航空弧齿锥齿轮接触印痕高度的一种控制方法

为了降低弧齿锥齿轮副的振动与噪声,提升接触齿面的承载能力,从可制造角度出发,提出基于传动误差曲线优化的弧齿锥齿轮接触印痕高度的设计方法。依据给定齿面参考点处的啮合性能,采用局部综合法设计小轮加工参数。进行轮齿接触分析,以轮齿接触分析得到的传动误差曲线与预置的对称型传动误差曲线之差作为优化目标函数,建立了弧齿锥齿轮接触印痕高度的一种控制方法,对传动误差曲线进行优化。量化地分析优化后传动误差曲线的交点与齿面接触印痕高度间的关系。以某型航空弧齿锥齿轮副为对象,采用上述方法获得了齿面接触印痕的高度值。研究发现,传动误差曲线的弯曲程度与齿面接触印痕高度之间呈现负相关。当传动误差曲线的二阶导数在0.01~0.10范围变动时,小轮和大轮齿面接触印痕高度对应的变化范围分别是2.035~1.812 mm和1.969~1.724 mm,相对变动量分别达10.96%和12.44%。所提出的方法有助于设计可制造的齿面接触印痕高度。     

柔性悬臂梁柔度6σ稳健优化设计

在柔顺机构优化中如何考虑设计变量的随机波动与外界随机载荷的不确定性干扰成为柔性机构稳健可靠性保障的关键问题。引入6σ稳健设计方法,建立了稳定性优化模型,并对以柔性悬臂梁为载体的柔顺机构进行了柔度稳健优化设计,通过与传统柔性悬臂梁柔度确定性优化结果对比表明,其柔度稳健水平达到了8σ,验证了6σ稳健优化设计具有良好的效果。     

基于安装调整的弧齿锥齿轮接触轨迹与传动误差优化

接触轨迹和传动误差是评价弧齿锥齿轮啮合性能的关键指标,而安装错位会使接触轨迹发生偏移,改变传动误差的对称性和波动幅值。为此,基于安装调整提出了一种弧齿锥齿轮接触轨迹和传动误差的优化方法。通过约束装配条件与初始点传动比,建立方程组,求解理论安装调整值;进而引入齿轮副安装错位,建立含安装错位的TCA算法;以安装错位为设计变量,预设接触轨迹和传动误差的特征参数,建立目标函数,并通过非线性优化算法进行求解。结果显示,优化后接触轨迹向齿面小端移动,加载后接触区会向齿面中部扩展,改善了承载接触性能;传动误差曲线下垂偏差量和波动幅值减小,有利于避免边缘接触和改善动态性能。     

基于不确定性定位参数与转向机构稳健设计

车辆定位参数与转向机构在设计过程中,存在诸多不确定性因素,这些将影响机构性能的稳健性。基于ADAMS与i SIGHT搭建基于随机不确定性的定位参数与转向机构的稳健设计模型,采用正交试验方法得到各优化目标的主要因素及各因素之间的交叉影响关系,依据试验数据建立优化目标与设计变量之间的二阶响应面近似模型。综合考虑定位参数、转向梯形机构的尺寸误差、安装误差等随机不确定性因素,应用田口方法建立了定位参数和转向梯形机构的稳健设计模型,并通过与传统设计方法的对比验证了田口方法的稳健性。应用蒙特卡洛法保证了转向过程中转向轮转角的精度,应用可靠性优化方法保证了转向机构传动角约束的可靠性。     

弧齿锥齿轮对称抛物线型传动误差设计

为了提高航空弧齿锥齿轮的啮合性能,提出了二阶对称抛物线型传动误差的设计方法。通过改变接触迹线方向和参考点的齿高位置,实现预置重合度的位置对称度设计;采用逆TCA方法,计算满足预置传动误差的小轮变性滚比系数。算例表明,该方法能够获得预定重合度的二阶对称抛物线型传动误差;仅需改变相应的变性系数就能够实现不同传动误差幅值设计,且能够降低啮合性能对安装误差的敏感性;多载荷下的承载传动误差呈先增大后减小再增大的变化规律。     

航空弧齿锥齿轮低敏感度齿面优化设计

为了降低弧齿锥齿轮的齿面接触印痕关于安装距偏差（又称安装误差）的敏感度，需要开展某航空弧齿锥齿轮的低敏感度齿面优化设计。在轮齿承载接触分析（Loaded tooth contact analysis,LTCA）技术中，引入齿轮副的安装误差，形成了计及安装误差的轮齿接触分析（Error loaded tooth contact analysis,ELTCA）方法，基于ELTCA建立了齿面接触印痕与安装误差间的内在关系；借助接触印痕的量化描述，获得了齿面接触印痕关于安装误差的敏感度矩阵；基于局部综合法建立敏感度关于齿面接触参数的优化设计目标函数，形成弧齿锥齿轮的低敏感度齿面优化设计模型；采用神经网络与遗传算法进行求解，获得了低敏感度齿面的切齿参数；算例结果表明，优化后的齿面接触印痕关于安装误差的敏感度较优化前降低了78.87%。     

