基于包容球理论的大型桨叶去重平衡的优化研究

由于桨叶在成型加工过程中受制造精度、材料缺陷及装配误差等非设计因素的影响,导致组合式船用螺旋桨的实际重心位置与理论设计重心位置不一致,无法满足实际需要和工程应用,因而需要对重心不合格的桨叶进行去重处理以修正重心误差。针对去重最优化要求,提出基于最小包容球理论的重心误差最小包容球概念,建立多桨叶间的重心位置关系,用以描述组合式桨的重心误差范围,还提出相应的去重工艺球算法,来判断桨叶是否需要进行去重处理。为了验证误差包容球和去重球理论,建立相关桨叶的参数化模型,应用sobol算法和TSearch算法进行优化,并确定去重区域,可得到满足条件的去重参数。结果表明,将包容球理论应用于组合式船用桨的去重优化,可实现船桨的重心误差修正且满足其动平衡性能要求。     

最小区域球度误差评价的弦线截交方法

最小区域球度误差评价是精密测量技术中的一个非常重要并且复杂问题。针对笛卡儿坐标系下球体形状误差评价,介绍一种利用弦线截交关系求解最小区域球度误差评价方法。通过构建笛卡儿坐标系下球度误差测量模型,提出基于一般二次曲面理论的最小二乘球心计算方法。根据最小区域球度误差模型分类,利用弦线截交关系建立起最小区域球度误差评价的2+3和3+2模型,最后通过截交几何模式产生了虚拟中心,从而准确确定球度误差评价模型的最大弦线与最大截面,达到快速精确构建模型的目的。测试数据和实例应用表明,基于弦线截交关系的最小区域球度误差评价方法具有更高的计算效率,且测量空间不受测量坐标系和零件几何形状误差的影响,并显著提高了整体评价的精度与准确性。     

基于最小包容区域的球度误差评定方法

针对球度误差评定方法存在原理误差或模型误差,提出了一种符合最小包容区域定义的球度误差评定方法,即将几何搜索逼近算法与基于最小包容区域法的球度误差评定的几何结构和定义结合起来的准确评定方法。对仿真数据和其他文献中的数据进行了评定。所提方法与其他方法的评定结果表明,所提方法可以准确地找到最小包容区域球的球心并给出球度误差的精确解。     

FMCW激光雷达几何结构精度模型与误差修正

为实现调频连续波（Frequency-modulated Continuous-wave,FMCW）激光雷达的高精度测量,针对激光雷达机械加工及装配过程中引入的几何结构误差,提出了基于激光雷达坐标测量误差的系统误差模型及误差修正方法。建立了激光雷达坐标系组,分析了空间坐标测量误差的来源。通过坐标系间的变换矩阵,实现了测量坐标的几何误差传递。然后,归并各坐标系的几何误差,建立了显式的激光雷达几何空间坐标误差表达式。并以此为基础,建立最小二乘优化目标,解算各项误差因子和修正后坐标。求得的误差因子可以用作后续坐标测量结果的修正。最后,基于该方法设计了一套以激光跟踪仪为高精度测量仪器、以靶球球心位置为标准点的标定场,使用激光跟踪仪与激光雷达测量相同位置的靶球完成系统误差修正。实验结果表明,经修正激光雷达空间距离测量的平均误差由0.044 8%下降到0.003 8%,误差极大值由4.17 mm下降到0.30 mm,验证了激光雷达几何结构误差标定和误差修正方法的有效性。     

基于鞍点规划理论的圆度及球度误差最小区域法评定新解法

在形位公差的圆度和球度误差评定方法中,最小区域法是最符合国标中定义形位误差的方法之一。针对目前基于最小区域法建立的数学模型以及相应的求解方法存在局部收敛以及求解迂回等问题,建立了圆度和球度误差评定的鞍点规划模型,并基于鞍点规划理论的最小条件建立了鞍圆和鞍球面误差求解的新算法,通过简单几何分析和有限代数计算即可确定符合最小区域法评定原则的圆度、球度误差以及相应鞍圆、鞍球面的位置和参数。相比于传统优化算法,本文提出的方法避免了优化方法对初始值的依赖性,具有较高的求解稳定性。     

最小外接球法球度误差评价与实现

针对直角坐标系下球体形状的误差评价,介绍一种利用最小外接球法评价球度误差的计算方法。建立基于直角坐标系下的球度误差三维评测模型,并研究外接球体几何曲面关系,得出了利用弦线截交关系快速评价球度误差的理论。利用弦线截交关系构建最小外接球法球度误差评价的“2+1”、“3+1”、“4+1”评价模式统一体,通过两次截交产生的虚拟中心定位,可以准确确定评价点的位置,达到了快速、精确利用最小外接球法评价球度误差的目的。通过分析表明,基于弦线截交关系的最小外接球球度误差评价方法计算效率高、易于实现且具有较高的评定精度,也为球度误差评价提供一种新的方法和思路。     

