面向可回收的绿色机械产品设计方法研究

机械产品在其从制造到废弃的整个生命周期过程中,如何以较经济的方式实现零部件的重用、材料回收等,是绿色设计和制造的重要内容之一.介绍绿色设计中面向回收设计的概念及其回收策略,提出实现机械产品回收设计的有关方法.     

装载机零部件重用管理系统设计与开发

机械零部件的回收重用是一项繁杂的工作,有大量的零件信息和过程信息需要管理。为此开发一套基于B/S构架的装载机零部件重用管理系统,对相关信息进行管理并对零部件回收信息进行评价,估计其回收重用价值。本文阐述了开发一个零部件重用管理系统的设计思想和方法,并详细介绍了应用ASP.NET开发三层结构应用系统的过程。     

基于概率的产品可拆解性评价方法及数学描述

在对零部件拆卸和产品拆解概念做出明确区分的基础上,对拆解类型进行了分析,给出了可拆卸性和可拆解性的定义;以概率理论为基础,对可拆卸度、拆卸率、可拆解度及拆解率等指标进行了数学描述;推导出可拆卸度、拆卸概率密度与拆卸率之间的关系;在非破坏性拆解及零部件拆卸过程相互独立的条件下,拆解概率密度是相关零部件拆卸概率密度的卷积,并通过对其积分可以确定产品的可拆解度.以汽车的典型零部件拆卸时间测定及数据统计分析为基础,确定了零部件的拆卸分布及其拆解分布规律.上述研究为产品拆解过程的定量评估提供了理论基础.     

废旧产品的回收决策

主要讨论了产品在使用过程中不确定因素对其拆卸的影响 ,针对最终废旧产品零部件回收与重用 ,提出了基于层次分析的评估模型     

产品再制造的绿色模块化设计方法

再制造性是机械产品设计时必须考虑的重要问题.在产品设计初期其实体生命诞生之前就全面考虑产品在今后全生命周期内的绿色特性及零部件的重用性,并用反映环境友好性的绿色度及反映功能、重用性的模块度进行评价和检验,可同时满足机械产品的绿色性和再制造性.     

基于零件回收综合评价的废旧产品拆解序列与拆解深度集成决策研究

产品更新换代的速度不断加快导致生活中废旧产品的数量与日俱增，对废旧产品进行合理拆解并回收再利用已成为发展可持续制造的重要途经。论文针对废旧产品拆解规划问题，将零件回收评价融入拆解序列和拆解深度的决策过程。综合考虑影响废旧产品内部零件回收效益的多项评价指标/准则以及这些评价指标/准则间的相互作用关系，构建零件回收综合评价模型，并基于零件回收综合评价模型提出拆解序列与拆解深度集成决策方法，利用零件回收效益评价值快速确定可行且高质量的拆解序列和拆解深度，以最大化废旧产品的回收效益。最后以动力电池和随机生成的不同规模废旧产品为拆解对象，验证论文构建的模型和提出的方法的可行性与有效性，计算结果表明零件回收综合评价模型和拆解序列与拆解深度集成决策方法在计算效率上的优势会随着废旧产品规模的扩大而增加。     

机电产品的拆卸与回收性能分析

机电产品在其从制造到废弃的整个生命周期过程中,如何以较经济的方式实现废弃的有效拆卸及零部件的重用、材料回收等,是绿色设计和制造的重要内容之一。文章对机电产品拆卸回收的经济性、拆卸回收性能,以及产品生命周期中的拆卸回收过程等进行了分析。     

机电产品绿色优化设计方法

基于机电产品设计资料,引入产品结构树型图、产品材料构成分析、产品可拆解性和能源回收指数等概念,评估了机电产品的可拆解性和能源回收性;构建了合并材料和整合产品功能单元两种绿色优化设计方法.以四川绵阳某企业B型超声仪器为例,通过优化设计前后产品零/部件数量、拆解步数、拆解时间和能源回收指数的对比,验证了该方法的有效性.     

金属废料拆解破碎机关键部件的分析与设计

破碎机是金属废料拆解的关键设备.文中通过对拆解破碎主要对象,即废旧小电机、小变压器、电机的转子、定子等回收废品的机械特性分析,确定拆解破碎模式,对破碎机关键零部件进行有针对性的设计,从而大幅提高了物料的破碎效率,有效地提高了机械设备的使用寿命.     

