[发明专利]一种利用功率谱密度曲线优化机械产品磨合过程的方法

权利要求书

1.一种机械产品磨合工艺的优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采集传统磨合过程信号，

根据产品磨合机理和实际工况，选择磨合工艺参数，并根据机械产品结构及形状，合理布置传感器位置，采集磨合过程响应信号；

步骤二：绘制随机信号功率密度谱，

首先对采集到的响应信号数据进行预处理，单独处理每组数据，计算得到功率谱密度的谱线，剔除无效数据；

步骤三：计算传统方法一次磨合循环中的能量总值，

所述随机信号功率密度谱的曲线是一条功率谱密度值-频率值的关系曲线，功率谱密度值-频率值的关系曲线下的面积就是均方值，其物理意义是信号的平均功率，均方值的正平方根称为均方根值；

步骤四：选择最优工况组合，

将各组工况下的功率谱密度曲线与一次磨合循环过程的功率谱密度曲线表示在同一坐标系中，在各组工况曲线中选取与一次磨合循环曲线有重合的曲线，并把这些曲线对应的工况视为有效工况，所有有效工况的集合即为最优工况组合；

步骤五：优化磨合时间，

通过控制与曲线形状相关的特征的范围来保证优化前后功率谱密度曲线形状一致，通过控制一次磨合循环中的能量总值保证能量的一致，优化目标为磨合时间最短，通过线性规划问题的求解方法可以得到最优的磨合时间；

步骤六：绘制优化后磨合工艺参数表。

2.如权利要求1所述的机械产品磨合工艺的优化方法，其特征在于：

在所述步骤一中，选择转速和载荷作为磨合工艺参数，其中转速取值分别为A1,A2,…,Am，单位r/min；载荷取值分别为B1,B2,…,Bn，单位MPa；传统方法每组工况下对应的磨合时间分别为C11,C12,…,Cmn,单位min，按照下表循环进行磨合试验，模拟机械产品受到随机动态载荷的响应情况，

传统磨合工艺参数表

根据机械产品结构及形状，合理布置传感器位置，采集磨合过程响应信号，每组工况下采集r组数据，一次磨合循环中共采集r×m×n组数据。

3.如权利要求2所述的机械产品磨合工艺的优化方法，其特征在于：

在所述步骤二中：对采集到的响应信号数据进行预处理，单独处理每组数据，包括计算得到r×m×n条功率谱密度的谱线，将谱线横坐标对应的频率值平分为q个频带，则每条功率谱密度谱线离散为q个散点，

然后将每组工况的r组数据作为一个整体，画出r组数据功率谱密度的散点图，共得到m×n张散点图，使用包络线法得到每组工况的随机功率谱密度曲线L1,L2,…Lm×n，分别代表各工况下信号功率在频率下的分布情况，

最后将所有数据作为一个整体，画出r×m×n组数据功率谱密度的散点图，使用包络线法得到一次磨合循环的随机功率谱密度曲线L，该曲线反映了一次磨合循环中信号功率在频率下的分布情况。

4.如权利要求3所述的机械产品磨合工艺的优化方法，其特征在于：

在所述步骤三中：计算传统方法一次磨合循环中的能量总值，随机功率谱密度曲线是一条功率谱密度值-频率值的关系曲线，功率谱密度值-频率值的关系曲线下的面积就是均方值，其物理意义是信号的平均功率，均方值的正平方根称为均方根值，即RMS，由此可以得到一次磨合循环中能量总值的计算公式：

Q0 ＝∑ R_i² · TE_i (1)

其中，Ri为第i种工况下随机功率谱密度曲线的RMS；TEi为传统方法中产品在第i种工况下的磨合时间，

根据公式计算得到传统方法一次磨合循环中的能量总值为Q0。

5.如权利要求4所述的机械产品磨合工艺的优化方法，其特征在于：

在所述步骤四中：选择最优工况组合包括将各组工况下的功率谱密度曲线与一次磨合循环过程的功率谱密度曲线表示在同一坐标系中，为了保证优化后磨合方案功率谱密度曲线在各频段的大小与优化前一致，在各组工况曲线中选取与一次磨合循环曲线有重合的曲线，并把这些曲线对应的工况G1,G2,…Gj，视为有效工况，所有有效工况的集合即为最优工况组合。