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基于多目标粒子群-遗传混合算法的高速球轴承优化设计方法
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作者 杨文 叶帅 +2 位作者 姚齐水 余江鸿 胡美娟 《机电工程》 北大核心 2025年第2期226-236,共11页
目前以新能源汽车电驱系统等为代表的超高转速运行场景越来越多,对轴承类关键零部件的性能要求也不断提高,对轴承的承载性能和温升控制也提出了更高的要求。为了优化轴承的结构,提升其服役性能,以新能源汽车电驱系统6206轴承为例,提出... 目前以新能源汽车电驱系统等为代表的超高转速运行场景越来越多,对轴承类关键零部件的性能要求也不断提高,对轴承的承载性能和温升控制也提出了更高的要求。为了优化轴承的结构,提升其服役性能,以新能源汽车电驱系统6206轴承为例,提出了一种基于多目标粒子群-遗传混合算法的球轴承结构优化设计方法。首先,建立了以轴承最大额定动载荷、最大额定静载荷和最小摩擦生热率为目标函数的优化数学模型;然后,利用多目标粒子群算法(MOPSO)的全局搜索能力和改进非支配排序遗传算法(NSGA-II)的进化操作,引入粒子寻优速度控制策略、交叉变异策略和罚函数机制,解决了带约束优化问题求解和局部最优问题,增强了算法的收敛速度和解集探索能力;最后,在特定工况下对轴承结构进行了优化,采用层次分析法,从Pareto前沿中优选了内外圈沟曲率半径系数、滚动体数量、滚动体直径和节圆直径的最优值。研究结果表明:在16 kN径向载荷、15 000 r/min的高转速工况下,以新能源汽车电驱系统6206型深沟球轴承为例进行了分析,结果显示,优化后的轴承接触应力下降了21.2%,应变下降了25.6%,摩擦生热下降了16.7%,体现了该方法在收敛性能、寻优速度等方面的优势。该优化设计方法可为球轴承的工程应用提供有价值的参考。 展开更多
关键词 高速球轴承结构设计 多目标粒子群-遗传混合算法 改进非支配排序遗传算法 优化设计目标函数 层次分析法 6206型深沟球轴承
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融合Inception V1-CBAM-CNN的轴承剩余寿命预测模型 被引量:4
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作者 余江鸿 彭雄露 +2 位作者 刘涛 杨文 叶帅 《机电工程》 北大核心 2024年第1期107-114,共8页
针对现有的滚动轴承剩余寿命(RUL)预测方法精度低、轴承健康指标(HI)构建困难等问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)并融合Inception V1模块和卷积注意力机制模块(CBAM)的滚动轴承RUL预测模型。首先,在CNN中添加了CBAM机制,并进行了... 针对现有的滚动轴承剩余寿命(RUL)预测方法精度低、轴承健康指标(HI)构建困难等问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)并融合Inception V1模块和卷积注意力机制模块(CBAM)的滚动轴承RUL预测模型。首先,在CNN中添加了CBAM机制,并进行了加权处理,在通道和空间维度对重要特征进行了强化,对次要特征进行了抑制,通过添加改进的InceptionV1模块,提高了CNN通道间信息交互水平,全面提取了退化特征;然后,进行了网络优化,采用全局最大池化(GMP)方法对模型进行了简化,采用Dropout和批量归一化(BN)方法,避免了过拟合,提高了精度,且克服了训练时出现的梯度消失问题;最后,对数据进行了处理,将降噪后的信号重组为三维张量,将其作为HI,构建了退化标签,引入了评价指标,采用PHM2012轴承数据集进行了实验验证,在3种工况下将其与深度神经网络(DNN)、CNN方法、结合注意力机制的残差网络方法(ResNet)进行了对比。研究结果表明:该方法在变负载条件下的平均RMSE为0.033,较其他方法的RMSE值分别降低了86%、78%和69%,在预测精度和泛化能力方面具有明显优势。 展开更多
关键词 滚动轴承 剩余使用寿命 Inception V1模块 卷积注意力机制模块 卷积神经网络 全局最大池化 批量归一化
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镍基高温合金磨削两侧毛刺预测模型及有限元分析
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作者 黄文科 曾鑫 +2 位作者 周胜 陈宏轩 陈帅 《工具技术》 北大核心 2025年第2期64-70,共7页
