正铲液压挖掘机三副摇杆工作机构的超多目标优化设计

为解决液压挖掘机工作机构的超多目标优化难题,以新型三副摇杆正铲挖掘机构为研究对象、开展基于超多目标进化算法的优化设计研究。以三副摇杆工作机构的功能特点和正铲挖掘机的挖掘力、推压力、挖掘图谱指标等性能指标为目标函数建立其约束超多目标优化模型。通过引入自适应旋转模拟二进制交叉算子,提出一种改进的约束超多目标进化算法,增强算法处理复杂约束优化问题的能力,并在标准测试函数集中进行验证。将改进算法应用于70 t级液压挖掘机三副摇杆工作机构优化实例中,并与当前最先进的8种约束多目标进化算法进行比较研究,验证所提出算法的有效性。最后基于理想解法从得到的非支配解集中筛选出满意度最高的三副摇杆工作机构设计方案,并与现有经典机型方案的性能参数进行比较。优化结果表明：提出的算法在挖掘机工作机构优化中相比于其他进化算法具有明显优势,能得到极具竞争力的三副摇杆工作机构优化方案。     

基于空间包络理论的双刀盘铣齿关键参数优化

针对直线廓形的单铣刀盘铣削斜齿轮时齿面法向偏差较大且分布不均匀的问题,提出一种双铣刀盘铣齿法来减少齿面法向偏差。根据空间包络原理,对双刀盘铣齿进行建模并通过解析算法求取双刀盘所包络的端面齿形和齿面法向偏差。在不过切的前提下,求取刀盘间距的调整范围,并结合刀轴中心距分析两者与齿面最大法向偏差的关系。根据所得规律,以双刀盘铣齿关键参数—刀盘间距、刀轴中心距与法向偏差的关系为约束条件,通过调整刀盘间距与刀轴中心距,使用离散变量网格直接寻优算法,以减少齿面最大法向偏差为优化目标,对双刀盘铣齿关键参数进行优化研究,从而实现对齿面法向偏差的优化。通过物理样机试验表明,该优化方法可有效减少齿面最大法向偏差。     

势能法计算剥落故障齿轮时变啮合刚度

剥落故障发生时,齿轮啮合刚度变化引起的振动响应特征是实现齿轮故障诊断的重要依据。针对剥落故障对轮齿时变啮合刚度的影响,提出将势能法应用于计算剥落故障齿轮时变啮合刚度的模型。分析了故障长宽厚参数对其时变啮合刚度的影响,得出沿轴向的宽度参数对啮合刚度下降影响最为明显,厚度参数影响最小;通过势能法中5要素对比,分析出赫兹刚度和基体柔性变形刚度是影响剥落故障时变啮合刚度的关键因素,为快速求解故障刚度提供新途径。     

双刀盘铣削斜齿轮端面齿形分析

针对单刀盘铣齿端面齿形不均匀余量对后续齿面精加工的影响,提出一种双刀盘铣齿方法。使用空间包络理论建立双刀盘铣齿数学模型,推导双刀盘铣齿接触条件式,得到空间接触线,并根据螺旋面啮合原理得出端面齿形。利用渐开线齿廓性质,对端面齿形的法向偏差进行了求解,求取端面齿形法向偏差的分布形式,得到最大法向偏差。通过与单刀盘铣齿端面齿形进行比较,进一步验证双刀盘铣齿对端面齿形的优化,表明双刀盘铣齿可有效减小齿面法向偏差,改善齿面余量分布。     

砂轮位置对成形磨齿齿廓偏差的补偿

为提高成形磨齿加工的精度,提出一种通过调整砂轮位置实现齿廓偏差补偿的方法.应用包络理论,建立已知砂轮轴向廓形和砂轮位置误差计算齿轮端面廓形的数学模型.通过数值研究发现,齿廓倾斜偏差与砂轮径向位置误差和切向位置误差成正比例关系而且满足叠加原理.应用这些规律,依据测量的齿廓偏差可以方便地计算出砂轮位置调整量.试验结果表明,该方法可以将齿廓倾斜偏差由7级精度(ISO1328-1:1997)提高到2级精度.     

