超高速磨削电主轴热特性分析 被引量：9

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作者 张闯 刘保国 冯伟 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2019年第4期41-44,共4页

为了探明超高速磨削电主轴的内部温度情况,以及各部分温升引起的部件变形,文章以内装同步电机电主轴为研究对象,分析了其热量传递过程,计算了电主轴电机定子和轴承的发热量及各部分对流换热数,并对其稳态温度场、瞬态温度场及热-结构耦... 为了探明超高速磨削电主轴的内部温度情况,以及各部分温升引起的部件变形,文章以内装同步电机电主轴为研究对象,分析了其热量传递过程,计算了电主轴电机定子和轴承的发热量及各部分对流换热数,并对其稳态温度场、瞬态温度场及热-结构耦合场进行了分析。分析结果表明电主轴内部温度分布是极不均匀的,前后轴承与定转子之间存在很大的温差,各部件不同的热膨胀量造成了主轴轴头部分的热变形,影响了电主轴的精度和稳定性。 展开更多

关键词 同步电主轴 有限元 温度场分析 热-结构耦合

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磨削电主轴动态回转精度分析及实验 被引量：5

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作者 丁浩 王鹏武 +3 位作者 刘保国 冯伟 申会鹏 曹乐 《机床与液压》 北大核心 2022年第21期114-119,共6页

以高速磨削电主轴为研究对象,对电主轴回转误差的表现形式、误差的分类进行分析。建立误差分离模型,提出利用最大波峰值减去最小波谷值的方法进行误差分离,并建立径向误差、倾斜误差和轴向误差运动的模型。通过最小二乘法平均值算法分... 以高速磨削电主轴为研究对象,对电主轴回转误差的表现形式、误差的分类进行分析。建立误差分离模型,提出利用最大波峰值减去最小波谷值的方法进行误差分离,并建立径向误差、倾斜误差和轴向误差运动的模型。通过最小二乘法平均值算法分析径向误差,基于径向误差轨迹分析得出倾斜误差。结合时域和频域的信号分析方法,对轴向误差进行分析。基于双标准球、多个高精度电容位移传感器和温度传感器组成的测量系统,在某国产磨削电主轴上进行动态回转误差测量实验。结果表明:随着转速升高,磨削电主轴的误差逐渐减小并趋于稳定;误差最小时其径向误差7.5μm,轴向误差6.02μm,倾斜误差25.91μrad;在电主轴长时间运行过程中,随着温度升高其回转精度的变化并不明显,但是会出现热偏移的现象。 展开更多

关键词 回转精度 电主轴 误差分离 热偏移

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高速人字齿轮传动系统动力学稳健性优化

3

作者 张耀 冯伟 +3 位作者 张国建 尚龙 樊亚宁 苑鑫宇 《河北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期131-139,共9页

为研究齿轮传动系统动力学稳健性优化设计方法,以高速人字齿轮传动系统为研究对象,首先,建立其动力学分析有限元模型,利用模态叠加法计算箱体振动加速度;然后,选取齿轮箱上7个主要结构参数作为动力学优化的设计变量,以箱体表面振动加速... 为研究齿轮传动系统动力学稳健性优化设计方法,以高速人字齿轮传动系统为研究对象,首先,建立其动力学分析有限元模型,利用模态叠加法计算箱体振动加速度;然后,选取齿轮箱上7个主要结构参数作为动力学优化的设计变量,以箱体表面振动加速度均方根值最小作为优化目标,通过6σ稳健性优化方法得到最优设计变量;最后,在优化后的样机上开展振动特性实验.结果表明:优化前后齿轮箱体均不会发生共振,优化后振动加速度均方根值降低26.1%以上,优化后结构的可靠度可达97.1%以上. 展开更多

关键词 高速人字齿轮 动力学优化 振动加速度 稳健性优化

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外圆高速磨削颤振可靠性研究

4

作者 曹乐 冯伟 +3 位作者 杨淮文 刘斐 秦鹏 张国建 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2023年第4期10-13,18,共5页

磨削颤振严重影响了加工精度和表面质量,以外圆高速磨削为研究对象,基于再生颤振机理,建立了工件-砂轮动力学模型,求解了理论临界磨削深度,并绘制了稳定性叶瓣图;考虑动力学参数的不确定性,建立了磨削加工系统可靠性模型,采用改进一次... 磨削颤振严重影响了加工精度和表面质量,以外圆高速磨削为研究对象,基于再生颤振机理,建立了工件-砂轮动力学模型,求解了理论临界磨削深度,并绘制了稳定性叶瓣图;考虑动力学参数的不确定性,建立了磨削加工系统可靠性模型,采用改进一次二阶矩法求解磨削深度的可靠性;通过模态试验获得系统频响函数,并计算了磨削颤振可靠度;最后,选取15种工况开展颤振可靠性磨削试验,并通过工件表面振纹对颤振进行辨识。结果表明稳定性叶瓣图预测结果可能存在误差,利用磨削颤振可靠度对其评判,可提高预测结果的准确性。 展开更多