面向资源重用的再制造定制设计关系优化配置模型及应用

回收零部件的数量和质量的不确定性使得再制造系统中产品设计及生产运作变得复杂化.区别于新产品的大规模定制化生产,再制造系统的定制化需求具有双向特征:一是主动适应客户个性化、多样化产品定制需求;二是来自于废旧零部件数量、质量不确定性导致的"被动式"定制需求.设计关系优化配置模型解决的是,如何在设计规划阶段优化配置废旧零部件重用与再制造零部件定制设计之间的关系,实现双向定制需求之间的优化协调,使得废旧零部件得到极大化的重用,同时再制造零部件能够满足定制化设计需求.最后结合某矿山机械钻具鞍形座的再制造案例对模型应用进行了说明.     

多级行星齿轮系统耦合动力学分析与试验研究

基于齿轮啮合理论和Lagrange方程,考虑各级齿圈扭转支撑刚度,提出运用集中参数法建立多级行星齿轮—箱体耦合扭转动力学模型。在分析多级行星齿轮啮合相位关系的基础上,确定各齿轮对时变啮合刚度,并运用有限元法获取各齿圈扭转支撑刚度。行星齿轮传动误差表示为轴频和齿频叠加的谐波函数,分析多级行星齿轮传动的主要激励特征。针对盾构机三级行星减速器某施工地段的运行条件,求解行星齿轮系统的动态响应,并分析其时频特性。采用背靠背能量回馈试验台架测试方案,测量盾构机行星减速器的振动加速度,采用数值积分计算振动速度和位移,并分析其振动特性。研究表明盾构机行星减速器振动试验数据与计算结果具有良好的一致性,验证多级行星齿轮系统耦合动力学模型的准确性。     

发动机激励下行星传动非线性啮合力特性

建立了发动机波动转矩激励下的行星传动纯扭非线性振动模型,模型中考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差以及各行星轮位置相角时变性。根据信号调制原理,分析了行星排啮合力边频带的产生原因。把发动机转速、转矩分成4种典型工况,在时域和频域内对行星排啮合力进行深入分析。研究表明,啮合力以单边冲击为主,啮频倍频与部件转频倍频调制普遍存在,受发动机工作状态影响相对较小,啮频倍频与波动转矩频率倍频调制则受工作状态影响很大,高速重载时作用最显著。该结论为行星齿轮传动设计提供了依据。     

混合动力两级行星机构动力耦合系统动力学建模及分析

以基于双转子电机的混合动力传动系统的两级行星齿轮机构动力耦合系统为研究对象,考虑前后两级行星齿轮机构的齿轮副啮合刚度、中心构件的扭转支撑刚度、连接部分的扭转耦合刚度、各构件惯性等基本因素,详细推导并建立两级行星齿轮耦合系统的纯扭转动力学模型。利用两级行星齿轮机构的有关参数进行特征值问题求解,得到系统整体模型的固有特性,按照振型特点把系统的振动形式划分为三种模式:整体扭转振动模式、前排行星轮振动模式和后排行星轮振动模式。在整体模式下固有频率为单根,系统各构件均以一定幅度做扭转振动;前、后排行星轮模式下固有频率均为二重根,且除了其自身外,其他构件均无振动。归纳分析得到的各振动模式特征与前人有关结论相吻合。同时指出连接部分的耦合刚度对系统振动特性的影响,并作了初步分析。     

Analytical determination of mesh phase relations in general compound planetary gears

This paper systematically studies the mesh phase relations of general compound planetary gears. The mesh phase relations are described by the relative phases between mesh tooth variation functions of all gear meshes. The analysis allows for compound planetary gears having multiple mesh periods. A numbering method is proposed for accurate definition of the relative phases in a general compound planetary gear. By introducing the concepts of system-level, stage-level, and train-level relative phases, the relative phases between any two gear meshes in a compound planetary gear are calculated systematically. Important relations among these relative phases are derived. The results from this study are necessary for analytical or computational multibody studies on the static or dynamic response of general compound planetary gears.     