一种最小区域球度误差评定算法

根据直角坐标系下的球度误差的几何定义,提出了一种最小区域球度误差评定算法。首先以最小二乘球心为初始参考点,以之为球心构建一个辅助球,用经纬法将球面分布辅助点,以这些点为假定理想球心计算所有测量点的半径值,再根据最小条件筛选出若干条由辅助点构成的直径,分别对这些直径使用抛物线法缩小搜索区间,最终获得最小区域法对应的参数。实例结果表明,该方法能准确地获得最小区域解。     

五轴数控机床工作台的几何误差测量

针对回转轴误差的定义,最终确立以基于最小二乘圆法,对回转工作台几何误差的测量方案.并以HS664RT五轴联动立式加工中心作为研究实例,完成数控回转工作台的几何误差测量实验.用Matlab建立了求解标准球安装误差的算法,并对回转工作台几何误差进行了辨识建模.     

微球表面形貌检测中的偏心误差分析与修正

由于使用传统的误差修正方法进行微球形貌检测会有过大的残差,本文提出了一种新的偏心误差修正方法来提高微球表面形貌检测的精度和效率。在分析了横向偏心和轴向偏心引入光程差数学模型的基础上,推导了偏心误差的高阶近似模型,提出了小曲率半径下基于Zernike多项式拟合的偏心误差修正方法,并给出误差修正的流程及相关参数的标定方法。通过对2mm直径的微球的表面形貌检测验证了所提出误差修正方法的可行性和有效性。结果表明:相对于零条纹时的形貌误差基准,采用本文提出的方法修正后的残余形貌误差峰谷(PV)值为0.081 5λ,均方根(RMS)值为0.016 1λ,比传统方法修正效果更好,能够满足高精度微球形貌检测的需求。     

连杆小头孔位置综合误差的修正方法

为消除连杆小头孔位置综合误差,提出一种采用更换新衬套,并对衬套孔进行镗削而精确修正误差的方法。阐述了误差修正的原理,建立了连杆小头基孔位置综合误差与衬套经镗削后的壁厚的定量关系,分析了限制衬套最小壁厚的因素,得出了误差修正的条件。误差修正实例和实际应用情况表明,误差修正的理论分析正确,方法可行、有效。     

2-RPaRSS并联操作手运动副间隙误差分析及补偿

针对新型3T1R并联操作手2-RPaRSS存在运动副间隙引起的定位偏差,造成操作手的实际轨迹与理论轨迹不吻合的问题,提出了一种基于自适应混合粒子群优化(AHPSO）算法的轨迹修正方法。建立操作手包含的各类运动副误差模型,在模型中将间隙误差完全等效成杆长误差;根据逆运动学方程建立并联操作手2-RPaRSS的位姿误差模型,得到关于输入、输出的微分关系式,并引入驱动杆输入角补偿量;利用粒子群优化(PSO)算法对补偿量寻优,将间隙误差补偿问题转化为求适应度极小值问题;通过混合权值自适应调整、学习因子自适应调节、混沌扰动范围自适应调节策略改进了PSO算法,得到AHPSO算法。仿真结果表明AHPSO算法性能优良,具有更好的收敛性和稳定性,对并联操作手运动副间隙误差的补偿是一种有效方法,补偿后定位精度得到了明显改善。     

显微视觉检测的几何量测量算法研究

为了提高微小型结构件视觉测量结果的准确度,研究了微小型结构件的圆、直线等几何要素的测量方法,并指出不同的测量方法对测量结果的准确度影响较大,在进行尺寸、形状和位置误差测量时,应选取不同的测量方法。提出一种直线和圆最小包容区域及最小外接圆的快速搜索算法,该算法利用凸包原理,排除不相关的运算数据点,可减小运算量。试验结果表明,该检测算法可大幅度提高检测速度。     

一种基于D-H参数的7自由度机械臂机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配,为机械臂的精度设计提供理论依据。以一种基于双电机伺服驱动关节的7自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目标为1.4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分析,机械臂的最大几何定位误差为1.226 7 mm,均值为0.485 9 mm,方差为0.216 5 mm,满足设计要求。为该机械臂的制造装配提供了理论参考依据。与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。     

三点法中测头角位置的精密测量方法

研究了三点法圆度及轴系误差测量中测头角位置的精密测量方法。设计了能直接测量非接触电容传感器测头实测状态下的角位置的测角系统,提出了克服测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差影响的校正方法。实验表明：采用本文提出的“多刻线”法测角精度优于1′,测头角位置测量误差及三个测头灵敏度标定误差对测量精度的影响可降致最小。     