关键词 外圆高速磨 颤振 稳定性 可靠度 改进一次二阶矩法

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裂纹故障下的行星轮系唯象建模及其故障诊断

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作者 刘宗尧 毛世祥 +3 位作者 王亚东 朱文良 刘保国 刘士华 《机械传动》 北大核心 2024年第7期19-29,共11页

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... 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。 展开更多

关键词 故障机制 行星轮系 故障诊断 齿根裂纹 唯象建模

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基于遗传算法优化灰色神经网络的机床主轴热误差建模研究 被引量：17

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作者 郑金勇 刘保国 冯伟 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第6期602-607,共6页

针对机床主轴热性能对加工精度产生影响的问题,对机床主轴热误差建模方向进行了试验研究。以数控磨床主轴为研究对象,通过热特性试验获得了阶梯转速下的温度变化数据和热误差数据,对温度数据进行了模糊聚类分组,并采用相关系数法选出了... 针对机床主轴热性能对加工精度产生影响的问题,对机床主轴热误差建模方向进行了试验研究。以数控磨床主轴为研究对象,通过热特性试验获得了阶梯转速下的温度变化数据和热误差数据,对温度数据进行了模糊聚类分组,并采用相关系数法选出了温度敏感测点;通过对灰色神经网络初始参数进行优化,建立了遗传算法(GA)优化的灰色神经网络热误差预测模型;在该模型中,以灰色神经网络的预测输出和实际值的绝对误差作为遗传算法适应度函数,以平均相对误差作为预测模型的评价标准,并与灰色神经网络、BP神经网络预测结果进行了对比。研究结果表明:该预测模型具有更高的预测精度,通过GA对灰色神经网络的初始参数进行优化,可有效地提高网络的预测精度,更好地用于热误差补偿系统。 展开更多

关键词 数控机床 热误差 灰色神经网络 遗传算法 模糊聚类分组

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液体动静压轴承油膜的压力场和温度场分析 被引量：12

7

作者 刘蕾 刘保国 +3 位作者 王攀 申会鹏 丁浩 郑金勇 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第9期900-906,共7页

针对深浅腔液体动静压轴承的承载特性等问题,对液体动静压轴承的油膜压力场和温度场进行了仿真分析。以超高速磨削电主轴系统中常用的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,建立了液体动静压轴承油膜的三维有限元模型,对油膜进行了网格划分,... 针对深浅腔液体动静压轴承的承载特性等问题,对液体动静压轴承的油膜压力场和温度场进行了仿真分析。以超高速磨削电主轴系统中常用的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,建立了液体动静压轴承油膜的三维有限元模型,对油膜进行了网格划分,并对划分后的网格进行了质量评定;采用动网格技术实现了对油膜偏心率的变更,在不同主轴转速、偏心率的工作条件下,计算了深浅腔动静压轴承油膜压力和温度的分布情况,分析了其油膜压力分布和温度分布的变化规律;研究了转速、偏心率对动静压轴承的承载力和油膜温升的影响规律。研究结果表明:在深浅腔液体动静压轴承运转过程中,随着转速和偏心率的提高,油膜承载力和温升也随之提高,且转速对油膜温升的影响要比偏心率大。 展开更多

关键词 油膜压力场 温度场 转速 偏心率 计算流体动力学

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模型不确定性单转子系统固有频率分析 被引量：1

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作者 张瑞丰 刘保国 +1 位作者 刘彦旭 冯伟 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1030-1035,共6页

为了研究参数近似和由认知不足导致的建模误差分别对单转子系统固有频率的影响,采用Riccati传递矩阵法以及非参数方法,对具有不确定性转子系统的固有频率进行了研究。分析了支承刚度、轴段长度、节点质量、弹性模量等多种参数不确定性... 为了研究参数近似和由认知不足导致的建模误差分别对单转子系统固有频率的影响,采用Riccati传递矩阵法以及非参数方法,对具有不确定性转子系统的固有频率进行了研究。分析了支承刚度、轴段长度、节点质量、弹性模量等多种参数不确定性和模型不确定性对转子系统固有频率的贡献度。研究结果表明,对于不确定单转子系统的固有频率,模型不确定和参数不确定对其造成的影响范围有较大差异,而且不同参数的不确定性造成其波动的大小也各不相同。研究结果可为稳态及瞬态不平衡响应的不确定动力学问题研究提供理论参考。 展开更多

