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    2023年 第34卷 第01期    刊出日期:2023-01-10
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    版权页和目次
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    2023, 34(01):  0. 
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    专稿
    奋楫争先   勇往直前——2023年主编寄语
    2023, 34(01):  1. 
    摘要 ( )   PDF (237KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    机械基础工程
    考虑主轴-刀柄结合面特性的机器人铣削系统刀尖频响预测研究
    梁志强, 石贵红, 杜宇超, 叶玉玲, 籍永建, 陈司晨, 仇天阳, 刘志兵, 周天丰, 王西彬
    2023, 34(01):  2-9.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.001
    摘要 ( )   PDF (5586KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对机器人铣削系统刀尖频响具有位姿依赖特性,导致机器人变位姿加工时稳定性难以准确预测、加工颤振难以有效控制的问题,提出一种考虑主轴刀柄结合面接触刚度的机器人铣削系统刀尖频响预测方法。基于欧拉拉格朗日法与吉村允孝单位面积法,分别构建了机器人本体动力学模型与主轴刀柄结合面接触刚度模型,进而基于有限元主副自由度理论将机器人本体动力学模型与主轴刀柄结合面接触刚度模型结合,构建了机器人铣削加工系统刀尖频响预测模型。开展了机器人不同位姿下刀尖频响预测验证实验,结果表明,仿真与实验得到的刀尖频响函数相比,固有频率最大误差为6.63%,对应幅值最大误差为9.80%,验证了所提出的预测模型的准确性,证明了该模型能够实现机器人任意位姿下的频响函数准确预测。
    内啮合强力珩齿工件齿面珩削纹理预测与控制方法研究
    韩江, 李振富, 田晓青, 费宁忠, 夏链,
    2023, 34(01):  10-16.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.002
    摘要 ( )   PDF (3961KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    以内啮合强力珩齿工艺为对象,研究工件齿面珩削纹理的形成机制,并对珩削纹理进行预测,提出一种珩削纹理的主动控制方法。建立工件齿面接触线模型,模拟珩齿加工过程;研究珩磨轮修整工艺原理,得到珩削速度与加工纹理的映射关系。由于珩削速度受制于工件齿轮与珩磨轮的中心距和轴交角等参数,提出以轴交角和中心距为控制对象,对珩削工件齿面纹理的分布情况及纹理变化趋势进行控制的方法;采用不同工艺参数进行齿轮加工,并对齿面进行三维形貌检测。被加工齿轮齿面检测结果与预测模型高度吻合,表明采用该方法可以实现对珩齿加工纹理的控制。
    计入柱塞套弹性变形的柱塞副摩擦与密封特性分析
    杭旸, 闫康昊, 黄丹
    2023, 34(01):  17-26.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.003
    摘要 ( )   PDF (11176KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    综合考虑径向柱塞泵柱塞副粗糙表面接触和弹性变形,建立混合润滑状态下柱塞副弹流润滑理论分析模型,并结合有限差分法与有限单元法,基于MATLAB和ANSYS开展联合仿真,分析不同入口压力及凸轮转速下柱塞副弹性变形及表面形貌对摩擦与密封特性的影响。结果表明:柱塞套弹性变形对柱塞副微凸体接触影响显著,且影响程度与入口压力及凸轮转速有直接关系;弹性变形及表面形貌均在一定程度上影响摩擦功耗及泄漏量且弹性变形的影响更大;柱塞副摩擦与密封特性对工作条件较为敏感,随着入口压力或凸轮转速的增大,摩擦功耗、压差流量与剪切流量均有不同程度的增加。
    一种结构解耦型变刚度驱动软体手抓握能力分析
    尹海斌, 陶鉴, 李骞, 周佳,
    2023, 34(01):  27-35.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.004
    摘要 ( )   PDF (7863KB) ( )  
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    为了实现变刚度驱动软体手的精确抓取,设计了一款结构解耦型的变刚度驱动(变刚度与变形驱动)软体手指。建立了软体手指的指尖力模型,并计算了手指指尖力,将实验测试的手指指尖力数据与计算结果进行比较,证明了手指指尖力模型在一定精度范围内能够预测手指的抓握行为。基于软体手指的指尖力模型对软体手的结构尺寸进行设计,并根据设计的软体手进一步研究指腹的抓握能力,通过仿真与实验的相互印证得到了软体手指腹抓取的抓握力模型。仿真和实验结果表明,软体手的抓握能力与手指的刚度、变形驱动能力以及软体手的抓握形态有关。
    新型准零刚度非线性悬置座椅特性分析与参数匹配
    赵雷雷, 于曰伟, 曹建虎, 高尚鹏, 周长城, 袁建
    2023, 34(01):  36-46.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.005
    摘要 ( )   PDF (6437KB) ( )  
