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    1. 数控机床发展历程及未来趋势
    刘强,
    中国机械工程    2021, 32 (07): 757-770.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.001
    摘要547)      PDF (11426KB)(715)    收藏
    从工业化进程和技术发展的角度总结了机床进化史和数控机床发展历程,分析了数控机床核心关键技术演进过程。将我国数控机床发展过程划分为初始发展阶段、持续攻关和产业化发展阶段、高速发展和转型升级阶段,并分别梳理介绍了各阶段技术和产业发展过程以及发展进程中的一些重要事件。列举了全球数控机床领域产业规模和产业结构的相关数据,以及该领域部分先进工业国家的技术发展状况,进一步对数控机床领域涉及的多个方面进行了国内外对比分析。最后分析展望了数控机床的未来发展趋势。
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    2. 基于机器学习和多目标算法的钛合金插铣优化
    翁剑, 庄可佳, 浦栋麟, 丁汉,
    中国机械工程    2021, 32 (07): 771-777.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.002
    摘要260)      PDF (3242KB)(273)    收藏
    针对钛合金的插铣加工过程开展试验和优化研究。以材料去除率和切削力为目标,采用机器学习和多目标优化算法相结合的方法来优化插铣切削参数;以主轴转速、径向切削宽度、切削步距和每齿进给量为试验变量,采用田口方法对试验变量组进行缩减。将机器学习方法与传统一阶和二阶回归方法比较,发现机器学习有很好的预测精度且解集分布更合理。分别采用MOEA/D、NSGA-Ⅱ、SPEA2、NSPSO算法对问题进行求解,并比较它们的性能,结果表明NSGA-Ⅱ综合表现最佳。最后将优化结果与初始参照进行比较,发现优化结果可以显著提高材料去除率并减小切削力,达到了高效稳定加工的目的。
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    3. [ 轨道交通运维技术]关于铁路机车车辆健康管理与状态修的思考
    张卫华, 李权福, 宋冬利
    中国机械工程    DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.04.001
    录用日期: 2021-03-05

    4. 基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究
    宫燃, 张真宇, 程志高, 徐宜, 张鹤
    中国机械工程    2021, 32 (14): 1639-1646.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.001
    摘要231)      PDF (5466KB)(237)    收藏
    为预测重载越野车辆传动系统中密封系统的流固耦合特征,综合考虑密封环在微小约束空间内的受力状态以及密封间隙流场中的流动特点,建立了密封环双向流固耦合数值模型并提出了求解策略。采用多物理场代码耦合工具MpCCI联合FLUENT与Abaqus软件对旋转密封系统进行双向流固耦合数值计算,获得了旋转密封间隙流场中油液的流动状态。分析了密封环变形对密封系统泄漏量和密封环摩擦转矩的作用特征,通过双向流固耦合的动态模拟考察了传动系统工况对密封环性能的影响。利用车辆传动系统密封环综合性能试验台进行了密封性能的试验测试,对比发现计算值和试验值的变化规律具有一致性,验证了密封流固耦合数值模型及其计算结果的正确性。
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    5. 基于耗散性理论的汽车底盘集成非线性鲁棒约束优化控制
    张家旭, 赵健, 施正堂, 杨雄
    中国机械工程    2021, 32 (08): 883-889.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.001
    摘要214)      PDF (4376KB)(216)    收藏