为研究磨削工艺参数和磨粒几何参数对两侧毛刺的影响规律,基于磨削两侧毛刺的预测模型建立了单颗PCBN磨粒高速磨削Inconel 718合金的三维有限元模型与预测模型,并进行对比分析。结果表明:有限元分析与预测模型的结论基本一致,磨削两侧... 为研究磨削工艺参数和磨粒几何参数对两侧毛刺的影响规律,基于磨削两侧毛刺的预测模型建立了单颗PCBN磨粒高速磨削Inconel 718合金的三维有限元模型与预测模型,并进行对比分析。结果表明:有限元分析与预测模型的结论基本一致,磨削两侧毛刺的形态主要体现在高度方向,磨削速度对两侧毛刺的高度和宽度均影响不大,毛刺高度和宽度均对磨削深度比较敏感,磨削深度越大,两侧毛刺的高度和宽度也越大。另外,磨粒顶锥角和磨粒刃口半径对两侧毛刺高度影响较小,但两侧毛刺宽度对这两个参数比较敏感,磨粒顶锥角和磨粒刃口半径增大,毛刺宽度也随之增加,其中磨粒刃口半径的影响更为明显。 展开更多
关键词 镍基高温合金 磨粒磨削 有限元分析 两侧毛刺 预测模型
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一种基于图论理论的大尺度连续变形机构构型综合分析方法
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作者 姚齐水 董鹏林 +2 位作者 唐嘉昌 夏艳 邱梓潼 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第6期1075-1086,共12页
针对航空航天领域大尺度连续变形机构构型问题,提出了一种基于图论理论的大尺度连续变形机构构型综合分析方法。首先,分析了大尺度连续变形机构的组成与基本功能,获得了满足机构拓扑结构、约束条件的要求,对变形机构运动链进行了分析,... 针对航空航天领域大尺度连续变形机构构型问题,提出了一种基于图论理论的大尺度连续变形机构构型综合分析方法。首先,分析了大尺度连续变形机构的组成与基本功能,获得了满足机构拓扑结构、约束条件的要求,对变形机构运动链进行了分析,得到了符合条件的运动链,并对其进行了数学描述;其次,选择并分析了运动链的拓扑对称性,利用特征数组的方法得到了判别矩阵,对运动链进行了同构判别,从而得到了可行的多种运动链形式;再次,建立了各运动链的拓扑图,通过筛选得到了最终的拓扑图,去掉该拓扑图的各个构件,得到了拓扑变换子图和相对应的邻接矩阵,对拓扑图进行了同构判别,再通过改变机架与移动副的位置得到了满足要求的12种构型,画出了其相应的机构拓扑图和机构简图;最后,考虑了大尺度连续变形机构的整体稳定性,避免了尺寸过大等因素,对大尺度变形机构进行了构型优选,得到了符合要求的多种新构型。研究结果表明:该方法能够将大尺度连续变形机构抽象为图形式,获得了22种构型,可根据机构变形要求的不同,改变优选依据,从而得到符合不同要求的构型。 展开更多
关键词 大尺度连续变形机构 图论法 构型综合 同构判别 运动链结构拓扑分析 机构变形要求
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基于动态磨削过程仿真的凸轮轴高速磨削稳定性预测分析
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作者 刘涛 邓朝晖 +2 位作者 姚齐水 吕黎曙 余江鸿 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期236-247,共12页
磨削颤振是制约凸轮轴高效优质磨削最主要的因素之一。在分析凸轮轴磨削几何运动学特性的基础上,综合考虑时滞效应和砂轮-工件弹性退让机制推导了凸轮轴高速磨削动态磨削力计算方法,建立了多因素耦合的凸轮轴磨削动力学模型和凸轮轴动... 磨削颤振是制约凸轮轴高效优质磨削最主要的因素之一。在分析凸轮轴磨削几何运动学特性的基础上,综合考虑时滞效应和砂轮-工件弹性退让机制推导了凸轮轴高速磨削动态磨削力计算方法,建立了多因素耦合的凸轮轴磨削动力学模型和凸轮轴动态磨削仿真模型。基于稳定性叶瓣图法和动态磨削过程仿真方法对凸轮轴高速磨削稳定性进行预测分析;开展试验验证了所提出模型和方法的正确性。最后,通过对动态磨削过程的变模态参数仿真,分析模态参数对凸轮轴高速磨削过程稳定性的影响。结果表明,增大系统刚度和阻尼、减小模态质量都可以改善磨削稳定性,获得更大的稳定磨削极限。 展开更多
关键词 非圆轮廓磨削 稳定性预测 磨削颤振 动态磨削仿真 凸轮轴
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镍基高温合金磨削出口毛刺的有限元分析 被引量:1
