考虑参数不确定性的滚珠丝杠副耐磨损确信可靠性建模与分析

在传统的滚珠丝杠副的耐磨损可靠性计算中,通常只考虑随机不确定性,而未考虑认知不确定性,针对这一问题,基于不确定理论,建立了一种既考虑参数随机不确定性,又考虑认知不确定性的滚珠丝杠副耐磨性可靠度模型。首先,基于修正的Archard理论,建立了滚珠丝杠副的耐磨性模型;然后,通过引入不确定理论,建立了滚珠丝杠副的耐磨损确信可靠性模型,针对模型中耐磨损可靠度不确定分布无法求出的问题,提出了一种两层参数不确定仿真算法;最后,通过实例对所建立的可靠度模型和不确定仿真算法进行了分析计算,并分析了各参数不确定对丝杠耐磨损可靠性的影响。研究结果表明：考虑认知不确定性时的确信可靠度为0.656 522,而采用不考虑认知不确定性的蒙特卡洛法求得的可靠度为0.770 07;从计算结果可得,参数的不确定性会降低滚珠丝杠副的可靠度,导程角的不确定性对耐磨损可靠度的影响最大,其次是节圆直径、磨损系数、接触角、轴向载荷、适应比,滚珠直径的影响最小。该研究结果可以为滚珠丝杠副的优化设计和可靠性提升提供参考。     

基于连续接触“有效长度模型”及Archard磨损的运动可靠性分析

以某装卸机械中的铰链四杆机构为例,提出了一种运动可靠性的计算方法。将原始杆长尺寸误差、铰链间隙误差及磨损量误差均视为随机变量,基于诸影响因素均服从正态分布的假设,对机构进行了运动可靠性分析数学模型及计算机编程计算。对"有效长度模型"理论进行改进,建立了连续接触的"有效长度模型"。根据Archard磨损理论,对机构进行运动及受力分析,建立新的运动副磨损模型。使用Matlab软件对实例进行编程计算,定量对比分析了上述因素对机构装卸手臂输出位移可靠度的影响程度。此方法不仅结果更加精确且更接近工程实际。     

平面四杆转向机构运动可靠性灵敏度分析

为提高考虑不确定性因素影响下的转向机构运动精度,提出了平面四杆转向机构运动可靠性灵敏度分析的解析算法。考虑机构的构件尺寸公差,提出包含机构结构误差和随机误差的误差分析模型,并采用线性化方法导出机构运动误差的统计特征值的解析表达。采用一次二阶矩方法建立了转向机构运动可靠性分析模型,并推导了机构运动可靠度对随机变量均值和方差的灵敏度分析的解析模型。最后,给出了数值计算实例。     

某型通风隔离阀传动机构铰链副磨损可靠性分析

通风隔离阀传动机构铰链副的磨损可靠性对其运动功能的精确实现至关重要,文中提出了一种较为精确的计算其传动机构铰链副磨损可靠度的方法,首先基于应力-强度干涉模型建立铰链副磨损可靠性分析模型,然后将铰链副间隙误差看作随机变量,分别确定了许用磨损量和实际磨损量的分布情况,最后计算了磨损可靠度,为制定传动机构设计和使用维护方案提供了科学合理的建议。在确定铰链副实际磨损量的分布情况时,基于Archard磨损理论,建立了新的铰链副磨损量计算模型,通过动态仿真分析,测量并拟合获得运动和受力变化规律,并基于蒙特卡罗原理较为精确地模拟磨损量的分布,使之更加贴近实际。     

直线运动机构轨迹可靠性灵敏度分析

为提高考虑不确定性因素影响下的直线运动机构轨迹精度,提出了直线运动机构轨迹可靠性灵敏度分析的解析算法。首先,利用等距曲线构造运动轨迹的界限,考虑机构的构件尺寸公差,提出包含机构结构误差和随机误差的误差分析模型,并采用线性化方法导出机构运动误差的统计特征值的解析表达;其次,采用一次二阶矩方法建立了直线运动机构轨迹可靠性分析模型,并推导了机构轨迹可靠度对随机变量均值和方差的灵敏度分析的解析模型;最后,以Hoeken机构为例作了数值计算。     

基于插秧机分插机构轨迹的时变不确定性分析

分插机构决定秧爪尖运动轨迹,并影响插秧机作业质量。由于杆件受力和运动副磨损,分插机构参数随时间变化,并导致分插机构轨迹变化。从分插机构参数随时间演化的角度出发,基于连续时间模型和伊藤引理,推导了插秧机分插机构轨迹的时变不确定性分析计算公式,将分插机构轨迹的不确定性由其漂移函数和波动函数表达,漂移函数和波动函数则取决于分插机构服从伊藤过程的随机参数(即杆长)的漂移率和波动率,从而建立了分插机构轨迹的时变不确定性分析方法。这是一种涵盖传统分析的新方法。以插秧穴口的宽度为目标函数,基于分插机构轨迹的时变不确定性分析方法,建立分插机构轨迹可靠度计算模型,求解插秧机随时间变化的漂秧率。通过实例说明了该方法的计算分析方法。实例中的计算结果表明:从零时刻开始到t=300h,漂秧率始终低于2%;到t=400h时,漂秧率接近10%。该方法具有一定普适性,可用于其它各种杆机构的可靠性分析。     

