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曲轴圆角滚压变形分析及校直专家系统的研究

彭和平  
【摘要】:曲轴作为典型的非均质结构的零件,尺寸过渡处存在应力集中。大量理论研究和实践表明,曲轴的疲劳破坏大多发生在曲柄与主轴颈、连杆轴颈的过渡圆角处。为了提高其疲劳强度必须对曲轴的这些部位实施滚压强化工艺,然而曲轴弯曲刚度低,经过滚压强化后易变形,若对它再进行一次弯曲校直,则原来经过滚压产生的压应力将消失,失去了滚压强化的意义。只能采取校直滚压工艺,即对曲轴的某些部位用不同的滚压力再进行校直滚压,直到测量的曲轴的不直度合要求为止。由于曲轴的形状复杂,由理论计算确定曲轴的校直滚压力和校直部位存在较大误差,需要根据各种曲轴变形情况下校直滚压实验数据编制校直专家系统,曲轴校直滚压需在该专家系统指导下工作。本论文结合曲轴圆角滚压强化和校直智能加工系统的研究课题,对曲轴圆角滚压中的工艺参数进行了研究;用ANSYS工程软件对曲轴圆角滚压中的变形规律进行分析求解;运用三层前馈神经网络建立曲轴圆角滚压校直的网络模型,同时对曲轴滚压校直神经网络专家系统的程序设计进行探讨。具体做了以下几个方面的工作: 1、曲轴圆角滚压工艺参数如滚压力、滚压圈数、滚压速度等的确定,以及它们对曲轴疲劳强度的影响。 2、利用ANSYS有限元分析软件分别建立曲轴连杆轴颈、主轴颈圆角滚压模型,进行变形分析计算。绘出曲轴圆角滚压后的位移云图,确定滚压后主轴颈的跳动量,Von Mises等效应力云图,Von Mises等效应变云图等。通过有限元分析找出曲轴圆角滚压的变形规律,为曲轴滚压校直工艺提供指导,并为校直专家系统的编制提供参考。 3、对曲轴圆角滚压变形的数学模型及滚压校直工作机理进行了探讨。结合曲轴圆角滚压校直的实践,深入地研究了曲轴在恒定压力下滚压校直规律,即如何确定曲轴在恒定压力下校直滚压方位和滚压力的大小,为曲轴滚压校直专家系统的建立提供依据,并就专家系统的产生式规则、总数据库的建立以及控制策略进行了分析探讨。 4、考虑到理论分析计算的局限性,曲轴滚压变形规律的复杂性,本文结合神经网络的发展,提出了神经网络专家系统的基本原理与结构。运用三层前馈神经网络建立曲轴圆角滚压校直模型,探讨如何运用合理的方法进行网络输入层、隐含层、输出层节点的选择。对于所设计的网络算法,探讨几种典型方法,提高网络的学习速度,增强系统的自学习、自适应能力。探讨了网络训练算法中训练过程的不确定性、冗长的训练时间、实时性差等问题,对学习速度慢,存在能量函数局部极小值等问题进行了改进。同时对曲轴滚压校直神经网络专家系统的程序设计进行了较深入的理论探讨。 5、对径向基神经网络理论进行了学习与探讨。


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