机床结构三维参数化形状优化设计

基于计算机辅助设计(Computer aided design, CAD)和计算机辅助工程(Computer aided engineering, CAE)集成技术,开发三维参数化结构形状优化设计平台POSHAPE,为复杂三维机械零部件的设计提供一种通用的工具.为实现优化设计流程的自动化,将三维参数化CAD系统、有限元分析、优化求解和有限元建模等模块集成为完整的通用三维实体参数化形状优化设计系统,形成开放式的结构分析与优化设计集成系统.以CD6140A车床的导轨部分为例,在三维参数化特征造型CAD系统中,以三维实体结构几何模型为对象,以几何尺寸参数为优化设计变量,采用POSHAPE对结构进行形状优化设计,在降低车床质量的同时提高结构刚度和结构自振频率.优化设计结果为机床设计提供重要理论依据.     

日光温室结构性能的计算机辅助分析

借助于计算机辅助工程分析手段,对不同几何形状的日光温室进行受力分析,初步揭示了高度、跨度、间距等几何尺寸对温室结构性能的影响,为日光温室的优化设计提供理论根据,为实际设计与应用提供科学依据。     

基于等效静态载荷法的平面四杆机构的结构动态优化设计

介绍并推导了等效静态载荷法(ESLM),并将其应用于结构动态优化设计.通过HyperWorks软件对平面四杆机构进行动力学分析,得到了最大动应力.运用等效静态载荷法(ESLM),把动态载荷转化为等效静态载荷,进而在HyperWoks中实现了平面四杆机构在动应力约束下的的形状优化设计.动态优化设计结果为四杆机构各杆件的形状设计提供了参考,体现出了基于等效静态载荷的形状优化方法在机械结构动态优化设计过程中具有重要的理论意义和实际的应用价值.     

新型行星锥齿轮无级变速传动机构参数优化

通过对环锥行星无级变速传动系统进行结构改进,在分析新型行星锥齿轮无级变速传动系统调速原理的基础上,提出以变速比最大为优化目标,并以圆锥齿轮传动不发生根切、重合度及模数等为约束条件,建立结构参数优化设计数学模型,应用外点惩罚函数法在MATLAB优化工具箱中进行求解,获得了较为理想的机构参数,并利用机构参数优化结果验证了该新型锥齿轮无级变速传动系统的调速性能和传动效率均优于原环锥行星无级变速传动系统.     

EMA行星架多目标优化与疲劳可靠性分析

为提高机电作动器传动部件静动态性能、耐久性和可靠性,对电传飞机襟翼EMA行星架进行了多目标优化设计与疲劳可靠性分析。首先结合工作原理、应用要求、实际工况建立了行星架数学模型并进行了受力分析与计算;其次应用ANSYS软件分析了静动态特性并确定应力、变形以及固有频率分布情况;再次依据分析结果,采用基于响应面法的多目标遗传算法进行了优化设计与灵敏度分析;最后对优化后的行星架进行静动态性能对比与疲劳可靠性分析。结果表明,优化后行星架总体性能明显提高,在保证静动态性能要求前提下实现了结构轻量化,并满足疲劳寿命和可靠性要求。     

液压绞车行星传动系统的优化设计

行星传动系统是液压绞车动力传动系统的主要部分,与普通定轴齿轮传动相比,具有质量轻、体积小、传动比大以及传动平稳和传动效率高等优点。以液压绞车行星传动系统为例,提出了一种基于优化设计理论的行星传动系统设计方法,构建了行星传动系统的优化设计模型,运用Matlab优化设计工具箱,对行星传动系统的数学模型进行求解,经过对优化结果的综合分析,最终确定了较优的设计方案。结果表明,经过优化设计后的行星传动系统设计不但节省了原材料及制造成本,结构更为紧凑,同时也提高了液压绞车的综合性能,缩短了设计周期,对一般齿轮传动及减速器的优化设计提供了一个参考。     

两级行星齿轮传动系统多目标优化设计研究

利用MATLAB优化工具箱对两级行星齿轮传动机构进行多目标优化设计,以体积(重量)最小、传递效率最高作为优化目标,建立多目标优化数学模型.结合算例,给出最优参数求解步骤以及所用方法的特点,为两级行星齿轮传动机构优化设计提供指导.     

摆线钢球行星传动虚拟设计与运动仿真

介绍了摆线钢球行星传动的结构及工作原理,并基于Pro/E软件对摆线钢球行星传动进行了虚拟样机设计及其运动仿真技术。     

兆瓦级风电齿轮增速箱行星齿轮传动系统动态特性研究

以载荷分流式两级行星加一级平行轴斜齿风电齿轮增速箱为研究对象,考虑外部载荷激励、时变啮合刚度的影响,详细推导并建立包含径向和扭转的系统动力学模型,分析计算系统低速级和中速级中行星轮与内齿圈和太阳轮的动态啮合力。应用龙格—库塔法求解,归纳分析得到各级中心构件径向振动速度和扭转振动角速度变化以及行星轮与内齿圈和太阳轮的动态啮合力时变特点。这为载荷分流式两级行星加一级平行轴斜齿风电齿轮增速箱动态优化设计提供了理论依据。     

