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机电工程
机电工程

罗向阳

月刊

1001-4551

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0571-87041360 87239525

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）。
正式出版
收录年代

    基于状态划分和集成学习的轴承剩余使用寿命预测模型

    胡志辉王绪光王贡献张腾...
    1423-1430页
    查看更多>>摘要：针对滚动轴承剩余使用寿命(RUL)预测退化起始时间(DST)难以确定,以及单一寿命预测模型精度比较低的问题,提出了一种基于状态划分和集成学习模型的滚动轴承 RUL预测方法.首先,提取了轴承振动信号的特征,利用滑动窗口不断更新 3σ 准则预警范围,结合连续触发机制自适应确定 DST;然后,采用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解(CEEMDAN)对退化阶段信号序列进行了自适应分解;最后,构建了集成学习模型,考虑分量的不同特性进行了多步滚动预测,融合预测结果得到了轴承 RUL,采用滚动轴承 XJTU-SY 公开数据集进行了试验验证.研究结果表明:与基于长短时记忆神经网络(LSTM)、反向传播神经网络(BPNN)的预测方法相比,该方法预测结果的平均绝对误差分别降低了 11.7％以及 5.6％,相对均方根误差分别降低了 12.2％以及10.7％,验证了该方法在轴承 RUL预测中的有效性和优越性.

    滚动轴承剩余使用寿命退化起始时间自适应DST状态划分集成学习模型退化特征提取具有自适应噪声的完全集成经验模态分解长短时记忆神经网络

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    一种轴承松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型

    霍忠堂陈建奇郝玲娟高建松...
    1431-1439页
    查看更多>>摘要：当轴承松动与内圈缺陷同时出现时,将对转子系统动态特性产生较为严重的影响,不利于对转子系统进行故障诊断与状态监测.针对这一问题,提出了一种轴承松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型,分析了含内圈缺陷-松动耦合故障轴承的转子系统振动动态特性.首先,根据赫兹理论与轴承运动学理论分析了轴承受力;然后,根据胡克定律与转子系统集中质量法建立了松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型;最后,采用数值仿真方式获取了转子系统的振动响应,探讨了转速和载荷对松动-内圈缺陷耦合转子系统振动特性的影响,并通过实验对该模型的准确性进行了验证.研究结果表明:松动-内圈缺陷同时存在的轴承频谱上出现了典型的干摩擦特征频率,即 1/2 倍旋转频率及其倍频,且其幅值与转速、载荷呈正比;此外,1/2 倍旋转频率及其倍频、旋转频率及其倍频与内圈缺陷频率的组合频率的出现,表明了松动和内圈缺陷同时发生,该现象在转子系统另一个轴承上也有所体现.该研究结果为轴承转子系统的耦合故障检测提供了理论依据.

    机械振动振动动态特性转子系统耦合故障特征轴承动力学模型转子系统动力学模型故障检测

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    柔性齿轮运动特性及其振动抑制性能的实验研究

    童任远龚俊杰韦源源
    1440-1446页
    查看更多>>摘要：在三缸发动机平衡轴齿轮传动系统的传动过程中,存在着较大的振动和噪声问题,为此,提出了一种附加阻尼环的齿轮传动系统刚柔耦合模型,对柔性齿轮结构的运动特性及其振动抑制性能进行了实验研究.首先,采用集中质量法,建立了考虑齿轮间隙和时变啮合刚度的附加阻尼环6自由度齿轮传动系统的弯曲-扭转模型,利用石川公式计算出了柔性齿轮的时变啮合刚度,对比了有无阻尼环的齿轮系统的振动响应;然后,搭建了专门的齿轮传动系统测试设备,测试了不同转速下钢齿轮和柔性齿轮的加速度和噪声峰值;最后,设计了激光位移试验台,对比分析了不同转速下齿轮的微抖动,对柔性齿轮的减振效果进行了测试,并验证了理论模型的正确性.研究结果表明:当转速为 1 000 r/min时,钢齿轮和柔性齿轮的最大加速度信号分别为 35.58 m/s2 和 20.37 m/s2;当齿轮转速为 4 000 r/min时,柔性齿轮的阻尼效果最佳,加速度峰值降低了 45.23％,噪声峰值降低了 39.06％;钢齿轮的微抖动幅值明显高于柔性齿轮,两者的变化趋势相似.柔性齿轮能有效抑制轮齿微抖动振幅曲线的不平滑、毛刺现象,从而增强了三缸发动机平衡轴系的稳定性.

