关键词： 机器视觉   边缘提取   YOLO   齿轮分类   齿轮尺寸测量  

摘要： 在机械设计与制造领域,注塑直齿圆柱齿轮因其具有轻量化、自润滑和低噪音的特点,被广泛用于航空航天、铁路交通、农业机械等多个行业。受限于齿轮的基本尺寸和齿距较小,使用传统测量方法难以高效率测量其尺寸,这无疑为尺寸测量工作带来了巨大的挑战。此外,注塑直齿圆柱齿轮的生产量巨大,而现行的生产线仅能对单一类型的齿轮进行尺寸检测,这不仅增加了检测设备的需求,也提高了生产成本。本文旨在开发一种针对多种类注塑齿轮的全自动化智能齿轮尺寸测量算法,实现单产线上对不同种类注塑齿轮的尺寸测量,解决目前生产线上注塑齿轮尺寸检测成本高的问题,提高生产线的自动化程度,实现生产流程的优化与升级。主要研究内容如下: (1)针对在工业生产环境中,高参数量,高计算量模型导致硬件成本高的问题,对齿轮分类检测模型进行轻量化改进,包括对YOLOv8n的Backbone层进行改进:将其中的Conv模块更换为Adown模块,提高处理多尺度特征的能力和模型泛化能力;对Neck层进行改进,将其中的C2f模块更换为CSPPC模块,减少冗余计算和内存访问。通过实验验证改进后的YOLOv8n-Adown-CSPPC相比原网络更轻量化。 (2)优化注塑直齿圆柱齿轮轴向尺寸测量算法,结合像素当量转换原理,开发了注塑直齿圆柱齿轮端面尺寸测量算法。针对目前ROI方法提取单像素边缘固定化和效率低的问题,将Canny算子和水平边缘卷积算子结合,实现自动提取单像素水平边缘;在此基础上,针对最小二乘法拟合亚像素坐标受离群点影响的问题,将最小二乘法与Tukey双权重损失函数结合以拟合亚像素坐标,去除拟合水平亚像素坐标点时两端亚像素离群点的影响,得到了斜率趋于水平的直线以准确测量轴向尺寸。 (3)开发了多分类齿轮视觉测量系统,该系统包括图像采集、图像处理、齿轮分类以及齿轮尺寸测量各个模块。针对注塑齿轮视觉尺寸测量需求,搭建了硬件实验平台,确定相机与镜头及照明方式,将改进后的YOLOv8n-Adown-CSPPC网络和所开发的三类齿轮尺寸测量程序结合,实现识别分类齿轮并测量尺寸的目标;在此基础上,开发了多种类注塑齿轮尺寸测量系统,并将该系统测量的数据与三坐标测量仪和齿轮测量中心测量的数据对比,实验表明本系统可以测量长度尺寸误差要求为1级以上,齿距偏差尺寸误差要求为9级以上的注塑直齿圆柱齿轮。

关键词： 风机齿轮箱   海水冷却   联合仿真   控制优化  

摘要： 每年春夏两季,因风况较好、气温不断升高,风电机组齿轮箱的散热需求增加,散热系统的能耗随之增加,如出现风机齿轮箱热量散发不充分,会出现因风机齿轮箱工作油温过高导致风电机组限负荷工作或停机的状况。本文基于风电机组齿轮箱散热系统的工作原理,提出利用海水对齿轮箱润滑系统进行散热的改造方案,同时利用PID控制原理对其进行控制。本文主要研究工作分为三个部分: 根据散热系统工作原理,进行设备的计算选型,使用Flo Master仿真平台,构建原风电机组齿轮箱散热系统和改进的海水散热系统一维仿真负载模型,对所需要的元件进行说明,并对元件的参数及曲线进行输入和绘制。最后在此基础上开展散热系统动态工况的仿真研究。 在确定散热系统的基础上,开展对其控制方案的研究。原风机齿轮箱散热系统以风冷散热器进口的油温为输入值,通过PID调节风扇的转速,实现对齿轮箱温度的自动控制。改进后的齿轮箱散热系统风扇转速控制跟原来一样,而增加的海水散热系统通过开环闭环同步控制海水泵转速。在开环系统中依照泵转速随风冷散热器进口油温变化的预设关系式输出部分海水泵转速。在闭环系统中剩余转速根据散热器出口油温通过PID控制进行调节,两者以一定的比例相加调海水节泵转速,实现对齿轮箱温度的精确控制。最后根据控制方案,采用Flo Master-Simulink联合仿真技术,计算得到散热系统动态工况下的工作特点。 采用模糊PID控制对风机齿轮箱海水散热系统的控制方案进行优化。在海水散热系统控制方案不变的情况下,利用模糊PID原理对风扇转速进行调节。结果显示:同时采用开环闭环控制离心泵转速和模糊PID控制风扇的转速,散热系统控制效果最优,能耗最小,为风力发电机组的齿轮箱散热系统发展提供参考。

