关键词： 主风机   齿轮箱   轴瓦   温度   波动  

摘要： 某催化裂化装置主风机组齿轮箱的高速轴轴瓦温度频繁出现异常波动情况，温度波峰最高达到110℃，接近轴瓦涂层巴氏合金的极限工况值，影响机组平稳运行。本文结合瓦温波动现象和该齿轮箱拆修情况进行原因分析，并针对性提出该齿轮箱问题的解决办法。

关键词： 齿轮箱轴承   动力学分析   仿真数据增强   零故障样本生成   故障诊断  

摘要： 齿轮箱作为旋转机械中的核心传动部件,其运行状态直接影响整机的安全性与稳定性。作为齿轮箱中最容易出现磨损的部件之一,轴承的故障振动信号通常呈现出微弱且非平稳的特征。在实际工业应用中,不同类型的轴承故障样本获取困难,导致对轴承进行故障诊断时经常遇到故障样本稀缺或缺失的情况。此外,传统的数据驱动方法面临着诊断精度低和泛化能力差等问题,限制了齿轮箱轴承智能故障诊断技术的发展。为改变齿轮箱轴承零故障样本的诊断难题,本文从仿真建模、数据生成以及智能诊断的角度出发,开展了以下主要研究工作: (1)基于多体动力学仿真软件Recur Dyn和齿轮箱实际结构与设计参数,构建了齿轮箱刚柔耦合多体动力学模型。该模型涵盖齿轮啮合、轴承接触、润滑阻尼等物理机制,模拟了典型轴承故障在不同转速和负载下的动态响应过程。通过对仿真数据与实测数据在时域、频域及包络谱特征上的对比分析,验证了所建仿真模型的准确性和生成数据的工程可用性。 (2)针对齿轮箱轴承故障样本获取困难,故障样本缺失的问题,首先基于仿真数据与有限的正常真实信号构建频谱映射关系,增强仿真信号与真实信号的分布一致性。在此基础上,构建了融合变分自编码器与深度卷积网络的数据生成模型,实现了对振动信号样本的高质量生成。然后提出一种融合仿真增强与频谱映射技术的零故障样本数据生成方法。使用仿真数据对VAE-DCGAN模型进行训练,并将该模型迁移至真实数据中,使用频谱映射转换数据对模型进行微调,从而使模型生成具有真实感与判别性的生成数据,实现零故障样本条件下的数据生成。使用自有齿轮箱轴承数据集验证了所提方法生成样本的真实度更高,还原性更强,为齿轮箱轴承的零故障样本智能诊断提供了有效的数据基础。 (3)针对传统数据驱动方法在复杂非平稳信号诊断时存在特征提取不足与分类能力有限的问题,提出一种改进时序卷积网络的齿轮箱轴承故障诊断方法,该方法融合了时序卷积网络结构以提取不同时间感受野下的局部特征,并在通道维度中引入SE注意力机制以增强关键特征响应,提升模型对复杂非平稳信号的感知能力,同时,通过支持向量机实现故障类别的精准分类。最后,使用生成的齿轮箱轴承数据集对所提方法在多种故障类型与工况组合下的故障诊断性能进行验证,并与其他故障诊断方法进行对比,结果证明了所提方法在多种故障类型与工况组合下均表现出优异的准确性和鲁棒性。

关键词： 齿轮参数反求   离散遗传算法   三坐标测量仪   数学模型  

摘要： 齿轮在机械传动中扮演着至关重要的角色，其性能直接影响到设备的运行效率和稳定性。齿轮参数的精准测量一直是制造业面临的难题之一。针对这一现象，提出一种基于三坐标测量仪的齿轮参数测量方法。通过三坐标测量仪对齿轮齿廓的关键目标点进行测量，从渐开线的形成机理出发，建立目标点与齿轮参数相关的数学模型，以及三坐标测量数据与齿轮理论参数关联的目标函数，采用离散遗传优化算法进行求解，以确定最优的齿轮参数。通过对不同参数类型的齿轮进行反求实验，验证算法与模型的准确性。实验结果表明，该方法不仅适用于具有一般性制造误差的齿轮，而且对于非标齿轮也同样适用，为齿轮制造工艺和设计优化提供参考。