    针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统集成控制问题,基于耗散性理论设计了一种非线性鲁棒控制器。将未建模动态、模型参数和反馈信号测量误差作为系统的加性不确定性和乘性不确定性,建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车底盘集成控制模型;基于耗散性理论设计汽车底盘集成非线性L2增益控制律来抑制系统的加性不确定性对系统性能的影响,并采用投影修正法设计自适应律来实时估计和补偿系统的乘性不确定性;采用逐步二次规划法来实现汽车底盘集成非线性L2增益控制律输出的校正横摆力矩约束优化分配。最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的汽车底盘集成非线性鲁棒控制器的可行性和有效性进行了验证。
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    6. 基于4-UPS/CPC并联机构的多维调姿隔振平台设计
    张英, 孙豪, 马帅帅
    中国机械工程    2021, 32 (13): 1513-1522,1529.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.001
    摘要206)      PDF (9410KB)(165)    收藏
    提出了一种用于轮腿式机器人载运车的多维调姿隔振平台,该平台以4-UPS/CPC并联机构为主体,辅以弹簧阻尼模块,将调姿与隔振功能相结合,以满足载运车在工作过程中的姿态调整和隔振需求。以并联机构的工作空间、静刚度和灵巧度为目标,进行了4-UPS/CPC并联机构结构参数的优化设计;建立了路面谱模型,使用差分预测算法对载运车在C级路面上行走时保持上平台水平所需的支链长度进行了预测,通过仿真验证了所设计平台调姿功能的有效性;建立了多维隔振系统的振动模型,采用理论及仿真方法研究了系统在受迫振动下的振动响应,结果表明,隔振平台在5个自由度方向的隔振率均在57%以上;设计了隔振平台样机,搭建了实验系统,并进行了X、Y和Z方向的隔振实验,实验结果表明,所设计的多维调姿隔振平台在测试的3个方向上的隔振率均在50%以上,具有良好的隔振性能。
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    7. 基础装备制造及高档集成数控机床研究进展
    胡涞, 查俊, 朱永生, 位文明, 李东亚, 罗明, 牛文铁, 陈耀龙
    中国机械工程    2021, 32 (16): 1891-1903.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.16.001
    摘要206)      PDF (26502KB)(310)    收藏
    为解决航空航天制造领域面临的关键问题以及提高机床行业的服务能力,机床行业提出建设航空航天制造领域高档数控机床创新能力平台。总结了创新平台的基础装备制造及高档数控机床的四个方面研究进展,包括电主轴单元技术(高速主轴刀柄刀具系统动力分析、数字化仿真和样机模态验证分析)、机床设计(直线轴进给系统刚柔耦合机电耦合动力学、多轴联动与高速五坐标混联加工装备、摆动/回转进给系统的机电耦合动力学模型验证分析、MTC1000镗铣磨复合加工中心结构创新设计)、机床控制(高速启停残留振动抑制技术验证分析)和机床验证(航空航天结构件高速加工现场的数据采集、映射与存储技术分析)。最后展望了基础装备制造和高档数控机床的发展方向。
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    8. 2020年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述
    叶鑫, 李宏伟, 杨志勃, 赖一楠
    中国机械工程    2021, 32 (06): 631-637.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.001
    摘要179)      PDF (1672KB)(131)    收藏
    介绍了2020年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科(工程科学二处)科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况;阐述了学科在防控新冠肺炎疫情、落实科学基金改革任务、开展学术研讨与交流、加强人才培养与团队建设等方面的具体举措以及学科“十四五”和2021—2035年中长期发展规划战略研究工作。
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    9. 基于自适应自相关谱峭度图的滚动轴承故障诊断方法
    郑近德, 王兴龙, 潘海洋, 童靳于, 刘庆运
    中国机械工程    2021, 32 (07): 778-785,792.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.003
    摘要176)      PDF (5363KB)(155)    收藏
