪性能和鲁棒性.

    电液伺服系统闭式泵控液压系统非对称缸自适应反步法控制器半实物仿真位置控制控制精度

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    一种旋转机械综合故障检测和模式识别模型

    曹丽芳袁征尹久郭海涛...
    1386-1397页
    查看更多>>摘要：针对传统故障诊断方法只关注故障检测部分,而对样本是否存在故障的研究较少的问题,提出了一种基于自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)-注意熵(AE)和黏菌算法优化极限学习机(SMA-ELM)的旋转机械综合故障诊断模型.首先,针对正常样本和故障样本的复杂性差异,建立了注意熵阈值,计算旋转机械的 AE,并将其与阈值进行了比较,若熵值小于该阈值则表明样本存在故障,反之样本是健康的;然后,利用 CEEMDAN对故障样本的振动信号进行了分解,提取前 6 阶分量的 AE值;最后,将故障特征输入至 SMA-ELM 模型中进行了故障识别,利用 3 种旋转机械故障数据集对该综合故障诊断模型的可靠性进行了研究.研究结果表明:该阈值设置方法可以 100％准确地检测样本是否存在故障,后续的故障诊断模型能够准确地检测出样本的故障类型,识别准确率分别达到了 99.44％、100％和 98％.该综合故障诊断模型能够避免正常样本被误判为故障样本,为旋转机械的故障检测提供了一种可行的思路.

    旋转机械滚动轴承综合故障诊断故障阈值注意熵自适应噪声完备经验模态分解黏菌算法优化极限学习机

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    基于均值孔隙介质层的阻尼孔壁面摩擦效应研究

    杨蕾罗瑜罗艳蕾
    1398-1405页
    查看更多>>摘要：阻尼孔广泛用于各种液压机械系统,其孔径通常在 0.3 mm到 2mm之间,这种微小流道的流动不同于常规管道,壁面粗糙度对其流动特性有重要的影响.针对这一问题,以安装在液压电磁换向阀中的阻尼孔为研究对象,采用均值孔隙介质层(PML)模拟了阻尼孔的壁面粗糙度.首先,建立了阻尼孔的物理模型,使用 ICEM CFD 软件对模型进行了网格划分;然后,构建了流体控制方程以及 PML动量方程,求解出了黏性阻力系数和惯性阻力系数;最后,采用了流体仿真软件 Fluent,分析了壁面粗糙度对阻尼孔流体流动特性、流体完全发展距离长度以及流体温升的影响.研究结果表明:仿真所得阻力特性与文献中实验所得阻力特性结果一样,采用 PML表征壁面粗糙度的方法可行;由于壁面粗糙度,阻尼孔中的流体受到的阻力增大,导致从阻尼孔入口至出口压降增加了 2.25％;相同边界条件下,含 PML的阻尼孔比光滑阻尼孔的完全发展距离长 0.1 mm左右;壁面的发热量平均提高了 1.5％.

    液压电磁换向阀壁面粗糙度均值孔隙介质层微小流道流动阻尼孔流体流动特性ICEMCFD软件

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    阀体偏心沉割槽对滑阀阀芯径向不平衡力的影响

    石红董小倩钱锦远金志江...
    1406-1414页
    查看更多>>摘要：滑阀流道呈现一种非对称且变化的复杂流道,阀内形成湍流流动,致使阀芯表面受到不均匀压力作用,形成不平衡力,导致阀芯出现倾斜,增加阀芯卡滞的风险,影响滑阀正常工作.针对这个问题,研究了阀体偏心沉割槽对滑阀阀芯径向不平衡力的影响.首先,简化了滑阀流道模型,采用数值模拟方法建立了滑阀瞬态流动分析模型;然后,基于伯努利效应,分析了不同偏心沉割槽时阀芯表面不均匀压力分布规律;最后,获取了不平衡力计算公式,研究了不同沉割槽偏心距对阀内流动特性、阀芯表面受力及径向不平衡力的影响.研究结果表明:采用偏心沉割槽结构减缓了出口段阀芯下表面区域的湍流程度,有效降低了阀芯径向不平衡力的大小;沉割槽偏心距为 1.92 mm时,阀芯受到的不平衡力最小,相对于无偏心沉割槽,径向不平衡力在开度为 0.5 mm 时减小了77.63％,开度为 1.5 mm时减小了 50.18％,有效减缓了阀芯的倾斜程度.该研究结果对阀体沉割槽设计及阀芯不平衡力抑制方法的研究具有一定参考价值.

    滑阀阀芯滑阀流道模型数值模拟方法偏心沉割槽径向不平衡力阀内流动特性沉割槽偏心距阀芯表面受力

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    基于少数据样本的滚动轴承寿命分段预测方法

    张朋马孝育王恒迪李畅...
    1415-1422页
    查看更多>>摘要：针对少数据样本下,滚动轴承难以准确预测剩余使用寿命(RUL)的问题,提出了一种结合卷积长短期记忆网络(ConvLSTM)与对抗性判别域自适应网络(ADDA)的轴承寿命分段预测方法.首先,利用稀疏概率自注意力机制对特征集进行了筛选,提取了具有时变性的特征集,以获取最优全局特征,确定分段点以作为 ADDA 模型的输入;然后,针对不同阶段的退化特点建立了相应的健康评估指标;对处于健康状态的轴承,利用 ConvLSTM 网络预测了轴承健康阶段的寿命,将健康阶段预测数据作为局部特征输入ADDA网络与最优特征集(全局特征),进行了对抗训练,以实现故障阶段的寿命预测,并使用全连接层输出滚动轴承的预测剩余使用寿命;最后,采用 PHM2012 数据集与工程试验数据分别对模型进行了验证.研究结果表明:相较于 ConvLSTM 模型、RNN-HI 模型、CNN-LSTM 模型,ConvLSTM-ADDA寿命预测方法的平均绝对误差分别降低了 78.16％、53.14％、67.13％,平均得分分别提高了66.42％、92.81％、32.37％;相较于 LSTM 模型、CNN-LSTM 模型以及 Transformer 模型,ConvLSTM-ADDA 寿命预测方法的均方误差分别降低了80.11％、54.95％、55.94％.因此,该算法模型能够实现对较少数据样本的轴承寿命进行RUL预测的目的,且具有较高的精度.

    对抗性判别域适应网络卷积长短期记忆网络稀疏概率自注意力机制少数据样本分阶段寿命预测剩余使用寿命

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