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    为有效解决车辆传统线性座椅振动舒适性差、非线性座椅成本高且可靠性差的问题,提出了一种基于连杆-剪式隔振机构的新型非线性悬置座椅。利用准零刚度理论建立座椅数学模型,探明座椅可变承载特性、低频隔振特性及其影响规律和关键参数可行设计域,进而提出悬置刚度解析匹配方法和建立减振器非线性阻尼匹配数学模型。通过样机试验对比,验证所建模型和所提方法的正确性及座椅能效。结果表明,新型座椅振动舒适性比传统线性座椅提高了35%且与传统非线性座椅相当;新型座椅成本是传统非线性座椅的一半,且失效条件下舒适性比传统非线性座椅提高14%以上。
    复杂机电系统总体设计方法研究与应用
    杨世香, 李文强, 邵哲辉,
    2023, 34(01):  47-54.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.006
    摘要 ( )   PDF (5184KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    复杂机电系统具有设计需求多样、结构复杂和信息冗余等特点,为提高系统的整体设计质量和效率,提出一种集成质量功能展开、公理化设计理论和Petri网的复杂机电系统总体设计方法。基于用户需求向系统功能设计、物理结构和工艺方案间的设计信息转换关系,将多种创新设计方法有效集成,建立包括设计需求分析、功能与结构映射和工艺路线布局的规范化复杂机电系统总体设计过程。通过智能除尘装袋系统的总体设计过程,验证了该方法的有效性和实用性。
    一种针对圆锥体外表面贴装的机械手设计分析与优化
    何宇凡, 孙江宏, 高锋, 李乃峥, 何雪萍, 王军见
    2023, 34(01):  55-64.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.007
    摘要 ( )   PDF (11038KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对圆锥体外表面贴装工作设计了一种串联式机械臂末端机械手。对圆锥体进行空间分析,根据圆锥体几何特征确定贴装技术方案并进行构型设计。完成机械手结构设计,利用拉格朗日法推导动力学方程,利用D-H法对正逆运动学进行求解。利用遗传算法NSGA-Ⅱ对执行器高负载零部件进行结构尺寸优化并对优化前后零部件进行有限元分析对比。通过虚拟样机、样机动态实验结果对比验证设计机械手的可行性,并分析了外界影响因素,最终证明设计的机械手可行并为其后续改进提供了方向。
    钛合金纵扭超声磨削力热耦合模型及其试验研究
    闫艳燕, 闫浩哲, 刘俊利, 牛赢, 王晓博
    2023, 34(01):  65-74.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.008
    摘要 ( )   PDF (7243KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为探究TC4钛合金纵扭超声磨削过程中的力热耦合机理,基于TC4钛合金纵扭超声磨削的磨削力模型、工件表面平均温度模型、质量热容计算表达式建立了其力热耦合模型,并对力热耦合作用下TC4钛合金纵扭超声单颗磨粒去除过程进行有限元仿真,分析磨削力、磨削温度的相互影响特性。理论与仿真研究发现,磨削区剧烈的温升会降低钛合金抵抗塑性变形的能力,抑制磨削力的增长速率。最后通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验进行验证,结果表明,纵扭超声的引入能明显降低磨削力和磨削温度,磨削力和磨削温度的降低幅度分别达到19.39%和12.41%;磨削温度随着磨削深度、砂轮转速和工件进给速度的增大而升高,且随着磨削温度的升高磨削力增长趋势变缓;磨削力和磨削热的减小使工件表面塑性变形和犁沟两侧的塑性隆起高度减小;与普通CBN磨削相比,纵扭超声的引入对表面粗糙度的降低幅度可达到31.21%,在一定范围内增大超声振幅能显著提高加工表面的质量。
    表面处理对TiAlSiN涂层刀具表面完整性及切削性能的影响研究
    吴振宇, 郑光明, 颜培, 杨先海, 赵光喜, 李学伟
    2023, 34(01):  75-83.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.009
    摘要 ( )   PDF (12757KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    涂层刀具在高速干切削钛合金时容易出现刀具磨损严重、刀具寿命短等问题,对涂层刀具进行表面处理能改善涂层刀具的表面完整性,是提高涂层刀具耐磨性和切削寿命的有效途径。选取TiAlSiN涂层刀具,分别进行深冷处理、微喷砂处理和深冷+微喷砂处理,研究不同处理方法对涂层刀具表面完整性(包括表面形貌、表面粗糙度、显微硬度和表面残余应力等)的影响,并进行钛合金高速干切削试验,分析不同处理方法对涂层刀具切削性能的影响,探究提高涂层刀具耐磨性和切削寿命的方法。结果表明:与单一深冷处理和微喷砂处理相比,深冷+微喷砂处理后涂层刀具表面完整性明显改善,刀具寿命显著提高。深冷+微喷砂处理能减少刀具崩刃、月牙洼磨损和磨粒磨损,有效提高涂层刀具耐磨性。
    生物制造
    非线性商用车仿生悬架等偏频等高度设计
    宋勇, 陆浩, 李占龙, 燕碧娟, 孟杰, 连晋毅
    2023, 34(01):  84-94.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.010