    自相关谱峭度图通过最大重叠离散小波包变换对信号频谱进行分割,并选取最大峭度值所对应频带内的信号进行诊断分析。针对自相关谱峭度图方法在分割频带时因遵循二叉树结构而导致的频带划分区域固定问题,提出一种基于自适应自相关谱峭度图方法的滚动轴承故障诊断方法。自适应自相关谱峭度图方法以改进的经验小波变换为基础,对原始信号傅里叶谱进行包络与平滑处理后再分割,实现了自相关谱峭度图方法自适应分割频带的目的。通过仿真信号与实验数据分析,并将所提方法与快速谱峭度及自相关谱峭度图方法进行对比,结果表明,所提出方法能够准确地检测到合适的解调频带,同时其故障特征更加明显。
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    10. 刚软结合可穿戴手部康复装置设计
    刘冬, 王明昊, 毕聪, 水生财, 丛明, 杜宇
    中国机械工程    2021, 32 (08): 930-937.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.007
    摘要160)      PDF (7531KB)(89)    收藏
    手部康复装置是用于手部功能恢复治疗的装置,刚性装置柔性不足、贴合性差,容易造成二次伤害;软体装置驱动力小,且复杂软体装置不易制作。为克服刚性装置与软体装置的缺点,提出了一种结合软体关节与刚性指节的可穿戴手部康复装置。分析人手的生物结构,设计软体关节结构并分析其弯曲特性,基于刚软结合设计气动手指执行器,并进行有限元应力与变形分析;完成软体硅胶关节模具和手部康复装置的制作;搭建气动手指执行器测试实验平台,测试刚软结合手指执行器的弯曲特性和指尖力,并进行手部康复装置对不同形状物体的抓取实验。结果表明所设计的刚软结合可穿戴手部康复装置可实现手部抓握等运动功能的康复训练。
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    11. 负载不平衡下小样本数据的轴承故障诊断
    何强, 唐向红, 李传江, 陆见光, 陈家兑
    中国机械工程    2021, 32 (10): 1164-1171,1180.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.004
    摘要160)      PDF (6051KB)(113)    收藏
    针对轴承振动信号易受负载不平衡干扰以及轴承故障样本量少的问题,提出了一种基于梯度惩罚Wasserstein距离生成对抗网络(WGAN-GP)和自注意力卷积神经网络(SeCNN)的轴承故障诊断方法。对轴承振动信号进行短时傅里叶变换,得到易于WGAN-GP处理的时频谱样本,分为训练集、验证集、测试集;将训练集输入到WGAN-GP中进行对抗训练,生成与训练样本分布相似的新样本,并添加到训练集中以扩充训练集;将扩充后的训练集输入到SeCNN中进行学习,并将训练好的模型应用于测试集,输出故障识别结果。对CUT-2平台负载不平衡轴承数据集进行分析,实验结果表明,所提方法能够准确有效地对轴承故障进行分类。
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    12. 电机散热系统的研究现状与发展趋势
    汤勇, 孙亚隆, 郭志军, 张仕伟, 袁伟, 唐恒, 梁富业
    中国机械工程    2021, 32 (10): 1135-1150.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.001
    摘要157)      PDF (15987KB)(252)    收藏
    高效率的散热系统是抑制电机温升、提高电机运行稳定性和延长电机寿命的重要基础。详细介绍了风冷、液冷和蒸发冷却三种电机常用散热系统的发展现状;分析讨论了各类电机散热系统的优缺点和适用范围,重点综述了目前国内外在提高电机散热系统冷却效率方面的研究进展。结合额外热路增强型电机散热方案和相变散热技术提出了以相变传热器件来提高电机散热效率的新方案,最后对电机散热系统的发展趋势进行了科学预测与展望。
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    13. 螺栓连接微观摩擦到宏观动力学研究综述
    曹军义, 刘清华, 洪军
    中国机械工程    2021, 32 (11): 1261-1273.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.001
    摘要156)      PDF (7675KB)(235)    收藏