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作者 黄文科 曾鑫 周胜 《制造技术与机床》 北大核心 2024年第2期129-135,共7页
为揭示镍基高温合金磨削过程中出口毛刺的形成机理,文章建立了单颗PCBN磨粒高速磨削Inconel718合金的二维模型,并验证了模型的可行性。运用仿真软件DEFORM-2D对磨削出口毛刺的形成过程进行了研究,将其形成过程分为了8个阶段,并在不同磨... 为揭示镍基高温合金磨削过程中出口毛刺的形成机理,文章建立了单颗PCBN磨粒高速磨削Inconel718合金的二维模型,并验证了模型的可行性。运用仿真软件DEFORM-2D对磨削出口毛刺的形成过程进行了研究,将其形成过程分为了8个阶段,并在不同磨削条件下采用正交实验法分析了磨削速度、磨削深度、磨粒圆锥角和磨粒刃口半径对磨削出口毛刺的影响规律。研究表明:磨削出口毛刺的尺寸主要由毛刺宽度和高度组成,毛刺宽度和高度均对磨削深度比较敏感,磨削深度越大,毛刺的宽度和高度也越大。另外,磨削速度、磨粒顶锥角、磨粒刃口半径增大,毛刺宽度也随之增加,但毛刺高度对这3个参数不是很敏感。 展开更多
关键词 镍基合金 磨粒磨削 有限元分析 出口毛刺 正交实验
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考虑第二相粒子的晶粒尺寸梯度镍基合金晶体塑性有限元分析 被引量:2
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作者 周胜 曾鑫 +2 位作者 黄文科 陈宏轩 陈帅 《机电工程技术》 2024年第3期225-229,共5页
晶粒尺寸梯度结构镍基合金具有优异的强度和延展性,但存在于合金内第二相粒子对这些性能的影响尚不明确。为了阐明第二相粒子对梯度结构镍基合金力学性能的影响,将晶体塑性有限元方法结合Hall–Petch法则通过用户子程序方式嵌入至Abaqu... 晶粒尺寸梯度结构镍基合金具有优异的强度和延展性,但存在于合金内第二相粒子对这些性能的影响尚不明确。为了阐明第二相粒子对梯度结构镍基合金力学性能的影响,将晶体塑性有限元方法结合Hall–Petch法则通过用户子程序方式嵌入至Abaqus软件中,并对晶粒尺寸梯度结构镍基合金的强度和延展性进行了研究,得到了晶粒尺寸梯度结构镍基合金有限元模型的应力和应变云图。进一步探究了位于表层或芯部的不同颗粒尺寸第二相粒子对该合金宏观力学性能的影响,得到了含第二相粒子的晶粒尺寸梯度结构镍基合金的应力-应变曲线图和应力和应变分布图。结果表明:位于表层1号尺寸第二相粒子的镍基合金表现出较高的强度和较好的延展性,强度为1804.96 MPa,应变为20.49%;位于芯部1号尺寸第二相粒子的镍基合金抗拉强度最大,为1902.34 MPa,但延展性最差,为9.68%。随着第二相粒子尺寸的增大,镍基合金的强度逐渐降低。研究结果有助于理解镍基合金的强塑性,并为合金的设计和应用提供参考。 展开更多
关键词 镍基合金 晶粒尺寸梯度 第二相粒子 晶体塑性
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基于多模态数据融合的轴承故障诊断方法
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作者 吴昊天 彭泽宇 +1 位作者 刘涛 姚齐水 《湖南工业大学学报》 2025年第5期16-23,共8页
针对传统单一模态信号处理在轴承故障诊断中面临的精度不足和复杂故障模式下诊断能力有限的问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)的轴承故障诊断方法。通过融合电流信号和振动信号的时域与频域特征进行故障分类,采... 针对传统单一模态信号处理在轴承故障诊断中面临的精度不足和复杂故障模式下诊断能力有限的问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)的轴承故障诊断方法。通过融合电流信号和振动信号的时域与频域特征进行故障分类,采用CNN进行特征提取,并利用GRU捕捉时序数据的长期依赖关系,以提高模型的诊断能力。此外,采用批量归一化(BN)方法优化训练过程,防止梯度消失或爆炸。实验结果表明:所提方法在不同故障状态下具有较高的分类精度,尤其在正常运行和内圈故障状态下,精度和召回率均接近1,表明该方法在多模态数据融合的故障诊断任务中具有较强的鲁棒性;与CNN、ResNet、MS-CNN的对比实验结果,也证明了本文所提方法在变转速工况的故障诊断中具有更高的准确性。 展开更多
关键词 故障诊断 卷积神经网络 数据融合 门控循环单元 滚动轴承
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