    多自由度系统齿轮传动系统轮系刚柔耦合模型石川公式橡胶圈动力学分析阻尼环柔性齿轮减振效果

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    微型无油滚动转子压缩机的动力特性与摩擦损失分析

    孙效航杨启超史本林陈沐清...
    1447-1454页
    查看更多>>摘要：微型滚动转子压缩机的无油化带来的摩擦损耗问题不容忽视,研究其摩擦损耗分布规律及其改进措施对提高压缩机效率至关重要,为此,对微型无油滚动转子压缩机主要摩擦副进行了变工况、变结构的摩擦功耗研究.首先,建立了微型无油滚动转子压缩机动力学分析的数学模型;然后,对微型无油滚动转子压缩机主要部件的受力进行了特性分析,并计算获得了主要摩擦副摩擦功耗随主轴转角的变化规律;最后,分析了排气压力、滑片厚度、偏心率和相对气缸长度对微型无油滚动转子压缩机主要摩擦副摩擦功耗及其占比的影响规律.研究结果表明:排气压力从 1 100 kPa提高至 1 800 kPa,压缩机总摩擦功耗升高了 67.7％;滑片厚度从1mm提高至 3 mm,总摩擦功耗仅升高了 32.8％;偏心率从 0.06 提高至 0.2,总摩擦功耗升高了 121.5％;相对气缸长度从 0.25 提高至 0.6,总摩擦功耗升高了 31.9％.根据分析结果可得出结论:微型无油滚动转子压缩机的偏心率的取值在 0.14 左右最为合适,优化偏心率对改善微型无油滚动转子压缩机的摩擦损失效果最明显,其次是改变滑片厚度,最后是改变相对气缸长度.

    微型无油滚动转子压缩机摩擦损耗分布规律数学模型偏心率滑片厚度相对气缸长度受力分析

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    复杂交变载荷下的微动运行机制影响因素分析

    韩怡茗李欣田帅杨建伟...
    1455-1463,1499页
    查看更多>>摘要：微动问题是导致机械连接结构失效的主要因素之一,目前大多数研究都在恒定法向接触载荷工况下开展.而许多实际工程问题中,存在着可变法向载荷和轴向载荷的多轴加载工况,致使微动运行机制的研究结果无法很好地解释多轴加载工况下的微动行为.为此,对复杂交变载荷下的微动运行机制影响因素进行了分析,以期为双轴加载工况下的微动失效行为提供有力的分析方法.首先,在传统微动疲劳模型的基础上,分析了受循环交变法向载荷和轴向载荷共同作用下的微动摩擦学行为和动力学特征,提出了一种 Q-P曲线分析方法;然后,推导了双轴交变载荷参数与微动运行状态之间的函数表达式;最后,讨论了不同的加载参数(法向载荷的均值 Pm、法向载荷的幅值Pa、远端载荷的均值FB,m、远端载荷的幅值FB,a、双轴加载相位差φ和刚度比Rsti)对Q-P曲线形状和位置的影响.研究结果表明:比例加载情况下,Q-P曲线为直线函数;非比例加载情况下,Q-P 曲线为椭圆函数;加载参数会影响 Q-P曲线的形状和位置.Q-P曲线分析方法为复杂交变载荷作用下的微动失效分析提供了有效的表征方法.

    微动失效分析微动疲劳形貌失效运行机制接触状态多轴交变载荷Q-P曲线分析方法MATLAB数值计算

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    一种新型3-RRPU并联机构的运动学及鲁棒控制研究

    韩秀英李旭莹凌金博杨琨...
    1464-1471页
    查看更多>>摘要：针对现有的三平移并联机构大多正解不唯一、较难实现精确稳定运动控制的问题,提出了一种新的 3-RRPU 型三平移并联机构,同时研究了机构的运动学、动力学及轨迹跟踪控制方法.首先,运用螺旋理论分析了该机构三平移的原理,进行了驱动输入的选取与论证,对机构平台奇异性、驱动奇异性和支链奇异性进行了分析;其次,运用运动学理论建立了运动学模型,推导了位置正、逆解析解;再次,运用拉格朗日动力学理论建立了机构操作空间的刚体动力学模型;最后,提出了一种基于非线性反馈解耦的自适应滑模轨迹跟踪控制方法,以证明其控制稳定性,并基于动力学模型对空间轨迹跟踪精度和控制力矩进行了仿真分析.研究结果表明:3-RRPU并联机构的位置正解在一般位形下具有唯一性,机构的平台奇异位形和驱动奇异位形少且无支链奇异.该轨迹控制方法可使机构在载荷 20 kg、速度 0.18 m/s、加速度 0.12 m/s2 下,实现 0.002 m 以内的高精度复杂轨迹跟踪;基于 Sigmoid函数的轨迹控制方法还能有效削弱控制力矩的抖振,为实现工业领域高速、高精度、高性能的三平移运动提供了新方法.

