液压伺服阀控缸动态特性数学建模及仿真分析

在液压阀控缸的基础上,改变负载就能获得不同的液压伺服控制系统.分析了阀控非对称缸的负载压力-流量特性,建立了阀控缸流量连续性方程和液压缸的力平衡方程,推导了阀控缸位置控制系统动态特性的数学模型.采用MATLAB软件的SIMULINK模块对阀控缸位置控制系统进行动态特性仿真分析,并进行了实验验证,结果表明:所建数学模型及仿真结果接近实际工况,能满足不同液压伺服控制系统负载特性的分析需要.  

乏油状态下准双曲面齿轮传动润滑机理分析

在工程实际中，准双曲面齿轮不可避免地因润滑剂供给不足导致乏油问题，鉴于此，综合考虑了啮合区接触几何、粗糙形貌、入口区供油量、啮合界面速度矢量任意性等因素，建立了乏油状态下准双曲面齿轮传动界面任意速度矢量润滑分析模型，开展了乏油分析模型结果与文献实验数据的对比研究，数值分析了不同入口区供油量条件下准双曲面齿轮传动界面啮入点、啮合中点和啮出点的油膜演变规律，探讨了转速对不同供油量条件下传动界面润滑性能的影响。结果表明：乏油分析模型结果与文献实验数据取得了良好的一致性；随着入口区供油量的减小，3个啮合点油膜厚度的差异逐渐减小，当供油量减小到某一值时，3个啮合位置的油膜厚度基本一致；在不同的供油量下，转速对润滑状态的影响较为显著，油膜厚度随着转速的增加而升高，但是，转速升高到某一值时，乏油条件下的油膜厚度值将趋于稳定，而充分供油条件下的油膜厚度值将会继续增大。  

等离子氮化保温时间对S45C钢疲劳性能的影响

温度500°C，气压400Pa，N2与H2比例为40%：60%的混合气体中，采用3组不同的处理时间（8小时，20小时，48小时）分别对S45C钢试件表面进行等离子氮化，研究保温时间对S45C性能的影响。利用光学显微镜、维氏硬度计、X射线衍射技术、回转弯曲疲劳试验机、扫描电子显微镜、X射线能谱分析方法对S45C等离子氮化后的微观组织、硬度、氮化层、残余应力、疲劳性能和断裂特征进行分析。结果表明，3组工艺分别在S45C钢表面获得6 μm，8 μm，12 μm深的氮化层。表面硬度由初始230 HV均提高到620 HV以上。表面残余压应力均提高到约-120MPa。氮化物为单一γ–Fe4N相。48小时等离子氮化后，S45C钢疲劳强度约为未处理试样的3倍。根据村上公式计算“鱼眼”裂纹应力强度因子，可得其近似为3.6 MPa•m1/2。内部裂纹一般由渗透层和基材分界处的夹杂处萌生，夹杂成分为氧化钙、氧化铝和硫化镁等。  

砂带恒压磨削的有限元热学模型及实验验证

为了研究恒压砂带磨削的磨削温度与磨削参数之间的关系,改善磨削加工工艺,提高磨削质量,从磨削接触区域的弹性接触分析入手,研究了恒压砂带磨削区域上热源分布规律,建立了恒压砂带磨削的有限元热学模型,分析了磨削过程中的热现象,并进行了磨削温度的实验验证。结果表明,磨削热大部分集中于中间较宽的接触区域,单点磨削温度前期升温速度较快,而后期阶段降温速度则较为缓慢,磨削区面积较大时,磨削热分布较为平均。恒压砂带磨削实验采用热电偶露头埋设和浅埋设2种测温方式,分别测量了磨削区表面磨削温度和表层磨削温度,实验结果和模拟结果基本吻合,因此,所建立的恒压砂带磨削的有限元热学模型是有效的。  