关键词： 电缆   剥线   刀片   齿轮   扭矩   调节  

摘要： 由于电缆在生产制造过程中，不可避免地会产生不合格报废品、首尾电缆头、分割后的短头等废电缆，需要进行剥离，回收有价值的铜和塑料等，为减轻工人的劳动强度，提高剥线效率，设计制作适用于低压电缆的剥线机，可以一次将绝缘层、金属与非金属保护层等剖开，在实际应用中，能大幅提升电缆的剥线速度，具有良好的应用价值。现对低压电缆剥线机的设计和应用情况进行简要探讨。

关键词： Zr基非晶合金   微型齿轮   数值模拟   铸造成型  

摘要： 对Zr55Cu30Al10Ni5（at%）非晶合金进行了吸铸实验。基于ProCAST软件，对合金的填充和凝固过程进行了数值模拟分析，得到了不同工艺参数下合金熔体填充过程中的速度场和凝固过程中的温度场分布规律。基于仿真结果，开展了Zr基非晶合金微齿轮铸造实验。结果表明，提高吸铸温度会导致合金熔体流速的增加。合金熔体在被齿轮腔顶部堵塞后，冲击引起的回流过程中速度变化显著，不利于其完全填充。通过吸铸实验制备了模数为0.6 mm、齿顶直径为8 mm、齿数为10齿的Zr基非晶微型齿轮。X射线衍射和差示扫描量热数据证实，所制备的Zr微型齿轮具有典型的非晶结构，轮廓清晰，成型形状完整。

关键词： 度量学习   迁移学习   图像处理   故障诊断   齿轮箱  

摘要： 故障诊断是轴承障诊断领域的一个热点和难点。针对这一问题，文中以渥太华大学变速齿轮箱故障诊断平台为依托，应用一种图像处理技术和深度学习进行齿轮箱故障诊断的新方法。首先，借助图像识别算法，把原始的振动加速度信号转化为图样本的形式；之后采用了尺度不变特征变换(SIFT)算法，来捕捉图像中的特征点。针对这些特征点，进行向量化描述，构建了词袋模型(BoW),这一处理使得样本的特征得以充分提取和表达；然后，引入了局部最大均值差异，实现同一类别下相关子域概率分布的紧密对齐。最后，在网络训练时与其他方法相比，所构建的残差部分卷积(ResPConv)模型在恒定转速工况下具有较高的准确率，在时变负载工况下的数据下比其他四种方法具有更优的故障诊断识别率和更快的处理速度，具有很好的鲁棒性和更少的参数量。

关键词： 机器视觉   深度学习   锥齿轮缺陷   YOLOv8n  

摘要： 随着工业领域对齿轮需求的增加,企业在批量生产过程中难免出现凹坑、表面粗糙、氧化皮等表面缺陷。目前,锥齿轮缺陷检测主要依赖人工目视,效率低且易误检漏检。虽然机器视觉检测可提升精度和效率,但现有模型算力需求高,实时检测率低。为此,本文针对当前锥齿轮(M4.9Z47)表面缺陷检测存在的问题,开展YOLOv8n模型的改进与剪枝优化研究,该方法具有高精度,快速响应和所需算力低的特点。主要研究内容如下: (1)锥齿轮表面缺陷定义与深度学习相关理论 采用面积占比法结合三维对比法简化缺陷检测,并深入分析缺陷成因及检测阈值,完善缺陷定义与测定。为确保齿轮表面缺陷图像清晰度,开展正交试验,探索采样角度、距离和光强等因素对图像质量的影响规律。为筛选合适的锥齿轮表面缺陷检测模型,进行多网络对比试验,最终选定YOLOv8n作为基础模型。基于深度学习理论,引入卷积神经网络原理,构建试验环境并设定评价指标。 (2)基于YOLOv8n的锥齿轮表面缺陷检测及其改进研究 阐述YOLOv8n改进模块以及稀疏训练和剪枝的原理,为后续对比试验做准备。为提升YOLOv8n对锥齿轮缺陷的检测能力,进行多尺度检测头对比试验,最终轻量化共享卷积检测头Detect＿LSCD以96.4%的m AP50和4.6GFLOPs的运算力优势胜出。同时,注意力机制对比试验表明,Seg Next＿Attention模块在不显著增加参数量的情况下,使m AP达96.4%,达到最优水平。消融试验结果显示,随着轻量化模块增加,模型参数和算力需求大幅下降。最终,改进YOLOv8n在损失1%精度的情况下,将算力需求减半。此外,通过稀疏训练和剪枝优化,模型参数量减少68.11%,浮点运算力降低72.84%,精度仅下降1.2%。 (3)锥齿轮表面缺陷检测系统设计 通过流程图直观展示锥齿轮表面缺陷检测过程,并从硬件和软件两方面设计系统。硬件上,选用工业相机和环形光源确保稳定采集图像;软件上,实现缺陷检测、结果展示和统计分析。对未经训练的数据集进行对比试验,结果表明改进模型YOLOv8-ours和剪枝模型YOLOv8-ours-prune误检率更低,验证了改进方法的有效性。