运动机构强度可靠性优化设计

研究的目的是建立一种运动机构强度可靠性优化设计方法.在用基本杆组法进行机构运动分析和动力分析的基础上,分别以构件材料强度、密度、截面尺寸为随机变量,机构质量为目标函数,可靠性指标为约束函数,构件截面尺寸为设计变量,将传统优化设计与可靠性分析相结合,建立基于基本杆组法运动机构强度可靠性优化设计的均值模型.以曲柄滑块机构为例,用一次二阶矩法进行实例仿真,得到设计变量的最优解.     

杆长误差和运动副间隙对平面机构运动可靠性的影响分析

在考虑平面机构杆件误差和运动副间隙的基础上，建立了基于概率的平面机构运动模型，通过蒙特卡洛方法对曲柄滑块机构的运动可靠度进行分析，分析表明：在转动过程中，曲柄滑块机构的可靠性呈周期性变化；当仅考虑杆长误差的情况下，曲柄转角为(π/2,π)∪(π,3π/2)范围内出现最高失效概率；当仅考虑运动副间隙的情况下，曲柄转角为π/2和3π/2时失效概率最高；杆件误差和运动副间隙的共同作用将会导致机构可靠性快速降低。     

机构的运动误差分析与可靠性计算

在分析机构运动误差的基础上，讨论了机构运动可靠度的计算方法，包括一次二阶矩法与蒙特卡罗模拟方法；提出了一种以蒙特卡罗法与数值解法相结合求解机构运动可靠度的混合计算法；给出了一个作为传动构的四杆机构运动可靠度计算的实例。     

矿井提升机主轴承的振动磨损可靠性分析

以提升机NCF18/600V主轴承为研究对象,针对滚动轴承随机振动系统参数和随机结构尺寸影响下的不确定性问题,开展了滚动轴承振动磨损可靠性研究。首先,基于滚动轴承点蚀故障动力学模型,结合Holm-Archard滑动磨损方程,建立了滚动轴承振动磨损模型;其次,将振动磨损模型以子程序的形式嵌入ABAQUS有限元软件中,实现了滚动体表面磨损深度及形貌的仿真;然后,联合使用拉丁化分层抽样技术和自适应Kriging代理模型,开展了滚动轴承振动磨损的不确定性量化研究;最后,使用高阶L矩可靠性方法开展了滚动轴承的振动磨损可靠性分析。对比滚动轴承正常磨损与振动磨损下的可靠度曲线表明,滚动轴承的振动不仅加剧了磨损的可靠性退化过程,而且增大了磨损的可靠度退化速率。     

一种基于概率-证据理论的滑动轴承可靠性优化设计*

针对传统的滑动轴承优化设计中,忽略了不确定因素对滑动轴承的影响,提出一种新的滑动轴承可靠性优化设计方法。在该优化中,由于部分参数存在认知不确定性,利用概率论和证据理论表示不确定参数的分布。将概率论、证据理论和一次二阶矩法相结合,构建基于概率-证据理论的滑动轴承可靠性优化设计模型,并采用遗传算法对滑动轴承进行优化设计。算例结果表明,采用新方法优化后滑动轴承的承载能力明显提高了60%,摩擦因数减小10%,发热量降低6.9%。虽然可靠性优化设计方法相对于确定性优化设计方法降低了轴承的部分最优设计参数,但是滑动轴承的润滑可靠性显著提高,能够降低润滑失效带来的轴承故障,具有较高的工程实用性。     

基于Simulink的受电弓运动学仿真

受电弓是电力机车的重要部件之一.为分析受电弓的运动学性能,基于Simulink应用矢量法对受电弓进行运动学仿真.推导出受电弓的闭环矢量方程和弓头的矢量方程,构成受电弓的运动矩阵方程.通过Simulink内部的函数来求解运动矩阵方程,建立受电弓的运动学仿真模型,并以国产SS7型机车的受电弓为算例对受电弓进行仿真分析.仿真结果表明,该仿真模型可方便地获得受电弓的运动学参数,为实现受电弓的控制及性能改进提供理论依据.     