    螺栓连接作为一种典型的机械装配结合方式,在航空航天、武器装备、能源化工和交通运输等关键机械装备设计和运行中扮演着至关重要的角色,但螺栓连接也引入了刚度和阻尼非线性因素,给装备的动力学性能预测和服役可靠性带来了新的挑战,这些促使螺栓连接研究涉及界面微观摩擦到宏观结构动力学多个学科。总结分析了螺栓连接界面微观摩擦到宏观动力学研究领域螺栓接头摩擦本构模型的分形表征、统计求和模型和Iwan模型的建模方法,归纳了目前国际上螺栓连接的几种实验测试基准系统,概述了螺栓连接宏观动力学问题中涉及的非线性建模、参数辨识、数值仿真技术和结构健康监测等多方面的最新技术进展,展望了未来螺栓连接动力学需要重点开展研究的方向。
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    14. 一种新型半对称三平移一转动(3T1R)并联操作手的运动学研究
    孙驰宇, 沈惠平, 袁军堂, 杨廷力
    中国机械工程    2021, 32 (06): 638-647.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.002
    摘要156)      PDF (8376KB)(116)    收藏
    基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,提出了一种能实现三平移一转动(3T1R)的2RRPaR+2RSS并联操作手机构。对该机构进行了结构特性分析,计算了其自由度及POC集,并得出其耦合度为2;依据该机构的结构特性及几何约束条件,采用二维搜索法对该机构的位置正解进行了求解,推导出了其位置逆解,并验证了位置正逆解的正确性;基于该机构的逆解公式,计算出其三维工作空间,并得到了一组Z向不同截面的切片形状,同时对Z=1000 mm截面处的转动能力进行了分析;最后,基于雅可比矩阵对机构奇异位形进行了分析。研究结果表明:所提2RRPaR+2RSS机构在与H4机构主要尺寸参数相同的情况下,其工作性能总体优于H4机构。与H4机构相比,所提机构的工作空间增加了27.87%,其转动能力提高了4.35%。
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    15. 盾构机关键零部件再制造修复技术综述
    李方义, 戚小霞, 李燕乐, 王黎明, 杜际雨, 许京伟, 孟晓宁
    中国机械工程    2021, 32 (07): 820-831.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.009
    摘要153)      PDF (4769KB)(155)    收藏
    阐述了我国盾构机再制造的发展现状并指出了我国盾构机再制造发展的不足与挑战,综述了盾构机主轴承、刀具刀盘、液压系统、减速机、螺旋输送机等关键部件的损伤形式及目前常用的再制造修复方法。分析了激光熔覆、热喷涂、冷喷涂、冷焊等增材修复技术在盾构机再制造方面的潜能和优势,最后展望了盾构机再制造的发展趋势。
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    16. 液压四足机器人足端的力预测控制与运动平稳性
    李冰1;张永德1;袁立鹏2;朱光强3;代雪松1;苏文海3
    中国机械工程    DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.05.003
    录用日期: 2021-03-17

    17. 基于混合遗传鲸鱼优化算法的柔性作业车间自动导引车融合调度方法
    李西兴, 杨道明, 李鑫, 吴锐,
    中国机械工程    2021, 32 (08): 938-950,986.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.008
    摘要150)      PDF (8426KB)(92)    收藏
    针对柔性作业车间调度问题,考虑自动导引车(AGV)在车间制造过程中只参与装卸和搬运工作,提出一种实现AGV路径规划与柔性作业车间调度集成优化的融合调度模型。采用基于工序排序与机器选择两个子问题的二维向量编码方案,并在解码过程中提出基于最先服务原则的AGV安排策略。对鲸鱼优化算法进行离散化改进,针对性地设计了多种种群初始化策略,引入遗传算法的交叉、变异操作以提升鲸鱼优化算法的全局搜索能力,并嵌入局部搜索算法以达到全局搜索和局部搜索的平衡,构建了一种混合遗传鲸鱼优化算法(HGWOA)来求解该融合调度模型。通过经典测试算例验证了算法性能,并使用正交试验优化了算法参数。研究结果表明,HGWOA算法用于求解柔性作业车间AGV融合调度问题可以获得较好的效果。
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    18. 基于修正滑移线场模型的倒棱刀具切削力预测
    庄可佳, 胡诚, , 代星, 浦栋麟, 丁汉