    三平移并联机构位置正解奇异性螺旋理论非线性反馈解耦自适应滑模轨迹跟踪控制方法机构操作空间

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    基于电机电流数据的转台机械谐振检测方法

    冯睿哲马雅琼闫斌斌
    1472-1479页
    查看更多>>摘要：转台作为航空航天领域关键测试设备,在测试试验时可能出现谐振,造成测试过程的中断及不必要损失.针对传统转台谐振检测方法存在的依赖工程经验、易受控制信号干扰以及准确性不足等问题,提出了一种基于电机电流数据的转台机械谐振检测方法.首先,对三轴立式转台运行数据进行了分析,研究了转台运行数据的幅频特性,选用了受控制信号干扰小,且谐振特征更显著的电机电流信号作为检测对象;然后,构建了一个基于卷积神经网络(CNN)的转台谐振检测方法,设计了 CNN 结构与参数,进行了网络训练和学习;最终,利用不同工作模式下的转台运行数据,进行了谐振检测试验,并将检测试验结果与采用其他方法所得的结果进行了对比.研究结果表明:在转台谐振检测中,采用该方法所获得的准确率达到了 99.988％,优于采用其他对比方法获得的准确率,证明该方法适用于转台的机械谐振检测.

    机械振动振动测试三轴立式转台运行数据电机电流卷积神经网络卷积核频域特征

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    能量回收透平多工况内流损失和压力脉动特性研究

    谭正生祁炳袁学平
    1480-1488页
    查看更多>>摘要：能量回收透平对降低海水淡化系统的能耗具有重要的作用.为了解决能量回收透平性能偏低的问题,对一台离心式能量回收透平内部的流场和压力脉动进行了研究.首先,基于 SST k-ω湍流模型,计算分析了多工况关键部件内的漩涡分布特性;然后,通过试验测试了透平多工况的性能曲线;最后,研究了透平内部的压力脉动特性.研究结果表明:透平的高效区位于 1.0 Qd～1.2 Qd工况下;在额定工况下,流体与叶片之间的相互影响微弱,能量损失最低;在 1.2 Qd 工况下,叶片进口压力面和吸力面均存在漩涡,压力面的漩涡是由流体与叶片发生撞击产生的,吸力面的漩涡是由于流体发生分离现象产生的.叶轮进口 P11m 的压力脉动幅值最大为 0.019.由此可见,透平的高效区存在偏大流量工况,因此设计时应适当在偏小流量工况下,有利于多工况高效运行.

    离心式能量回收透平SSTk-ω湍流模型流量工况漩涡分布特性压力脉动性能曲线

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    管道全位置焊接机器人结构设计与运动学分析

    冯传智罗雨许耀波王庆林...
    1489-1499页
    查看更多>>摘要：现有管道全位置自动焊接设备自由度少,无法模仿高级焊工运条手法,从而影响到焊接质量.针对这一问题,设计了一款基于协作机械臂的管道全位置焊接机器人,并进行了运动学分析.首先,根据焊接机器人的结构特点,采用模块化思想对机器人进行了功能模块划分,功能模块包括柔性导轨、行走底盘、六轴协作机械臂和模块间的快锁机构四个部分;然后,根据 D-H法建立了运动学方程,结合 Robotic Toolbox和 MATLAB完成了焊接机器人的建模和运动学仿真;最后,采用蒙特卡洛法对焊接机器人的工作空间进行了可视化分析.研究结果表明:理论上,基于协作机械臂的管道焊接机器人可完成管道壁厚为755 mm、焊缝宽度为310 mm的焊接任务,并且运动学模型正确、结构设计合理,可以满足管道全位置焊枪姿态调整的功能需求.

    全位置焊接机器人协作机械臂管道焊接质量结构设计运动学仿真工作空间验证D-H法

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    基于YOLOv5s改进模型的堆叠螺栓抓取研究

    李凤洋邱益陈江义杨云峰...
    1500-1507页
    查看更多>>摘要：在当前工业的螺栓生产过程中,堆叠螺栓的分拣工作依然需要人工完成,不仅工作效率低,而且会导致大量人力资源的浪费.针对这一问题,对 YOLOv5 网络模型进行了改进,提出了 SE_YOLOv5 网络模型.首先,在原网络的 Neck部分删除了 P′1 特征层,减小了网络对浅层信息的提取,在不影响对大尺寸目标检测的前提下,提高了网络检测的实时性;然后,改进了 Backbone模块,通过添加压缩与激励(SE)注意力机制,使网络更高效地聚焦于图像中的重要部分,增强了网络对堆叠螺栓检测的准确性;最后,提出了检测框重叠最小法,减少了抓取时夹爪与非目标螺栓的碰撞,并对螺栓检测框进行了抓取点位姿优化,提高了抓取的成功率.研究结果表明:SE_YOLOv5 网络对堆叠螺栓检测的平均精度为 86.5％,平均速度为 13.02 FPS;相比于原 YOLOv5s 网络模型,SE_YOLOv5网络在检测精度上提升了 1.2％,在检测速度上提升了 2.71 FPS;相比于其他检测模型,SE_YOLOv5 也具有更高的检测精度和检测速度.抓取结果证明,该模型能用于有效地指导机械臂进行螺栓抓取操作.

    堆叠螺栓分拣SE_YOLOv5网络模型压缩与激励注意力机制重叠最小法抓取操作抓取点位姿优化

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