降低弓网磨耗的受电弓主动控制策略研究

为了减少受电弓与接触网的磨耗,延长弓网使用寿命,同时保证弓网受流质量,在载流摩擦磨损理论、控制理论和微控制技术基础上,提出一种基于接触网磨损量检测和弓网接触压力受控的受电弓主动控制策略,并从软件方面对控制系统受到的电磁干扰进行防护设计。受电弓采用该主动控制策略,能明显降低弓网的磨损量,有效控制弓网接触压力的波动,提高和改善高速机车的受流质量。     

基于概率的凸轮机构运动精度分析

将各种原始误差均视为随机变量 ,对平面凸轮类机构的凸轮与滚子的形状误差、铰链与移动副的间隙、磨损量、凸轮与滚子的偏心、凸轮偏距圆尺寸误差等各项随机变量分别进行了分析 ;应用微小位移的线性迭加原理综合出各项误差引起的机构运动输出总误差 ,并建立了机构运动精度可靠性分析模型。通过实例计算 ,获得了一些有意义的结论     

双滑板受电弓磨耗的超声波检测方法

超声波检测滑板磨耗是以DSP TMS320LF2407A控制超声波传感器测量受电弓滑板的磨耗值,然后将获取的数据传输到检测主机.现在大部分电力机车都采用双滑板受电弓,因此超声波检测应能够检测前后两个滑板.在超声波检测单滑板受电弓的基础上,主要通过修改下位机的控制程序便可实现双滑板受电弓滑板的磨耗检测.     

基于λ-PDF和一次二阶矩的不确定性反求方法

为了有效评价测量响应中不确定性对结构参量识别结果的影响,提出一种基于λ概率密度函数(Probability distribution function,PDF)和一次二阶矩的不确定性计算反求方法。采用二次衍生λ-PDF对待识不确定性参量的PDF进行建模。内层通过对参量呈λ-PDF的功能函数采用一次二阶矩法进行正问题求解,得到计算响应的概率分布;外层通过最小化测量响应与计算响应之间的概率分布特征量将不确定性反问题转化为确定性的最优化问题,并用隔代映射遗传算法识别未知参量 的参数。本方法不仅有效地实现了结构未知参量PDF的估计,而且与传统基于抽样的统计方法相比,计算效率较高。数值算例和工程应用验证了本方法的可行性和有效性。     

基于模糊反演法的参数不确定弓网接触载荷控制

弓网系统具有复杂的电气、机械耦合特性,提高弓网受流性能是目前高速铁路系统亟待解决的关键问题,而弓网主动控制则是稳定弓网接触载荷、改善其受流质量的重要措施。从控制理论的角度出发,针对弓网系统存在风载荷与参数不确定性的问题,提出了基于模糊系统的弓网接触载荷反演精确控制方法。具体而言,采用虚拟控制律,逐步反演递推选择Lyapunov函数,设计模糊系统逼近不确定性与虚拟控制律微分,并进行相应的稳定性分析。仿真与实验结果表明,所提出的模糊反演控制策略能减弱弓网不确定性的影响,且能有效抑制弓网接触载荷的波动,并改善其受流质量。     

一种铆接机械手的运动精度可靠性分析

介绍了一种六自由度工业机器人的运动精度可靠性分析方法。通过分析一种铆接机械手的结构,基于D-H坐标法,建立运动数学模型,并考虑加工和装配过程中尺寸误差和间隙误差的随机性,将结构参数和运动变量误差视为随机变量,建立运动误差模型,结合机构运动学和可靠性理论,构建机械手运动精度可靠性模型。通过算例,验证了该方法的可行性,为该类型工业机器人的可靠性设计和结构优化提供了一定的理论参考。     

含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统动态误差与运动副磨损周期行为分析

传统旋转间隙关节接触模型假定销轴和衬套接触面形状是规则的并忽略了磨损效应的影响,降低了机构动力学模型预测精度。提出了一种含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆机构多体动力学建模、磨损预测和动态误差分析方法。为准确描述运动副元素间碰撞行为,考虑滑动轴承间隙关节的磨损效应,提出了一种非规则粗糙间隙表面铰链关节的改进接触模型。在此基础上,考虑柔性杆的影响,基于绝对节点坐标法建立了含非规则粗糙间隙表面铰链关节的平面柔性多连杆传动系统多体动力学模型。与基于传统光滑间隙模型的结果相比,基于非规则粗糙间隙改进模型的多连杆机构动态响应更接近于试验值,验证了所提出计算方法的有效性。仿真结果表明,选用CuSn10P和CuPb30作为铰链衬套材料能够有效降低多连杆机构滑块动态响应偏差和提高机构的运动精度;表面粗糙度过高会导致运动副磨损加剧,过低则会降低间隙表面微凸体对碰撞能量的吸收。此外,磨损加剧了间隙表面轮廓不规则度,导致机构动态响应的不稳定性增大,运动精度降低。     

基于可靠性的多学科设计优化在薄壁梁轻量化设计中的应用研究

针对对车身安全性有重要影响的薄壁纵梁进行优化设计,提出将薄壁梁的设计过程看作是一个需要考虑安全性、静态承载特性与一阶振动模态等方面的多学科优化过程的分析方法。同时,优化设计过程涉及材料、尺寸、焊点的布置等众多参数,传统的确定性优化设计结果往往都收敛于约束边界,而不能满足产品设计的可靠性要求。将试验设计、响应面模型、可靠性理论与遗传算法相结合,构造了基于产品质量工程的薄壁纵梁的可靠性多学科优化设计方法,与传统的确定性优化结果相比较得知,可靠性优化结果不仅较好地满足了轻量化的设计要求,同时也使得薄壁梁的使用可靠性有较大幅度的提高。