为系统地研究对称性在机械系统制造工艺中的存在、功效及应用规律,提出工艺对称性的概念,构建由工艺方法对称性、工艺过程对称性和工艺设备对称性组成的多层次分类体系.进而对工艺对称性中的组合/分解对称性和时空对称性加以细分,并举例说明了它们之间的区别.机械制造工艺对称性不仅能被用于提高机械制造工艺水平,而且能被用于提高机械施工设计水平,说明了这两者之间的联系、区别和互动.举例分析表明,提出的概念体系完整地体现了对称性在机械系统制造工艺过程中的各种存在,为进一步研究工艺对称性设计规律、建立机械工艺对称性设计方法提供了理论基础.

改模是注塑模具生产的重要环节,在这一环节中主要依赖于工程师的经验.如何发现和归纳改模知识,已成为越来越多的注塑模具企业需要面对的问题.基于此提出了利用自组织模糊规则归纳辅助模具工艺人员建立改模方案,分析了该算法的主要设计思想与实现过程,最后利用Knowledgeminer软件进行模糊规则归纳得到了一些有关“批锋”缺陷的规则.结果表明,由该方法归纳的改模规则和实际情况吻合,正确率达84％.

从设计和分析的本质出发,结合复杂系统的特点,通过分析传统设计优化流程在面对复杂系统时存在的困难和缺陷,指出多学科设计优化(multidisciplinary design optimization,MDO)方法是解决复杂系统设计优化问题的一种有效措施.在此基础上,介绍了多学科优化方法的基本思想,总结了子系统耦合方式及MDO在处理耦合时的基本方法,归纳了MDO的知识框架和主要研究内容.最后在现有研究成果的基础上,对MDO今后的研究提出了几点参考意见.

为提高机械零部件的安全性和稳健性,应用可靠性稳健优化设计理论和多目标决策方法,建立了适合结构可靠性稳健优化设计的多目标优化模型.为能迅速准确地对具有约束条件的多目标优化模型进行求解,提出一种利用模糊理论对约束条件进行处理的方法,然后应用灰色粒子群算法对多目标优化模型进行求解.通过对正态分布参数和任意分布参数的扭杆可靠性稳健优化设计,表明该方法行之有效.

以有限元分析与模态分析理论为基础,结合有限元分析软件,建立激光转台芯部结构的有限元分析模型,并分析其动态特性,分析结果表明结构设计基本合理,但需进行优化处理.利用结构优化理论,建立芯部结构的优化数学模型,并对其进行优化.在保证结构的最小一阶固有频率和最大静态变形的基础上,使芯部结构的质量减轻了41.43%,结构的一阶固有频率变化了17.10%.最后,对优化后的模型进行静力学和动力学校核,结果比较理想.

针对高精密加工过程中柔性夹具的变形问题进行理论计算和实验分析.首先应用CAE软件对现有柔性夹具进行有限元分析,分析夹具变形问题.然后通过CAD软件改变该夹具模型的结构参数和尺寸参数,优化夹具构造,以减少定位过程的夹具变形，并再次通过CAE软件进行分析,验证优化效果.通过增加夹具体主平面刚度、增加夹具体肋板刚度和改变夹具定位点位置等方法,实现夹具体的最大变形量满足加工精度的要求.实验分析以定位点变形为研究对象,测量得到4个定位点在夹具装夹过程中的变形量.实验结果基本符合理论计算结果,得到最终优化方案的4个定位点变形量均小于001 mm,满足了该高精密加工中对夹具体的精度要求.优化方案在实际生产中得到实施,效果良好.

国内水润滑轴承设计参数多依据国外产品反求，研究拟通过实验得出各参数的设计准则和轴承的制造工艺.分析了轴瓦结构、长径比等影响水润滑塑料合金轴承润滑特性的设计参数,得到轴承多曲面圆弧凹槽的经验公式和胶层厚度与轴径的关系.通过实验分析了硫化时间、温度和压力等制造工艺参数对轴承材料性能的影响.主要性能包括定伸强度、磨损量和扯断伸长率.综合各实验结果对制造工艺参数进行优化并进行正交实验,得到最优制造工艺.在硫化温度为180 ℃、压力为2 MPa和硫化时间为20 min的条件下制造的长径比为2的水润滑轴承性能可达到或超过美国国防部颁布的MILB17901(船舶)军用标准.