风电叶片疲劳加载过程频率俘获特性

为了研究风电叶片振动过程的频率俘获特性,建立一套摆锤驱动的风电叶片疲劳加载系统,根据拉格朗日力学原理推导出两者的动力学模型,并给出了机电耦合数学模型。编制仿真模型,充分解释了两者的频率俘获过程,定性揭示了该系统的自同步振动特性。多次疲劳加载试验结果表明：当摆锤回转驱动频率在0.48～0.58 Hz时,不仅摆锤回转系统会发生回转频率俘获,风电叶片同样会产生振动频率俘获;随着回转驱动频率的增大,叶片的俘获频率也相应增大。当驱动频率〈0.43 Hz或〉0.65 Hz时,叶片振动频率不会被俘获,表现为振动频率的上下波动,回转驱动频率越远离俘获区间,叶片频率及振幅的波动越明显。  

数字地震仪在精密装置支撑结构微振动分析中的应用

精密光学装置支撑结构的微振动响应分析是大型光学系统稳定运行的重要保证。为了分析精密镜架在微振动响应下的响应是否满足设计要求，采用流动式数字地震仪的背景噪声测试方法，对精密光学装置支撑结构的环境地面振动进行了测试和数据处理，并就如何应用测试数据进行支撑结构微振动响应分析进行了初步探讨；并以实测数据作为激励，采用ANSYS谱分析模块对镜架的响应进行了分析，结果表明镜架在微振动作用下的响应满足设计要求。  

Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构轨迹综合的代数求解

为弥补精确点法、优化法和数值图谱法等已有方法的不足,进一步提高Stephenson-III型平面六杆机构连续轨迹综合的精度，提出了一种基于傅氏级数的平面六杆机构轨迹综合的新方法。通过将Stephenson-III型平面六杆机构拆分为四杆机构和二级杆组，对设计变量进行解耦。在利用已建立综合方法得到左侧四杆机构设计参数的基础上，依据复数矢量理论，建立了含有右侧二杆组设计变量的封闭矢量方程式，将由傅氏级数表示的连杆转角函数带入封闭矢量方程中，经过消元、代换将方程转化为由设计变量、连杆转角函数谐波参数和输入转角表示的复数方程。根据复指数的性质，得到了含有机构设计变量和连杆转角函数谐波参数的表达式，确定了转角函数谐波参数与设计变量间的函数关系。根据这一函数关系建立综合设计方程，利用Groebner基代数法进行消元，将综合设计方程化简为含有机构设计参数和连杆转角函数谐波参数一元四次方程，求解得到右侧二杆组设计变量的解析解，建立了右侧二杆组设计变量计算的通用公式。利用该方法进行连杆机构轨迹综合，可以得到左侧四杆机构的12组设计参数以及右侧二杆组的4组设计参数，将所得结果进行组合，最终可以得到48组Stephenson-III型平面六杆机构轨迹综合设计参数，通过运动仿真程序对综合结果进行验证，检验其是否存在曲柄，有无分支、顺序问题，并依据综合误差，最终可得到满足要求的设计参数值。在理论分析的基础上，进一步归纳总结明确了使用该方法进行轨迹综合的具体步骤，建立了一种求解Stephenson-III型平面六杆机构轨迹综合问题的代数新方法，利用MATLAB软件编写求解程序，并通过数值实例验证该方法的有效性和可行性。结果表明：该方法实现了Stephenson-III型平面六杆机构的连续轨迹综合，克服了精确点法受机构未知量个数限制，无法实现多点位轨迹综合的不足。与已有数值图谱法和优化法相比，该方法不需要预先建立数值图谱库，也不需要提供优化初值，其通过方程求解得到综合设计结果，具有求解精度高、计算速度快、可重复性强的优点，更加便于计算机编程，为开发机构综合软件的开发提供了理论基础。  