点蚀与剥落对齿轮扭转啮合刚度影响的分析

为了模拟齿面点蚀和剥落对齿轮扭转啮合刚度的影响,提出了利用ANSYS软件对齿轮传动扭转啮合刚度有限元模型的建模和计算方法。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度,并利用MATLAB比较了有点蚀剥落与无点蚀剥落齿轮的扭转啮合刚度的变化情况。模拟结果表明,点蚀和剥落的存在使齿轮的扭转啮合刚度减小,特别是在轮齿的单啮合区时,对扭转啮合刚度的影响剧烈。     

考虑随机制造误差的风力机行星齿轮系统动力学特性

为研究综合传递误差的随机波动对风力发电机齿轮传动系统动力学特性的影响,考虑齿轮时变啮合刚度、综合传递误差等因素,建立风力发电机行星齿轮传动系统纯扭转动力学模型。以随机风速引起的齿轮系统转矩波动作为行星齿轮系统的外部激励,对某1.5 MW风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到系统各响应量时域内的统计特征和齿轮副间的动态啮合力统计特征。分析表明：行星架、行星轮和太阳轮在扭转方向上的振动特性与外部载荷相关,其振动位移与外部载荷波动有相似变化的趋势;综合传递误差随机分量的离散程度对行星齿轮系统的动态特性和齿轮副间的动态啮合力有较大影响。随着综合传递误差随机分量离散程度的增加,行星架、太阳轮和行星轮在扭转方向上的振动幅值明显增加;综合传递误差随机分量的随机性使齿轮副间动态啮合力产生随机波动,随机分量离散程度越大,动态啮合力波动越明显;当随机分量的离散程度达到某一值时,齿轮啮合过程发生脱离,引发啮合冲击。     

钢/塑料齿轮组合行星传动的固有特性分析

建立了钢/塑料齿轮组合行星传动的纯扭转动力学模型;对8种钢/塑料齿轮组合行星传动的固有特性进行了研究,分析了组合方式对行星传动结构的固有频率、振型及模态动能的影响;研究了温度对组合行星传动一阶固有频率的影响.研究结果表明:组合方式对行星齿轮传动结构的固有特性影响显著;随着温度的升高,钢/塑料齿轮组合行星传动的固有频率下降,可能会出现温共振现象.     

钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料齿轮后的振动特性,建立钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和试验模型,对SNS、SSS、SSN和NSS四种钢/塑齿轮组合行星传动的振动特性进行理论分析与试验研究,分析组合方式对行星传动振动特性的影响。数值仿真与试验研究结果表明:塑料齿轮的引入对行星齿轮传动的振动特性影响很大,显著地减小了太阳轮与行星轮和内齿圈与行星轮的啮合动载荷;有效地抑制了行星齿轮传动的齿轮啮合频带振动和高频带振动;组合方式对行星齿轮传动的振动特性影响显著,合理地采用钢/塑齿轮组合行星传动结构可以极大地降低啮合动载荷,从而有效地抑制传动系统的振动和噪声。     

Model-based analysis and fault diagnosis of a compound planetary gear set with damaged sun gear

The vibration properties of compound planetary gears are more complicated than that of simple ones. This paper aims to investigate the fault properties of a compound planetary gear set in chipped sun gear conditions using model-based method. A three-dimensional lumped-parameter nonlinear dynamic model for the compound planetary gear set is established. This model considers the time-varying mesh stiffness (TVMS), the mesh phase relations, and gear chipping defects. The analytical equations are derived to quantify the TVMS reduction induced by the chipped gear based on the improved potential energy method. Further, the simulations are performed to demonstrate the fault features of sun gears with single or multiple chipped teeth in different gear stages. Moreover, the theoretical derivations are validated through the experimental signals analysis.     

行星齿轮传动系统均载分析

建立了2K-H型行星齿轮传动系统的静力学计算模型,并分析了该系统的静力学均载机理。利用当量啮合误差原理,得到了当量啮合误差和载荷不均匀系数的计算公式,对比分析了各构件的制造误差和安装误差对传动系统载荷不均匀系数的影响,并从所分析的误差中得到了对系统均载性能影响最大的误差项,以便于工程实际中参考。