针对散热器结构复杂、建模难度大的问题,提出基于热交换系数法利用基座等效整个散热器,简化分析模型.首先由傅里叶定律和牛顿换热公式得到肋片传热的近似解和对流换热热流量,推导出自然对流和强迫对流两种情况下肋片对流换热系数的表达式,并根据能量守恒原则导出基座等效热交换系数关系式.然后用热分析软件Flotherm分别对等效前和等效后模型进行仿真,结果表明热交换系数法是一种行之有效的散热器简化建模方法.该方法同样适用于其它热仿真软件.

基于键合图理论,建立一种矿车超速感应机构的键合图模型.在20-sim仿真软件环境下,建立混合仿真模型,进行动力学仿真,得到超速感应机构的滑芯位移曲线图和转动角速度曲线图.仿真结果表明超速感应机构的滑芯能够在临界速度下甩出足够的长度以触发后续的制动装置,验证了超速感应机构设计合理.研究工作为机构的动态设计与分析提供了一种可借鉴的新方法.

为了研制可以和现场机型斗齿座配套的挖掘机新型复合材料斗齿,首先需知斗齿结构的全部设计数据.斗齿是一种外形不规则、内腔有配合要求的形状复杂的功能零件，要获取其全部结构尺寸参数,使用一般的测量器具极其费时,测量精度也无法保证，尤其是对精度要求相对最高的斗齿内腔形状和销孔位置等部分参数更是难以检测.为此,采用实物反求工程的技术路线,研究了斗齿结构参数的获取方法.针对实测到的斗齿点云数据,提出以实体模型的建立为目的首先提取关键形状的特征线,再将提取结果用于三维模型的重建.介绍了借助Imageware软件完成特征线提取以及Pro/E软件创建实体模型的策略和步骤.按反求CAD模型生成的工程图样试制的斗齿,经过了现场试用,结果表明包括斗齿内腔表面和销孔位置等重要参数在内的尺寸和形状反求精度符合要求,说明了所采用的技术路线可行、有效.

在有限元分析结果的基础上,提出用最大主应力有限元法求解理论应力集中系数K_t .数值计算结果与理论计算值和实验测得的值相一致,并进一步从网格细化方面的影响作了分析.结果表明网格细化到一定程度时,计算精度提高了,应力集中系数趋于一稳定值,而且与疲劳寿命估算时的应力取向相一致,进一步保证了计算寿命的准确度,为疲劳分析提供了重要的参数依据

探讨用BP神经网络预测蒸气云爆炸超压的基本原理.重点分析影响蒸气云爆炸超压的各种因素,在此基础上利用BP神经网络算法,通过对80组不同反应活性气体在不同环境条件下爆炸的实验数据进行训练建立了预测蒸气云爆炸超压的网络模型,并对另外20组实验数据进行了爆炸超压预测.预测结果与实测结果基本吻合,说明该模型能够反映蒸气云爆炸超压与其多种影响因素的映射关系,可用于蒸气云爆炸超压预测.该方法为预测蒸气云爆炸超压提供了一条新途径,具有工程实际意义.

应用齿轮啮合原理、齿轮接触分析和摩擦学理论,提出考虑齿轮瞬态啮合过程中传动效率随齿面接触载荷时变的齿轮摩擦功率损失计算方法；建立了啮合齿面间的相对运动速度、接触压力、滑动摩擦系数及摩擦功率损失的计算模型,并编制了计算程序；分析了齿轮几何参数、运行工况及润滑油温度等对齿轮摩擦功率损失的影响规律.研究结果为齿轮传动及其润滑系统的合理设计提供理论依据.

减振器在工作过程中产生的异响是其内部质量的外在体现,是影响车辆声学舒适性的一个重要因素.为了更好地分析减振器异响问题,模仿实车中的减振器安装方式,在电液伺服减振器道路模拟系统上对其进行台架试验,分别采用时域分析和频域分析的方法来研究减振器异响的产生机理.在减振器行程换向时,正常件的活塞杆加速度峰值小于异响件的活塞杆加速度峰值.正常减振器和异响减振器活塞杆加速度功率谱均方根值在500～1 000 Hz带宽内存在较大差异,并且这种差异随着试验频率的增大而愈加明显,正常减振器在此带宽内的活塞杆振动能量小于异响减振器的活塞杆振动能量.通过对双筒式减振器进行异响试验分析,可为工程应用中减振器异响的分析及评价研究提供参考.

现有服务机器人产品设计过程繁琐，开发周期过长.针对服务机器人产业化所需开发周期短和制造成本低的要求,分析了采用成品零部件设计的可行性,并以某服务机器人为例,给出了底盘和机械臂的结构分析与设计.实验表明采用此方法制作的机器人具有开发周期短、成本低、可靠性好的优点，能够满足中低端服务机器人市场的需求.