为克服传统设计中拓扑优化与尺度设计分离造成的性能缺陷,提出一种基于桁架结构优化的复杂零件构型设计方法,实现了构型和尺寸的同步设计,在满足性能需求的前提下,实现了结构轻量化。首先,通过简化桁架基结构生成过程提高基结构生成速度;其次,以杆件横截面积为优化变量,将拓扑优化问题转化为带有边界约束的尺寸优化问题,实现桁架结构构型与尺寸的同步设计;再次,基于桁架结构的设计方法进行复杂零件构型设计;最后,以某加工中心立柱为例,以质量和静态变形为评价指标,分别利用上述方法及拓扑优化设计方法对立柱进行构型设计。结果表明采用该方法得到的结构较拓扑优化的结构减重5.4%,变形减小10.28%,验证了该方法的有效性。

滚动导轨几何误差是未知的,具有不确定性,导致其准静态误差亦具有不确定性。主要研究不确定性几何误差作用下滚动导轨准静态误差的分布规律。首先,通过接触受力分析,将双边接触问题细化为两个单边接触问题,建立包含不确定因素的静力平衡方程;其次,定义误差参量描述几何误差,对其进行抽样模拟,获得误差参量抽样样本;再次,分析几何误差和弹性变形误差之间的耦合关系,建立滚动导轨准静态误差模型;最后,基于误差模型,以某滚动导轨为例,求解其准静态误差,分析不同直线度公差、预紧力以及外载荷对滚动导轨准静态误差分布的影响规律。

基于复杂轮系状态空间理论,提出了一种复杂行星轮系功率流分析的简便方法。首先将复杂轮系拆分成基本单元,通过对单元结合点进行分析,建立相应轮系的特征状态方程以及基本单元的连接约束方程;然后对轮系单元结合点进行特征状态向量分析,根据轮系的实际情况确定结合点功率正负,判断功率流向;最后以某风机减速器为例,对其轮系的功率流进行分析,验证了该方法的有效性。

为建立导轨非赫兹接触静刚度模型,首先给出并求解了一般性点接触问题的基本方程,将其应用到单滚动体和滚道的非赫兹接触问题中进行非赫兹接触分析;其次用拟合精度较高的四阶线性方程拟合出了单滚动体和滚道的静刚度模型;再次基于齐次坐标矩阵法与单滚动体和滚道非赫兹接触静刚度模型建立了滚动导轨非赫兹接触静刚度模型;最后以某一滚动导轨为例求解并分析了非赫兹接触下的五自由度静刚度,结果表明用赫兹接触理论求解非赫兹接触下的导轨静刚度误差最大可达33%。

针对在多工况、多不确定性参数所形成的大数据下齿轮传动系统啮合接触特性分析困难的问题,提出了一种基于数据挖掘技术的齿轮传动系统啮合接触特性分析方法。基于多维高斯分布原理与齿轮传动系统有限元模型,构建了系统啮合接触特性数据集;采用最大信息系数分析了各系统参数与啮合接触特性之间的相关性,为预测模型提供了候选特征子集;采用支持向量机和随机森林算法建立了系统啮合接触特性预测模型,实现了对系统啮合接触特性的高效预测。结果表明,基于支持向量机算法的预测模型的预测误差最小,平均绝对百分比误差为3.87%,远小于理论计算误差。其中,在最优特征子集下,基于支持向量机算法的预测模型的各项接触特性预测误差指标显著下降,其平均绝对百分比误差降至3.03%,比优化前的接触特性预测误差减小了21.71%,验证了所提方法的精确性与

建立齿轮传动方案设计的知识单元,提取知识单元的运动、动力以及结构属性,依据机械运动方案设计的状态空间理论,将知识单元的运动及动力属性转换为特征矢量,从而使齿轮传动方案求解转换为矩阵计算,并将知识单元动力属性与三维参数化模型相关联,通过知识单元参数化模型的配合实现传动方案的可视化。建立齿轮传动方案的知识单元库并转换为相应的数据结构,在知识单元的串并联组合基础之上,实现知识单元混联组合的方案求解。运用VS开发工具开发齿轮传动方案设计模块,输出满足用户需求的齿轮传动方案三维模型以及方案相关详细信息。

介绍新型蓄能器油压试验台的工作原理,利用蓄能器的蓄能原理提出油压试验台的节能控制模式。建立基于AMESim仿真软件平台的系统仿真模型并进行仿真,得到蓄能器在普通模式与节能模式下,在工作过程中的内部气体压力、回路冲击力及压力-容积关系的仿真曲线。仿真结果验证了系统节能模式的可行性。

为了研究在机床设计阶段导轨零部件形位误差的不确定性对加工误差的影响，提出了基于机床导轨形位误差不确定性的运动误差等效分析方法，并采用多体系统理论建立导轨形位误差与机床加工误差的不确定误差模型。首先采用区间参数和小位移旋量描述了导轨的形位误差，并采用蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟方法进行不确定模拟仿真，获得满足约束的形位误差分布。基此，将不确定的形位误差等效为滚动体的弹性变形，建立运动误差的求解模型，进而结合多体系统理论实现机床加工误差的不确定分析。最后，以某加工中心为例，基于提出的方法分析了不同的形位公差下机床加工误差的分布规律，结果表明加工误差与机床导轨的平面度公差几乎呈线性变化，且平面度公差影响程度大于垂直度公差和平行度公差。

介绍新型蓄能器油压试验台的工作原理，利用蓄能器的蓄能原理提出油压试验台的节能控制模式。建立基于AMESim 仿真软件平台的系统仿真模型并进行仿真，得到蓄能器在普通模式与节能模式下，在工作过程中的内部气体压力、回路冲击力及压力 － 容积关系的仿真曲线。仿真结果验证了系统节能模式的可行性。