粒子群-蚁群融合算法在曝气机减速器优化设计中的应用

为了解决蚁群算法中参数的选取较大地依赖于实验者的个人经验,存在未成熟收敛的缺陷。提出一种PAAA算法对曝气机减速器行星轮系传动机构优化设计。在满足结构、强度等约束条件下,以行星轮系体积最小、效率最高为目标函数,建立行星轮系传动机构优化设计数学模型,再运用PAAA算法编写Matlab程序对所建数学模型进行求解。研究结果表明,在保证设计要求的条件下,行星轮系传动机构体积更小,效率更高。求解结果验证了PAAA优化方法快速有效,准确可靠。     

基于行驶仿真试验的履带式车辆行星架结构优化

行星架是履带式车辆侧减速器的重要传动机构,由于测试手段及试验方法的限制,行星架在设计时采用静强度设计理论,故无法准确反映其在不同的复杂任务工况下的动态特性,给动载荷作用下构件的寿命预测分析带来了极大困难,结果导致构件的实际寿命与设计寿命有较大差距。针对该情况,基于ADAMS.ATV建立了履带式车辆侧减速器虚拟行驶试验平台,仿真获得了行星架在不同工况条件下承受的动态载荷谱。基于MSC.Fatigue软件建立了侧减速器的疲劳分析模型,获得了行星架的疲劳寿命,进而通过改变行星架的结构,仿真预测其疲劳寿命随行星架不同结构参数的变化规律,为行星架的结构优化做了一定的探索研究。     

大型风电液力机械传动装置的分析与研究

本文紧扣液力变矩器在新能源领域的应用主题,阐述可调液力变矩器和行星传动装置组成的液力机械传动装置在风电领域应用的可行性,并对液力机械传动装置进行了理论分析,着重分析了行星排运动动力学方程、内啮合行星减速部件功能、可调变矩器结构与功能、变速恒频原理,并且对液力机械传动装置的控制原理进行了分析.     

基于MATLAB的粒子群优化算法及其应用研究

分析了粒子群优化算法的原理、模型和算法实现过程,并应用该法对行星齿轮传动优化设计进行了实例仿真。仿真结果表明,基于Matlab的粒子群优化算法在机械优化设计中切实可行,该优化算法为复杂的机械优化设计提供了新的思路和方法。     

NGW行星齿轮传动行星轴轴承离心式润滑设计

设计了一种NGW型行星齿轮传动润滑结构,利用润滑油随行星架高速转动时产生的离心力远大于其重力的特性,在离心力作用下将润滑油经导油孔引导至行星轴轴承内腔,实现对行星轴轴承连续不间断润滑。经过对单位质量润滑油的受力分析计算,得出了利用润滑油产生的离心力能够实现对行星轴轴承的连续不间断润滑的结论,解决了行星齿轮传动中行星轴轴承因围绕太阳轮公转和自转时不能连续可靠润滑的难题。     

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余,以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题,开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先,基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计,得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次,基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计,利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优,优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%,且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀,车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。     

基于行驶仿真试验的行星减速机动力学仿真

行星减速机在设计阶段采用的静强度设计理论，由于无法反映其在工作过程中所承受的动载荷，导致实际使用中故障较多。要想从根本上解决造成这种现象的原因，必须确定在不同任务剖面下行星减速机所承受的动载荷。传统载荷确定方法存在很大的局限性，随着计算机仿真技术在各行各业中的广泛应用，本文对不同任务剖面下进行行驶仿真试验，并在此基础上对行星减速机进行动力学仿真，获得不同任务剖面下行星减速机各零部件所承受的动载荷，并从疲劳损伤累积理论入手分析了在承受交变载荷情况下的最大应力远远小于设计最大应力很多倍的情况下，仍然会发生疲劳破坏的原因。本文以行星架为例提供了在不同任务剖面下其所承受的动载荷，为进行疲劳强度计算和寿命预测提供了重要的载荷参考数据。     

基于变密度法的超声辅助焊接小车车架优化及疲劳强度预测

磁铁安装车架作为超声辅助焊接小车的重要功能部件,对焊接小车超声波辅助空化系统稳定性、安全性及可靠性起到关键作用。基于变密度法和优化准则迭代法,对焊接小车进行拓扑优化分析,以结构柔度最小(外力功最小)为目标函数,体积分数≤54%为约束条件,得到了车架结构的新方案;结合车架材料疲劳失效机理对其进行了疲劳强度预测,构建了车架材料疲劳强度预测模型。结果表明:优化后的车架模型质量减轻了37.5%,较好地达到了优化目标;与原试验数据相比,预测的疲劳强度误差较小且可靠。因此,该方法为超声辅助焊接小车的结构设计及疲劳强度预测提供了良好的思路和借鉴。     

某微型电动车车架结构的拓扑优化设计

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻质量,将拓扑优化理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于有限元法通过ANSYS软件对新设计车架的结构参数进行了优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。     

微型电动车车架结构优化设计方法

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻重量,将可靠性理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于结构可靠性和有限元法对新设计车架的结构参数进行了可靠性优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。     

基于MATLAB铣削动力头中蜗杆传动的优化设计

基于MATLAB的优化理论,将优化原理运用到铣削动力头中单级蜗杆传动的优化设计,在满足使用要求条件下,蜗杆蜗轮啮合中心距为最小,以达到结构紧凑、传动效率高的目的,铣削动力头外形结构尺寸、重量随之减小.建立了4个设计变量,16个约束条件的单目标优化设计数学模型.利用MATLAB的优化工具箱中的fmincon函数处理含有连续和离散变量的单目标多变量优化设计问题,不需编写大量算法程序,提高了设计效率,算法可靠.运算结果表明,优化设计方案与常规设计方案相比,中心距减少了23％,充分显示了优化设计的效益和应用价值.