    中国机械工程    2021, 32 (08): 890-906.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.002
    摘要146)      PDF (16134KB)(246)    收藏
    基于材料塑性滑移理论与刀具刃前材料流动状态分析,提出了一种考虑倒棱刀具负前角切削过程下的材料滞流区(死区)和预剪区的修正滑移线场模型,并给出了材料流动剪切应力和刃前切削几何参数的迭代求解方法,揭示了倒棱刃口几何形状与滑移线场几何参数之间的变化规律。将此模型应用于倒棱刀具切削过程,得到了适用于倒棱刀具正交切削力的预测方法。采用有限元仿真和切削试验相结合的方法对所提出的滑移线场模型和切削力预测方法分别进行了验证,模型预测结果与仿真结果和试验测量结果对比误差均在10%以内。研究结果为研究倒棱几何形状对工件材料流动特性和刀具切削性能的影响提供了参考。
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    19. 基于相似性理论的轮胎花纹相似度检测与分析
    李宏玲, 董玉德, 黄智豪, 高浩宇, 陶森望
    中国机械工程    2021, 32 (14): 1646-1652.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.002
    摘要145)      PDF (4852KB)(124)    收藏
    基于相似性理论分析了轮胎花纹结构的特点。运用灰度直方图、均值哈希算法、共生矩阵法等图像处理方法,在MATLAB软件中搭建了一个轮胎花纹2D相似度检测系统。利用该系统对现有的轮胎花纹进行了相似度检测与分析。将特定花纹的局部改变与原有花纹进行相似度检测,结果验证了系统的稳定性和可靠性。该系统可为不同花纹之间相似度的量化提供依据。
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    20. 国内重型数控机床的现状及发展趋势
    桂林;李升
    中国机械工程    DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.23.002
    录用日期: 2020-12-18

    21. 变胞四足机器人倾覆后的变胞恢复机理及其特性研究
    王圣捷, 戴建生,
    中国机械工程    2021, 32 (11): 1274-1282,1292.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.002
    摘要137)      PDF (11804KB)(343)    收藏
    机器人在无人环境下工作时,受外力及地形等因素影响而发生倾覆失去运动能力的情况难以避免,因此机器人需要具备倾覆后的自我恢复能力。在以静态方法为基础的恢复方法中,传统的恢复方式只能依靠腿部的运动来实现,而基于变胞四足机器人的可动躯干,可以提出一种区别于传统方法的利用躯干运动来实现四足机器人自我恢复的策略,该策略借鉴仿生灵感对动作进行规划。从力和能量的角度将这一方法与躯干无变胞的情况进行了对比,得到了优化的质心轨迹与减振方法。此外,利用仿真软件与变胞机器人样机对该策略进行了仿真与实物实验,验证了该方法的可行性并证明其可降低实现静态自我恢复的难度,并且通过不同条件下的实验证明了其在不同地形下具有一定的稳定性与适应性。
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    22. 基于套索传动的五指灵巧手设计与主从控制
    尹猛, 徐志刚, 赵志亮, 韩伟,
    中国机械工程    2021, 32 (08): 951-959.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.009
    摘要134)      PDF (11590KB)(76)    收藏
    为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间进行了分析;基于弯曲传感器与主从映射算法实现了抓取的主从跟踪控制。搭建灵巧手样机并进行关节运动实验与抓取控制实验。实验结果表明,将套索传动应用于灵巧手具有可行性,基于主从控制可以实现灵巧手对多种物体的抓取。
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    23. 基于组合优化算法的6R机器人逆运动学求解
    吉阳珍, 侯力, 罗岚, 罗培, 刘旭槟, 梁爽
    中国机械工程    2021, 32 (10): 1222-1232.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.011
    摘要133)      PDF (1672KB)(245)    收藏