关键词： 20CrMnTi   齿轮钢   洁净度提升   渣系优化   钙处理  

摘要： 以国内某厂20CrMnTi齿轮钢为研究对象，通过全流程取样分析了钢液洁净度提升的限制性环节，并提出以下两项优化措施：（1）基于FactSage7.2计算了精炼渣碱度和钙铝比对CaO和Al2O3活度的影响，综合考虑渣系的低温液相区，确定了目标精炼渣系范围：碱度=4～6,w（SiO2）=9%～13.5%,w（Al2O3）=22.5%～31.5%,w（Fe2O3+MnO）<1%;（2）基于钙处理过量的现状，依托热力学数据库搭建了精准钙处理计算模型，并设计了人机交互界面。工业试验数据显示，在优化渣系和减少钙处理量的情况下，冶炼过程中的夹杂物数量显著减少，铸坯中夹杂物数量比原工艺降低56.3%。

关键词： 隔震支座位移监测   光纤布拉格光栅   位移传感器   齿轮  

摘要： 近年来,地震频发对建筑结构造成了严重破坏,由此带来巨大的经济损失和人员伤亡,建筑结构的抗震安全面临严峻挑战。隔震技术作为一种高效的抗震手段,能够显著提升建筑结构的安全性,有效降低地震后的修复费用,已在土木工程领域得到广泛应用。隔震支座作为隔震技术的关键部件,其健康状态直接关系到建筑抵御地震的能力,是确保隔震效果的核心所在。因此,构建高精度健康监测系统对于隔震支座运行状态进行动态监测与损伤评估至关重要。随着传感器技术的飞速发展,基于传感技术的隔震支座健康监测系统得到了广泛应用。然而,在实际应用过程中,由于隔震支座所处环境复杂多变,温湿度大幅波动,加之传统传感器在横向位移监测中存在量程有限、灵敏度不足及长期稳定性差等技术瓶颈,难以满足实际工程对隔震支座监测的高精度要求。针对这些问题,本文提出了一种齿轮式光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器监测系统,旨在为提升隔震支座位移监测的准确性和可靠性提供新的解决方案。本文的主要研究内容如下: (1)齿轮式FBG位移传感器结构设计。现有的隔震支座位移传感器在量程方面难以满足隔震支座位移变形极限的需求,严重影响了监测的可靠性。为解决这一关键问题,本研究设计了一种齿轮式FBG位移传感器,通过构建齿轮-旋转轴同轴转动系统,将量程扩展至400mm;通过在等强度悬臂梁关键应变区引入通孔阵列,形成双端固支一字梁结构,增大弯曲应变,提升应变灵敏度。通过理论分析,探讨了悬臂梁尺寸参数对灵敏度的影响规律,验证了一字梁型增敏结构的科学性与合理性。进一步,运用Solidworks软件进行传感器的三维建模,借助ANSYS软件开展静力学仿真分析,对传感器的结构尺寸进行了优化,并验证其增敏效果,模拟仿真确定等强度一字梁宽和通孔尺寸,使传感器灵敏度比原来提高1.45倍,满足实际隔震支座监测需求。 (2)FBG解调模块设计。为满足隔震支座位移监测中多点传感和复杂测量的实际需求,以及便携式光纤光栅波长解调模块需要,本文引入高速光纤光栅波长解调模块(FBGA)作为核心解调方案,搭建光纤光栅解调模块,然后基于可视化程序设计工具LabVIEW,构建了集数据采集、信号处理与实时显示于一体的上位机软件。搭建解调模块准确性测试系统,对比分析表明,解调模块与光谱仪的测量数据两者波长位移变化率的偏差仅为0.3pm/mm,其性能指标符合实验设计的应用要求。该解调模块的设计不仅提升了FBG位移传感器在复杂环境下的适应性,同时也为FBG位移传感器在隔震支座位移监测中性能测试和分析等后续研究提供了坚实基础。 (3)齿轮式FBG位移传感器性能分析。该部分以FBG解调模块为核心,设计隔震支座位移监测系统,主要包括位移传感器、光纤布拉格光栅解调模块和上位机。基于隔震支座大位移监测系统搭建实验测试平台,对隔震支座大位移传感器的静态特性和静、动态空间位移测量性能进行测试。(1)使用TD8411旋转平台表磁分布测试仪搭建传感器位移测试系统,对其灵敏度、精度等位移测量性能进行测试和分析。测试结果表明:传感器在0-400mm量程内灵敏度达到11.72pm/mm,线性度达0.9945,量程较传统多齿轮结构提升了2.5倍,灵敏度则提升30.6%,重复性误差1.34%,迟滞误差0.31%。综合各项性能指标,表明该齿轮式FBG位移传感器能够满足隔震支座健康监测对横向变形测量量程、灵敏度和长期稳定性的要求。(2)将齿轮式FBG位移传感器安装在某医院地下M层铅芯橡胶隔震支座上,对其在实际隔震支座位移监测中的使用效果进行测试。测试结果表明,传感器能较好反映隔震支座的位移变化状况,可基本满足隔震支座位移监测的需求,对提升建筑结构的抗震防灾能力具有重要的理论意义与工程应用价值。