关键词： 两级行星齿轮   滑动轴承   油膜力   分岔   非线性动力学  

摘要： 由于两级行星齿轮系统具有结构紧凑、传动平稳、承载能力强等优点,广泛应用于矿山机械中,滑动轴承支承的两级行星齿轮系统是硬岩掘进机中的重要传动组件。恶劣的工况环境,对于滑动轴承支承的两级行星齿轮系统的动力学性能提出了很高的要求,滑动轴承作为两级行星齿轮系统中重要的支承部件对于系统动力学特性有很大的影响,但目前相关研究较少。因此,研究滑动轴承油膜力及一些相关系统参数对系统的动力学特性的影响,对于提高两级行星齿轮系统的动态性能有重要的意义,可以为系统的结构优化奠定基础。研究内容主要包括: (1)以滑动轴承支承的两级行星齿轮系统为研究对象,建立系统的物理模型,考虑了系统级间传动轴的扭转刚度,以及齿侧间隙和滑动轴承油膜力这些非线性因素,通过集中参数法建立了两级行星齿轮系统的弯扭耦合动力学模型,还建立了线弹性轴承支承假设下的系统进行对比分析,进行了无量纲化处理,为后续的求解与分析奠定了基础。 (2)求解系统中的未知参数。利用能量法,对两级行星齿轮系统中的内外啮合副时变啮合刚度进行了分析与求解,对啮合阻尼、齿侧间隙和滑动轴承非线性油膜力等未知参数进行了确定。 (3)利用数值法中的龙格库塔算法对两组系统动力学微分方程组进行求解,运用时域图、相图、轴心轨迹图、庞加莱截面图和分岔图等分析手段观察系统动力学特性,结果发现滑动轴承支承的两级行星齿轮系统在输入转速由低到高的变化过程中表现出复杂的动态特性。在较低转速和中等转速区间呈现出单周期运动,其他区间会产生混沌运动与拟周期运动,振动增大。所以在切削硬度较高的岩石时可以适当减小输入转速,使用较低转速区间或中等转速区间,以提高稳定性并增大切削力。 (4)将滑动轴承支承的系统与线弹性轴承支承假设下的系统进行动态特性对比分析,结果表明滑动轴承油膜力对两级行星齿轮的影响显著且复杂。滑动轴承油膜力对两级行星齿轮系统的混沌运动具有明显的稳定作用,但另一方面会使轴心轨迹稳定性降低、啮合副的动态啮合力波动变大。 (5)对不同啮合阻尼比下的系统响应进行比较,结果表明适当增大啮合阻尼比可以明显改善系统动力学特性。尤其是在中等输入转速区间可以明显降低系统振动幅值,并且总体上可以减少工作转速区间内的系统的混沌响应范围。 (6)对不同轴承相对间隙下的外啮合动态啮合力进行分析,以及取样绘制最小动态啮合力与轴承间隙的关系曲线,结果发现滑动轴承相对间隙的取值对于系统啮合状态的影响是复杂的且非线性的。不同相对间隙下,啮合副的动态啮合力幅值有所不同,滑动轴承相对间隙值选取不当会造成系统出现单边冲击现象。