    针对逆运动学求解存在的多解、精度低及通用性差等问题,提出了一种适用于各类6R工业机器人求逆解的组合优化算法。根据经典D-H法建立了机器人运动学模型,以最小化位姿误差为目标,结合运动平稳性原则构造了逆解问题的目标函数,以线性加权和法设计了适应度函数。通过混沌映射初始化种群、收敛因子非线性更新、自适应惯性权重位置调整及引入模拟退火策略等4种措施得到了一种改进的鲸鱼优化算法,并用于逆运动学求解。组合算法将鲸鱼算法求解的结果作为初始值,再利用Newton-Raphson数值法迭代出满足精度要求的运动学逆解。仿真试验结果表明:改进后的鲸鱼算法求解性能得到了较大提高,相比于直接利用鲸鱼算法进行逆运动学求解,组合优化算法具有求解速度快、稳定性好、精度高的特点,证明了该算法求逆的可行性与有效性。
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    24. 基于有限元模拟的Ti6Al4V铣削过程参数多目标优化
    黎宇嘉, 黄兵, 鲁娟, 钟奇憬, 陈超逸, 廖小平, 马俊燕
    中国机械工程    2021, 32 (13): 1555-1561,1570.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.006
    摘要133)      PDF (2850KB)(89)    收藏
    为使切削加工过程满足环境意识制造(ECM)的要求,针对质量指标(表面粗糙度)和ECM指标(能耗),针对Ti6Al4V的铣削过程,采用人工蜂群(ABC)算法优化的高斯过程回归(GPR)方法构建有限元代理模型,并采用多目标粒子群优化(MOPSO)算法获得满足最优加工目标的加工参数。为减少试验成本,采用有限元仿真软件Deform-3D获取各铣削参数组合对应的表面粗糙度和能耗数据,并通过物理试验验证其有效性;基于仿真数据,利用改进的GPR方法构建预测表面粗糙度和能耗的代理模型,并对比了该模型与其他两种模型的性能,证明了改进模型在精度和响应时间上的优势;采用MOPSO算法,以最小能耗和优良表面质量为目标,优化得到加工参数的Pareto前沿,并用物理试验验证了ABC-GPR-MOPSO算法的有效性。
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    25. 垂直型多级位移放大机构设计与力学解析建模
    林超, 沈忠磊, 李坪洋, 郑山
    中国机械工程    2021, 32 (08): 908-915,937.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.004
    摘要131)      PDF (6496KB)(148)    收藏
    针对压电位移放大机构在垂直方向较难实现大行程、高频带宽度的问题,结合两个复合菱形机构、两个杠杆机构以及一个普通菱形机构,提出了一种垂直型多级位移放大机构。基于能量守恒方法和弹性梁理论建立了位移放大比和输入/输出刚度解析模型,根据拉格朗日方程推导了固有频率解析模型。通过有限元法对解析模型进行了验证,所建立的位移放大比解析模型有较高的预测精度,可为大行程垂直型柔顺平台的优化设计提供参考。与文献中的位移放大机构性能对比结果表明,提出的垂直型位移放大机构具有更好的静动态平衡性能,其位移放大比可达43.29,同时保持一个较高的固有频率561.28 Hz。
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    26. 基于局部平衡判别投影的旋转机械故障诊断方法
    石明宽, 赵荣珍
    中国机械工程    2021, 32 (14): 1653-1658,1668.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.003
    摘要131)      PDF (2566KB)(107)    收藏
    针对旋转机械故障数据的多类别、高维复杂特性导致的分类困难问题,提出一种基于局部平衡判别投影(LBDP)的故障数据集降维方法。从时域、频域和时频域多个角度提取转子振动信号的混合特征,构建原始高维故障特征集;通过LBDP选择出其中最能反映故障本质的敏感特征子集;将得到的低维特征子集输入到K近邻分类器(KNN)中进行故障模式辨识。通过一个双转子系统的振动信号集合验证了所提出方法的有效性,证明了该方法能够全面地提取出局部判别信息,使故障类别之间的差异性更清晰。
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    27. 二维振动辅助微细铣削切削力建模与试验研究
    商鹏, 黄思硕, 刘晓鹏, 杨壮, 刘腾, 张建军