地坑式架车机稳健优化设计

针对传统优化设计忽视不确定因素对产品性能和质量的影响,将近似模型技术、蒙特卡洛模拟法、可靠性分析和6σ质量设计相结合,对地坑式架车机进行6σ稳健优化设计。分析结果表明,与传统确定性优化相比,该方法不仅能使地坑式架车机的结构自重降低16.79%,而且降低了优化结果对优化参数波动的敏感性,同时大幅提高了各参数的σ水平和可靠度,因此极大地提高了架车机的可靠性和稳健性,为地坑式架车机的设计及优化提供理论指导,具有较高的工程实际应用价值。     

行星齿轮减速器稳健优化设计

在优化设计中主要存在设计变量的初值选取,设计变量的随机波动和外来干扰造成的可靠性和稳健性问题。为了解决此问题提出了6σ稳健设计和序列二次规划法相结合的方法,并以行星齿轮减速器为例进行了优化研究,通过与确定性优化的对比,验证了所提出的优化方法具有良好的优化效果。     

具有可控性二阶传动误差函数的面齿轮设计新方法

为获得连续的齿轮副传动误差,提高齿轮传动的动态性能,提出了一种具有可控性二阶传动误差函数的面齿轮设计新方法,描述了齿轮传动反映输出和输入角度关系的二阶传动误差函数的数学模型,给出了面齿轮数控加工过程中具有二阶传动误差函数的齿面方程。为了降低印痕对安装误差的敏感性,建立了盘形砂轮对渐开线圆柱齿轮齿向修形的模型,发展了圆柱齿轮齿向修形的鼓形齿面,对具有二阶传动误差函数的面齿轮和齿向鼓形的圆柱齿轮的啮合进行了计算机仿真和啮合质量评价。结果表明,齿轮副输出的传动误差与预设的二阶传动误差函数相一致,实现了齿轮副的传动误差由被动输出向主动控制方式的转变。     

平面连杆机构的6σ稳健优化设计

在平面连杆机构的确定性优化设计中,满足各种约束的最优解一般在约束边界附近,当设计变量产生随机波动时,最优解往往变成违反约束的不可行解,导致设计失效.运用6σ稳健优化设计理论,建立了基于容差模型的再现轨迹连杆机构的稳健优化设计数学模型,利用iSIGHT软件集成的6σ稳健优化设计模块,进行稳健优化设计.结果表明,稳健优化设...     

考虑不确定性的柔顺机构柔度6σ稳健优化设计

针对柔顺机构传统确定性优化设计未充分考虑设计变量的随机波动而导致其功能稳定性较差的难题,提出了结合试验设计、响应曲面法、DFSS(Design for Six Sigma)理念的稳健优化设计新方法。首先在分析柔顺机构稳健特点与随机波动现象的基础上,依据工况对设计变量进行科学选择,采用中心组合试验设计方法选取试验组合;然后通过构建的有限元模型进行数值模拟,得到试验设计各组合的响应值,从而建立柔度响应面模型来进行稳健优化;最后以柔顺板为对象进行了6σ稳健优化设计实例分析。通过与传统确定性优化设计进行对比,表明该新方法不仅增强了柔顺板柔度稳健性而且提高了优化求解效率,为增强柔顺机构在高尖端领域的抗干扰能力提供了一种新的设计思路。     

基于6σ稳健设计的轿车侧碰车身B柱轻量化研究

考虑不确定性因素的稳健设计是提高轿车设计中结构可靠性与碰撞安全性的有效途径。传统的轿车车身优化设计,由于忽略加工、制造和环境等不确定性因素,导致设计目标如碰撞性能或者轻量化效果不稳健。研究了考虑不确定性因素干扰下的6σ稳健性设计,以某轿车侧面碰撞为实例,首先根据相关碰撞法规建立了准确的有限元模型并进行了验证,然后在建立了确定性优化模型以及代理模型后,采用序列二次规划算法求得了最优解并进行可靠性分析,最后采用6σ稳健性设计方法对原车身B柱进行了轻量化研究和改进并与确定性优化结果以及原车身B柱进行了对比分析。分析结果表明,优化后的轿车车身B柱碰撞工况下性能稳健性得到全面的提高,且质量相比于原车身B柱减小了3.2%。     

燃气轮机管道支撑布置稳健设计

管道支撑在安装过程中存在安装误差,使得管道实际运行状态偏离理论设计状态,导致管口受力增大、设计失效。为此提出了一种两步优化方法以降低管口受力对安装误差的敏感性。第一步,确定性优化方法,采用多岛遗传算法进行优化求解。第二步,以支撑安装误差为噪声因素,采用蒙特卡洛模拟方法进行方差分析,以求得稳健设计解。结果表明,两步优化方法不仅获得了支撑位置的稳健解,而且减少了设计中数值模拟的次数,提高了设计效率。     