    摘要 ( )   PDF (6589KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对商用车悬架基于满载设计存在的变簧载时车辆平顺性差的问题,提出了一种基于双菱形仿袋鼠腿悬架(简称“仿生悬架”)的等偏频等高度设计方案,并对该方案进行研究、分析与评价,以改善商用车的平顺性。通过静力学特性分析,得到了仿生悬架的弹性特性和刚度特性并开展了等偏频等高度设计研究。研究发现:仿生悬架具有较理想的非线性弹性特性和刚度特性,相比线性悬架,具有更多的动容量和更强的抗击穿能力;悬架的初始角度和刚度比对其特性和行程区间有重要影响;通过调节仿生悬架初始角度可实现不同簧载质量悬架的等偏频等高度设计,表明所提设计方案可行。仿真分析结果表明,在不同路面等级(B、C、D)、不同车速(40~100 km/h)下,商用车经仿生悬架等偏频等高度设计后,车身加速度均方根值较设计前明显减小,平顺性得到有效改善。搭建了仿生悬架实验测试模型,在不同路面条件下,等偏频等高度设计后,空载和半载垂向加速度均方根值较设计前分别减小20.6%~28.3%和12.1%~20.4%,验证了等偏频等高度设计方案的正确性和有效性。
    仿生楔形阵列制备方法与方向性黏附特性研究
    刘彦伟, 周强, 潘豪, 李鹏阳, 李淑娟
    2023, 34(01):  95-101.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.011
    摘要 ( )   PDF (5801KB) ( )  
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    针对一次性蜡模或光刻工艺制备方向性黏附阵列效率低且工艺复杂的问题,提出了基于微纳3D打印技术的楔形微结构阵列高效制备工艺,制备的仿生楔形阵列材料具有良好的黏附性能和方向性黏附特性。首先,仿生设计了具有方向性特性的楔形阵列黏附结构。然后,利用微纳3D打印技术加工了相应的微结构阵列模具,发展了仿生黏附材料制备工艺,分析了楔形结构的轮廓精度。最后,搭建了实验测试平台,研究了剪切方向、剪切距离、预压力、脱附速度等因素对黏附性能的影响规律。结果表明,仿生楔形阵列黏附材料具有显著的方向性黏附特性,验证了微纳3D技术用于制备仿生方向性干黏附材料的可行性。
    先进材料加工工程
    考虑磁场区影响的电控永磁压边方法
    史锐, 秦泗吉, 潘自给, 陈浩东, 李学洋
    2023, 34(01):  102-108.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.012
    摘要 ( )   PDF (7747KB) ( )  
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    电控永磁压边方法具有独立加载、传动链短、节能、易于控制等优点。针对铁磁性板材成形,提出了一种新的成形区和磁场区重合的电控永磁压边方法。以圆筒形件的拉深成形为例,采用新设计的压边装置对不同压边力加载条件下的结构变形进行了磁力耦合有限元模拟,分析了板坯磁性对磁场和压边力分布的影响。由分析结果可知,新设计的压边力加载装置的刚度明显提高,新压边方法具有更好的压边效果,模具结构更紧凑。根据模拟和理论分析结果设计制作了拉深试验装置。实验结果表明,将成形区和磁场区重合的电控永磁压边方法是完全可行的。
    超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究
    张科, 汪小凯, 华林, 韩星会, 宁湘锦,
    2023, 34(01):  109-117.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.013
    摘要 ( )   PDF (8581KB) ( )  
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    超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外,从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法,基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型,研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明,自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%,仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。
    数字化挤压梯度砂型性能及补压距离研究
    姜二彪, 单忠德, 程光, 杨浩秦
    2023, 34(01):  118-125.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.014
    摘要 ( )   PDF (9058KB) ( )  
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    作为一种新的无模铸造成形工艺,挤压切削一体化成形技术突破常规铸型制造方法,给梯度砂型的制备提供了新思路。在梯度砂型成形过程中,对砂型型面层的补压会引起其强度、透气性能及型面层厚度的变化,进而影响铸件性能。针对该问题,从强度、透气性和切削力等方面对不同型腔深度的梯度砂型型面层进行了研究。结果发现,对于相同型腔深度砂型,补压位移对砂型型面层性能影响很大,当补压位移在2~12 mm范围内时,补压位移越大,则砂型型面层强度越高,透气性越小,切削力越大。综合考虑砂型型面层透气性、强度和切削力,得到了不同型腔深度砂型的最优补压距离,并通过ZL114A铝合金浇注试验验证了梯度砂型的优越性。
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    2023, 34(01):  126. 
    摘要 ( )   PDF (74KB) ( )  
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