离散频谱能量重心法频率校正精度分析及改进

研究噪声对离散频谱能量重心法的频率校正精度的影响,推导了在高斯白噪声背景下用能量重心法对加对称窗的离散频谱进行校正的频率误差理论公式,分析找错和找对最大值谱线情况下的理论误差和某些情况下校正误差较大的原因,为了提高能量重心校正法的频率校正精度,提出用谱线间相位差为阈值作为选择用3条或4条谱线进行校正依据的改进措施。通过对加Hanning窗的离散频谱进行计算机仿真计算,结果表明在大噪声背景下改进的能量重心校正法有很高的频率校正精度,与理论推导十分吻合,验证了理论推导的正确性,表明改进后的能量重心法具有更高的抗噪性能,扩大了能量重心校正法的工程应用范围。     

The selection of radius correction method in the case of coordinate measurements applicable for turbine blades

The objective of the research presented in the paper is the selection of suitable probe radius correction method in the case of coordinate measurements which can be applied for turbine blades. The investigations are based on theoretical analysis of geometric data and on further computer simulation of measurements and data processing. In the paper two methods for computing coordinates of corrected measured points are verified. Those so-called local methods of probe radius correction are based on Bézier curves. They are dedicated first of all to coordinate measurements of free-form surfaces which are characterized by big values of curvature, e.g. those surrounding the leading and trailing edges of a turbine blade. Numerical simulations are done for several models of the cross-sections of turbine blades with diversified magnitudes of radii of curvature. There are considered both manufacturing deviations and coordinate measurement uncertainty of each examined profile of a turbine blade. Numerical investigations based on the developed analytical models show the advantage of the algorithm which uses the second degree Bézier curves in probe radius correction. Moreover, in the paper there is explained the implementation of the developed algorithms for probe radius correction into the standard CMM software which amplifies the usability of the algorithms.     

曲轴油道孔MQL钻头的优化

介绍了微量润滑(MQL)切削技术与传统冷却液加工的现状。对曲轴油道孔钻头在MQL及高转速、大进给的情况下对该钻头打刀进行的分析、优化,最终达到理想的状态。     

叶根倒角对跨音轴流压气机气动性能的影响*

为了获得叶根倒角对跨音轴流压气机气动特性影响规律,研究充分考虑了加工工艺及气动影响两方面,用倒角半径及最小角度两个参数确定倒角几何。研究基于Rotor37分析倒角参数对叶片几何的影响,并从整体性能及内部流场细节两方面对转子气动特性变化进行详细分析,获得了倒角参数变化对气动性能的影响规律。研究结果表明,相对于最小角度,倒角半径是影响转子性能的主要因素;倒角的存在不仅使得叶片根部马蹄涡的分布发生改变,且影响了出口通道涡的强度和尺度。此外倒角存在改变了叶根处的压力分布,使得前缘来流附面层有所增厚,导致根部的做功能力及转子性能下降。     

改进蜂群算法在平面度误差评定中的应用

为了准确快速评定平面度误差,提出将改进人工蜂群( MABC)算法用于平面度误差最小区域的评定.介绍了评定平面度误差的最小包容区域法及判别准则,并给出符合最小区域条件的平面度误差评定数学模型.叙述了MABC算法,该算法在基本人工蜂群算法( ABC)模型的基础上引入两个牵引蜂和禁忌搜索策略.阐述了算法的实现步骤,通过分析选用两个经典测试函数验证了MABC算法的有效性.最后,应用MABC算法对平面度误差进行评定,其计算结果符合最小条件.对一组测量数据的评定显示,MABC算法经过0.436 s可找到最优平面,比ABC算法节省0.411 s,其计算结果比最小二乘法和遗传算法的评定结果分别小18.03μm和6.13 μm.对由三坐标机测得的5组实例同样显示,MABC算法的计算精度比遗传算法和粒子群算法更有优势,最大相差0.9 μm.实验结果表明,MABC算法在优化效率、求解质量和稳定性上优于ABC算法,计算精度优于最小二乘法、遗传算法和粒子群算法,适用于形位误差测量仪器及三坐标测量机.     

直叶片构造液力缓速器的设计与制动性能分析

针对传统液力缓速器的轴向倾斜叶片、封闭式循环圆、进出水口外流道等结构制造工艺复杂的问题,提出一种直叶片构造双循环圆液力缓速器的新结构,简化了制造工艺。通过建立数学模型,并运用计算流体动力学技术进行仿真求解,得到了缓速器的制动扭矩变化规律,最后通过台架试验进行了验证。结果表明：新型液力缓速器与传统液力缓速器的制动扭矩变化规律基本一致,在缓速器转速为1 750 r/min时制动扭矩可达到1 490 N·m,数值计算与试验制动扭矩的变化规律吻合较好,最大误差小于12%,证实了理论计算的可靠性,其制动性能基本能够满足车辆对制动扭矩、制动稳定性的要求。