一种弧齿锥齿轮安装误差变动范围的确定方法

提出一种接触印痕位置参数分析法,用于确定弧齿锥齿轮安装误差的可变动范围。根据设计要求的啮合性能,采用局部综合法,设计弧齿锥齿轮加工参数,得到弧齿锥齿轮副齿面。在齿面参考点处的压入深度为0.006 35 mm的条件下,计算小轮驱动力矩。在此力矩作用下,进行安装误差状态下的轮齿加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),获得描述承载齿面接触印痕的位置参数。以接触印痕边界点到齿面边界的距离为设计目标,分别以不同类型的单因素安装误差为设计变量,采用优化设计方法确定接触印痕在齿面有效边界内变动时,对应的安装误差的变动范围。以某航空发动机附件传动系统中的弧齿锥齿轮为对象,依据上述方法,确定出不同类型安装误差的可变动范围,验证上述方法的有效性。所提出的方法为合理确定弧齿锥齿轮副安装误差的变动范围提供一种参考。     

安装误差对准双曲面齿轮啮合性能的影响

安装误差是影响齿轮啮合性能的关键因素,接触印痕和传动误差比较完整地表达了齿轮副在空载或轻载下的啮合性能。针对接触印痕和传动误差,研究了安装误差对准双曲面齿轮啮合性能的影响,该方法突破了传统靠实践经验来调整齿轮副现场安装的局限性。根据格里森HFT(hypoid formate tilt)准双曲面齿轮的加工原理和加工方法,建立了切齿加工数学模型,推导了理论齿面方程。以一对准双曲面齿轮为例,在考虑安装误差的情况下进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis,TCA),研究了安装误差对啮合性能的影响。结果表明:准双曲面齿轮对安装误差敏感性较低。     

基于6σ稳健性方法的滑移门平顺性优化研究

针对国内外滑移门平顺性优化的目标多为单目标,且没有考虑到不确定因素对优化结果影响的问题,提出了一种基于6σ稳健性设计的滑移门平顺性多目标优化方法。基于ADAMS/View建立了滑移门系统的刚柔耦合多体动力学模型,对其运动机构进行了参数化设计,通过灵敏度分析筛选出对滑移门动力学特性影响较大的结构参数作为设计变量;建立了滑移门系统的二阶响应面近似模型,采用遗传算法对滑移门运动机构进行了多目标确定性优化,采用蒙特卡洛抽样法对确定性优化结果进行了6σ质量分析;对滑移门平顺性进行了6σ稳健性优化。研究结果表明:优化后的中导向轮载荷峰值和滑移门质心加速度峰值相比初始值分别降低了36. 3%和23. 8%,在提升了滑移门平顺性的同时,稳健性和可靠性也得到了提高。     

高齿准双曲面齿轮的轮齿加载接触分析

给出了准双曲面齿轮齿加载接触分析的数学模型和加载接触分析的求解方法，计算了高齿准双曲面齿轮和普通齿准双曲面齿轮副的加载接触过程，对比了两种齿轮在不同工况和安装误差条件下的齿面印痕、齿面载荷分布、齿间载荷分配和承载传动误差，证明了高齿准双曲面齿轮副齿面载载体分布、齿间载荷分配和承载传动误差，证明了高齿准双曲面齿轮副齿面载荷分布和齿间载荷的分配合理，接触印痕受安装误差的影响较小，具有较高的强度和较好的动态特性。     

门式启闭机门架结构6σ稳健优化设计

以重量减轻为目标,对启闭机门架结构的确定性优化结果进行可靠性分析,优化结果的可靠度为86.5％,可靠度不高.针对传统确定性优化设计中没有考虑不确定因素对产品性能和质量的影响,其优化结果可靠性和稳健性往往较低的问题.基于6σ质量设计方法、蒙特卡洛模拟法、多岛遗传算法,采用多学科设计优化软件ISIGHT对门架结构进行6σ-稳健优化设计.计算结果表明,经6σ稳健优化后门架结构自重降低了21.6％,其可靠性和稳健性显著提高,可靠度达到98％,为门式启闭机门架优化设计提供理论指导.     

弧齿锥齿轮大重合度设计及啮合性能对比

为了改善弧齿锥齿轮啮合性能,提出了一种接触路径沿齿长方向的大重合度设计新方法.预置弧齿锥齿轮副的设计重合度和传动误差幅值及对称性,通过迭代优化局部综合参数,获得内对角和沿齿长的大重合度齿面印痕.借助齿面接触分析和轮齿承载接触分析,进行了两种大重合度设计在轮齿强度和承载传动误差上的比较.算例表明,接触路径沿齿长方向的大重...     

等基圆齿锥齿轮啮合性能分析

为了分析和改善等基圆齿锥齿轮在实际工况下的承载能力、传动性能,对其进行齿面接触分析(TCA)模拟锥齿轮齿面接触印痕和传动误差。在不考虑安装误差的情况下对锥齿轮同时进行齿线和齿廓修形,分析齿线和齿廓修形参数的改变对锥齿轮传动误差以及齿面接触区域变化的影响,通过调整修形参数改善齿轮的啮合特性,实现较好润滑性能和传动平稳性的目的。通过一对修形后的等基圆锥齿轮的加工和滚检,验证了TCA修形程序的正确性,为该型齿轮的啮合性能分析提供了理论依据和实验基础。