滚珠丝杠副的增益模糊自适应双幂次趋近律滑模控制

为了提高滚珠丝杠副激光切割平台的切割速度控制性能,本文基于双幂次滑模趋近率和模糊控制原理,设计了一种增益模糊自适应双幂次滑模趋近率控制器。考虑到滚珠丝杠副存在各种轴向振动与扭转振动,采用集中参数方法建立了滚珠丝杠副运动系统的拉格朗日动力学模型,同时摩擦力的高度非线性对高精度的控制系统存在较大的影响,因此引入了Stribeck摩擦模型估计摩擦力；由于传统双幂次滑模趋近率控制器存在抖振,引入饱和函数代替符号函数,在一定程度上抑制了控制系统的抖振；针对传统双幂次滑模趋近率控制器的控制增益的动态调整性能不足,即固定增益很难保证激光切割的最佳动态控制效果,分析并建立了激光切割深度、速度与双幂次滑模趋近率控制增益之间的模糊关系,以激光切割深度作为自适应参考依据,采用基于模糊规则表的模糊控制器自适应调整控制增益,增强了系统的鲁棒性和自适应性；经过与PI控制器和传统双幂次滑模趋近率控制器进行仿真实验比较,结果表明本文所提出的控制方法不仅解决了控制系统超调问题,而且提高了系统的响应速度和鲁棒性,有效地削弱了系统的抖振；同时搭建激光切割实验室平台,通过在滚珠丝杠副激光切割平台上的激光切割实验,发现最佳的激光切割深度范围为电池片厚度的1/2-2/3,最佳的激光切割速度为200mm/s。在此基础上,采用PI控制器、传统双幂次滑模趋近率控制器和本文所提出的控制方法进行电池片激光切割,实验结果表明,通过对比分析由金相显微镜获得的切割后电池片的切缝图像,由本文所提出控制方法所得的电池片切缝平整,验证了本文所提控制方法在激光切割速度控制性能上的优越性。  

一种基于公差的机床导轨几何误差预测方法

在机床的初始设计阶段，只有机床关键零部件的公差已知。由于机床导轨几何误差对机床精度设计起到关键的指导作用，而机床设计者们只有利用设计经验才能获得几何误差。因此，在新机床设计初期，如何准确预测机床几何误差是十分必要的。本文基于机床导轨的各项公差，提出一种预测几何误差的方法。首先，采用截断的傅里叶级数对导轨表面形貌误差进行拟合建立了机床导轨公差与表面形貌误差之间的映射关系，同时建立了表面形貌误差与几何误差之间的映射关系，因为表面形貌误差在公差和几何误差之间起到桥梁作用，因此建立了基于导轨公差的几何误差预测模型，接着对该预测模型进行仿真分析，结果表明预测的几何误差（定位误差，y向直线度误差，z向直线度误差，滚摆误差，颠摆误差和偏摆误差）分别为17.12μm, 56.57μm, 70.71μm, 28.28μrad, 141.42μrad, 113.14μrad。最后，利用双频激光干涉仪对导轨几何误差进行测量，同时利用傅里叶曲线拟合方法对测量结果进行拟合，拟合结果表明测量的几何误差分别为16.96μm, 59.43μm, 68.63μm, 28.65μrad, 135.40μrad, 111.58μrad。对仿真结果和测量结果进行差值比较，发现残差值最大不超过几何误差值的10%，因此在机床的设计阶段该方法可以有效地预测几何误差并代替几何误差的实际测量，为机床设计者提供重要的理论依据。该方法的核心思想可以直接应用到其他类型导轨几何误差的预测。  

欠驱动张拉整体并联机构的运动学求解方法

与传统刚性机构不同，张拉整体机构是一种由受压构件（杆）和连续受拉构件（索）构成的新型机构，具有质量小、惯性力低、柔顺性好、可折叠等优点。根据4杆12索张拉整体结构构型，设计一种4-SPS型空间张拉整体并联机构，由上平台、下平台、4根弹性支链和4根刚性驱动支链构成。根据机构位置关系，推导出各支链的矢量方程；考虑机构各刚性构件的质量，推导出静态平衡方程；对于欠驱动机构，存在欠约束自由度，运动学方程难以求解，由于静态平衡时机构势能最小，以最小势能法和位置方程联合求解机构的运动正反解，并采用变步长搜索法求解出逆解方程和正解数值解；最后，推导出平衡条件下机构的速度和加速度方程，并给出运动线图。