关键词 Riccati传递矩阵法 非参数方法 模型不确定性 参数不确定性 固有频率

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电磁平衡头齿盘齿形参数对自锁力矩的影响研究 被引量：5

9

作者 梁警威 刘保国 申会鹏 《机电工程》 CAS 北大核心 2021年第2期245-249,共5页

针对电磁主动平衡头自锁力矩问题,通过大量仿真分析的方法,得出了磁盘参数对自锁力矩的影响规律。首先,根据磁路自锁原理,针对特定结构,将自锁磁路简化为由磁盘、永磁体和支撑环3个零件构成的结构并建立了三维模型;其次,借助有限元分析... 针对电磁主动平衡头自锁力矩问题,通过大量仿真分析的方法,得出了磁盘参数对自锁力矩的影响规律。首先,根据磁路自锁原理,针对特定结构,将自锁磁路简化为由磁盘、永磁体和支撑环3个零件构成的结构并建立了三维模型;其次,借助有限元分析的方法,通过改变单一变量,分别计算了齿盘上不同齿数、齿长、齿边距、齿张角对自锁力矩峰值的影响;最后,对仿真结果进行了分析,得出了4种参数的设计优化方法。研究结果表明:自锁力矩峰值随齿数的增加呈抛物线式大幅增大;自锁力矩峰值随齿长的增大而增大;齿边距和永磁体直径的比值在0.01~0.03之间时,自锁力矩峰值能取得较大且相对稳定的值;齿张角为15°时,自锁力矩峰值较大且设计计算、加工方便。 展开更多

关键词 电磁平衡头 永磁自锁力矩 齿形参数

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不确定双圆盘转子系统振动响应分析 被引量：4

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作者 刘彦旭 刘保国 +1 位作者 冯伟 程敏 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期488-497,共10页

采用基于随机矩阵最大熵法的非参数方法对不确定性转子系统进行动力学建模,研究了模型不确定性与参数不确定性对不确定双圆盘转子系统固有频率波动的影响,分析了转子系统振动响应在不同转速范围内对模型不确定性与参数不确定性的敏感度... 采用基于随机矩阵最大熵法的非参数方法对不确定性转子系统进行动力学建模,研究了模型不确定性与参数不确定性对不确定双圆盘转子系统固有频率波动的影响,分析了转子系统振动响应在不同转速范围内对模型不确定性与参数不确定性的敏感度,从而将一般参数建模方法所无法考虑的建模误差考虑在内。结果表明:模型与参数不确定性对系统固有频率波动的影响大小不同,转轴弹性模量变异系数为0.04时分别使1阶固有频率产生了1.19%与3.58%的波动,2阶固有频率产生了1.82%与3.64%的波动;支承刚度变异系数为0.04时分别使1阶固有频率产生了0.01%与6.17%的波动,2阶固有频率产生了0.68%与6.18%的波动。不同转速范围内,转子系统振动响应对两种不确定性的敏感度也不同:在低于120 rad/s与高于430 rad/s的范围内,系统响应对两种不确定性均不敏感;在120~200 rad/s以及270~430 rad/s范围内,模型不确定性比参数不确定性对响应波动的影响大。该研究成果能够为复杂转子系统随机响应的预测提供一定的理论参考。 展开更多

关键词 非参数方法 模型不确定性 参数不确定性 转子系统 振动响应

原文传递

不确定转子系统非参数建模与散度参数识别 被引量：2

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作者 刘彦旭 刘保国 +2 位作者 张震 冯伟 张瑞丰 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2527-2535,共9页

针对具有不确定性的转子系统,提出了基于非参数建模和矩阵极分解理论的不确定动力学建模方法,并提出了适用于不确定转子系统非参数动力学模型散度参数识别的方法。利用所搭建的转子实验台对该方法进行了实验验证。结果表明:在转子系统的... 针对具有不确定性的转子系统,提出了基于非参数建模和矩阵极分解理论的不确定动力学建模方法,并提出了适用于不确定转子系统非参数动力学模型散度参数识别的方法。利用所搭建的转子实验台对该方法进行了实验验证。结果表明:在转子系统的4个观测点处,转子转速不超过3000 r/min时,非参数模型结果的均值和确定性模型几乎重合;但转速接近1阶临界转速时,采用非参数不确定动力学计算模型所得到的结果均值与实测结果更为接近。该研究可为研究具有模型不确定性的双转子或多转子系统的非参数建模方法及对应的散度参数识别方法研究提供参考。 展开更多

关键词 非参数建模 模型不确定 转子系统 散度参数 振动响应

原文传递

基于最大相关雷尼熵与相空间重构的航空发动机复合故障信号特征提取方法 被引量：4

12

作者 张震 刘保国 +1 位作者 周万春 冯伟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期889-900,共12页

针对低信噪比(SNR),复杂噪声工况下,复合故障信号特征难以提取的问题。提出基于相空间重构融入最大相关雷尼熵解卷积的信号特征提取方法,该方法以雷尼熵为敏感特征范数,以最大相关雷尼熵解卷积为基本方法,并在其中融入具有噪声抑制特性... 针对低信噪比(SNR),复杂噪声工况下,复合故障信号特征难以提取的问题。提出基于相空间重构融入最大相关雷尼熵解卷积的信号特征提取方法,该方法以雷尼熵为敏感特征范数,以最大相关雷尼熵解卷积为基本方法,并在其中融入具有噪声抑制特性和分解特性的相空间重构技术。结果表明:雷尼熵与峭度相比,在故障灵敏度相当并略好的情况下,对偶发噪声敏感度仅为峭度的18.4%。通过仿真验证,实验数据验证以及台架实验验证,证明了本文方法与现有的对比方法相比,在提取复合故障信号特征方面具有优势。 展开更多

关键词 雷尼熵 相空间重构 复合故障 滚动轴承 解卷积

原文传递