锥形多刃刮齿刀具切削成形过程仿真分析

数控强力刮齿加工是一种全新的高效齿轮加工方法。针对强力刮齿技术中存在的单刃型刀具使用寿命短的问题,提出一种更为高效的新型锥形多刃刮齿刀具。根据空间交错轴啮合理论和刮齿加工齿面形成过程,建立强力刮齿加工运动模型和锥形多刃刀具切削模型。基于仿真加工软件提出一种用于分析多刃刮齿刀具切削成形过程的模拟方法,给出了仿真模型设置、仿真切削加工步骤,并通过对比仿真切削加工结果,分析了多刃型刮齿刀具和单刃型刮齿刀具在切削成形过程中的异同,验证了锥形多刃刮齿刀具的可行性。为研究圆柱齿轮的多刃高效展成成形机理和研制新型锥形多刃刮齿刀具提供理论依据。     

加工螺旋面的成形盘铣刀刃磨原理及应用

针对可重磨成形盘铣刀刃形曲面复杂,在普通三轴联动数控机床上存在着难以加工的问题。依据空间坐标变换,得到砂轮磨削成形盘铣刀复杂空间刃形的数学模型,提出了一种在普通三轴联动数控机床上磨削自由曲线的刀具路径生成方法,先将刀盘复杂刃形曲线法矢投影与磨削位置砂轮接触点所在平面法矢投影匹配,再将刀盘上的刃形坐标点与砂轮上的接触点高阶匹配,求解得到砂轮运动轨迹点坐标。砂轮沿着该轨迹点运动包络出的刃形原理误差小于0.6μm,满足磨削加工要求。磨削和铣削结果表明,所采用加工方法在普通三轴联动数控机床上可满足盘铣刀任意复杂刃形的磨削。     

基于提高成形磨削效率和精度的接触线优化

针对成形磨削斜齿轮过程中存在的磨削效率较低和齿向修形扭曲问题,从成形磨削原理出发,求解出砂轮与齿面之间的接触线,通过分析其性质,总结出磨削参数对接触线的影响规律,得到砂轮安装角度对接触线的影响占主要地位的结论.根据所得规律,研究成形磨削斜齿轮磨削效率、精度与接触线之间的关系.在不受磨削干涉影响的条件下,采用数值模拟算法对影响接触线形态变化的砂轮安装角度进行优化,并通过调整砂轮安装角度来控制接触线形态,从而实现对接触线的优化.实例分析表明,该优化方法可有效提高磨削加工的效率和齿向修形精度.     

散乱数据点的齿面重建及局部特征优化

为了建立齿轮修形技术中拓扑修形且包含特征的精确数字化齿面,提出一种对大量散乱数据点根据给定的精度重建出包含详细特征且满足精度的细分齿面算法。该算法以齿面上的大量散乱点数据为输入量,通过对其进行预处理,采用螺旋增长算法构造出具有一定逼近程度的初始网格,对初始网格进行带有特征的Loop细分,根据给定精度估计出满足精度需要的最少细分次数,每次细分后反复交叉调整细分点,使重建齿面不断逼近实际齿面。通过重建后的齿面与实际齿面误差分析的实例,证明了算法的可行性与准确性。     

圆柱齿轮偏心对成形磨齿精度的影响及补偿

为分析齿轮偏心对磨齿精度的影响并通过数控系统对偏心进行补偿、有效提升磨齿精度,基于机床工作空间和工件空间的几何关系建立了磨削误差的几何模型,进一步按照齿轮标准《ISO1328—1:1995》详细分析了齿轮偏心对齿廓、齿向及齿距误差的影响,以及在几何偏心情况下齿轮参数变化对各项误差的敏感性。基于数控成形磨齿机磨削原理提出了径向补偿、切向及径向综合补偿两种补偿措施,分别对两种补偿结果进行了分析。通过国产SKMC3000/20数控成形磨齿机对安装偏心进行试验验证,结果表明该方法可有效补偿因齿轮偏心造成的磨齿误差,进一步提高成形磨齿精度。