关键词： 空间机械臂齿轮传动系统   可靠性评估   随机过程   Copula函数   贝叶斯方法  

摘要： 齿轮传动系统作为空间机械臂关节传动的核心部件,其可靠性直接影响着机械臂的操作精度、承载性能与运行稳定性。空间机械臂齿轮传动系统具有高可靠、长寿命、集成度高等特点,同时面临航天器研制周期与成本制约,以及空间极端复合环境的严峻挑战,其可靠性评估呈现出显著的工程难点:一方面,受制于可靠性评估的失效样本量不足,另一方面体现为系统退化失效模式多样且具有强相关性。为此,本文融合空间机械臂齿轮传动系统的多源可靠性数据,从多性能退化角度构建其可靠性评估方法。首先,建立考虑差异的性能退化模型,继而分析多性能退化相关性,最终通过多源信息融合提升评估精度,从而有效解决空间机械臂齿轮传动系统可靠性评估过程中面临的失效样本量不足及多性能退化相关等问题。本文主要研究内容如下: (1)单性能退化下的空间机械臂齿轮传动系统可靠性评估。基于典型随机过程模型构建性能退化可靠性评估模型,使用极大似然法进行参数估计;针对样本的个体差异性,将随机效应引入Wiener和Gamma过程中,建立考虑个体差异的性能退化可靠性评估模型,并使用贝叶斯方法进行参数估计;基于收集到的空间机械臂齿轮传动系统的性能退化数据,对提出方法进行案例验证,完成单性能退化下考虑个体差异性的齿轮传动系统可靠性评估。 (2)多性能退化相关的空间机械臂齿轮传动系统可靠性评估。在单性能退化模型基础上,量化性能退化数据间的统计相关性;建立基于Copula函数的二元性能退化模型,构建关联单一退化模型的联合分布函数,并通过统计信息准则优选最优最佳关联函数;最后基于空间机械臂齿轮传动系统单性能退化模型,对基于Copula函数的多性能退化模型进行验证,完成二元性能退化相关下齿轮传动系统二元性能退化相关可靠性评估。 (3)融合多源信息的空间机械臂齿轮传动系统可靠性评估。基于贝叶斯理论与方法,构建基于贝叶斯的多源信息融合退化可靠性评估方法,建立融合失效时间数据与多源性能退化数据的可靠性评估模型;基于空间机械臂齿轮传动系统的单性能退化模型,使用贝叶斯方法和MultiBUGS软件对后验分布未知参数进行估计,完成融合多源信息的齿轮传动系统可靠性评估。