【摘 要】
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高速卷绕机是化纤长丝生产设备中的重要组成部分,其凭借锭轴的回转运动对纤维起着拉伸和卷绕的作用,因此卷绕机锭轴的回转精度直接影响到丝饼的成型质量。装配对锭轴回转精度影响重大,由于锭轴装配件多、装配关系复杂,且为纯手工装配,其回转精度不易控制,如何实现锭轴回转精度的预测,从而优化现有公差设计方案,对于指导锭轴装配具有重要意义。本文首先通过动力学分析研究锭轴回转精度对其振动特性的影响;其次建立融合模型实
【基金项目】
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国家自然科学基金:“机理与数据融合的高速化纤卷绕机装配精度可保持性研究”,项目编号:52105509; 东华大学中央高校科研交叉重点项目:“数据与机理双驱动的卷绕机故障诊断与方法研究“,项目编号:2232021A-08
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高速卷绕机是化纤长丝生产设备中的重要组成部分,其凭借锭轴的回转运动对纤维起着拉伸和卷绕的作用,因此卷绕机锭轴的回转精度直接影响到丝饼的成型质量。装配对锭轴回转精度影响重大,由于锭轴装配件多、装配关系复杂,且为纯手工装配,其回转精度不易控制,如何实现锭轴回转精度的预测,从而优化现有公差设计方案,对于指导锭轴装配具有重要意义。本文首先通过动力学分析研究锭轴回转精度对其振动特性的影响;其次建立融合模型实现回转精度预测;最后构建多目标优化模型对锭轴几何公差进行优化。论文的主要研究内容如下:（1）研究锭轴回转精度对其振动特性的影响。首先通过锭轴结构组成分析锭轴装配精度需求,将回转精度分为同轴度和平行度进行后续研究;其次分析锭轴传动关系,依据哈密顿与拉格朗日原理建立锭轴动力学方程;最后基于龙格-库塔法求解锭轴动力学方程,确定同轴度和平行度的变动范围。（2）为了实现卷绕机锭轴回转精度预测,提出基于深度迁移学习的融合建模预测方法。首先基于雅可比旋量理论对锭轴公差进行建模,构建锭轴几何公差传递尺寸链;其次对锭轴实测装配数据进行精度样本集生成,缓解模型训练过程中由于样本数量不够造成的过拟合问题;最后构建深度迁移学习模型实现锭轴回转精度预测,为后续几何公差优化提供评价指标。（3）为了优化卷绕机锭轴几何公差设计方案,提出锭轴振动特性驱动的多目标公差优化模型。首先基于蒙特卡洛方法分析锭轴几何公差贡献度,获得原公差设计方案的贡献度排名;其次建立考虑成本和质量损失的多目标公差优化模型,并引入动态惩罚函数将其求解过程转变为无约束求解问题;最后基于非支配排序遗传算法对模型求解,获得更优的公差设计方案。（4）根据北京某卷绕机制造企业的实际工程需求,建立微服务系统对上述回转精度预测方法和几何公差优化方法进行功能模块验证,为卷绕机锭轴实际装配指导、公差设计提供可靠的应用工具。综上所述,本文研究实现了对锭轴回转精度的有效分析,不仅适用于锭轴回转精度预测,而且有利于锭轴的几何公差方案设计,为实际工程应用提供支撑。
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