    中国机械工程    2021, 32 (06): 648-657,665.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.003
    摘要129)      PDF (8620KB)(95)    收藏
    基于力学解析法与斜角切削微元力模型,综合考虑刀具偏心、尺度效应与累积作用对瞬时切削厚度的影响,结合二维振动辅助微细铣削运动学特性,根据剪切区与犁耕区切削力大小不同的特点,建立了二维振动辅助微细铣削切削力模型。为实现振动辅助加工的目的,基于自行设计并优化的非谐振式二维柔顺振动平台,对铝合金Al6061进行了相应的二维振动辅助微细铣削试验研究,并利用MATLAB软件对铝合金Al6061的切削力曲线进行了仿真研究,通过对比分析验证所建立的二维振动辅助微细铣削切削力模型的正确性。最后,基于所建立的切削力模型,分别分析了振幅与振动频率对铣削力的影响规律。
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    28. 管道攀爬机器人非接触变磁隙式永磁吸附机构的设计与吸附性能优化
    郭登辉, 陈原
    中国机械工程    2021, 32 (14): 1659-1668.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.004
    摘要124)      PDF (3267KB)(99)    收藏
    设计了一种能自适应吸附不同直径管道的非接触变磁隙式攀爬机器人。采用矢量磁位法和有限元法建立了吸附机构的磁场分布模型和磁吸附力模型。基于空间力系统的平衡方程建立了机器人的力学模型,得出爬壁机器人需要的最小磁吸附力。基于磁场和磁吸附力的理论模型与Maxwell仿真,通过离散组合法得到了最优磁铁宽度和磁吸附力。通过不同磁场和磁吸附力的对比计算,在最优磁铁宽度为80 mm时,得出近似圆弧机构单位体积的磁吸附力为0.0078 N/mm3,大于矩形磁铁单位体积的磁吸附力0.0047 N/mm3,它产生的磁吸附力满足单个机构所需的最小磁吸附力2100 N的负载要求。最后,通过实验获得了磁吸附机构的磁吸附力特性,证明了磁吸附机构优化设计的可行性。
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    29. 磁轴承激励下转子系统动力学特性
    李胜远, 郑龙席
    中国机械工程    2021, 32 (08): 901-907.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.003
    摘要122)      PDF (4603KB)(91)    收藏
    为分析磁轴承激励下转子系统的振动机理,应用一维有限元方法建立了双盘转子系统动力学特性计算模型,研究了不同类型磁轴承激励下转子系统的动力学行为。研究结果表明:同向旋转的扫频激励力激发了转子系统的正进动模态,而反向旋转的扫频激励力激发了转子系统的反进动模态,两种情况下转子系统均以圆轨迹进动;由于单向简谐激励力可以分解为同向旋转激励力和反向旋转激励力之和,因此在单向简谐扫频激励力作用下,转子系统的反进动和正进动模态均被激发,转子系统以椭圆轨迹进动;在双向简谐扫频激励力作用下,转子系统的进动方向和进动轨迹取决于两个激励力的相位差。研究成果为评估高压压缩机转子系统稳定性时磁轴承激励方案的选取提供了理论依据。
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    30. 高速干切滚齿工艺参数的多目标优化与决策方法
    倪恒欣, 阎春平, 陈建霖, 侯跃辉, 陈亮
    中国机械工程    2021, 32 (07): 832-838.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.010
    摘要121)      PDF (2160KB)(70)    收藏
    为降低高速干切滚齿加工能耗、提高滚齿加工质量,提出一种基于改进多目标灰狼优化(MOGWO)算法和逼近理想解排序法(TOPSIS)的高速干切滚齿工艺参数多目标优化与决策方法。分析了滚齿工艺参数,将切削参数和滚刀参数作为优化变量,构建了面向最小加工能耗和最优加工质量的多目标优化模型,采用改进MOGWO算法对所建的模型进行迭代寻优,利用TOPSIS对优化的工艺参数解进行多属性决策。实验结果验证了所提方法的有效性。 
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    31. 碳化硅增韧氧化铝基陶瓷刀具切削Inconel718合金的刀具界面行为研究#br#
    郝兆朋, 韩雪, 范依航
    中国机械工程    2021, 32 (09): 1009-1016.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.001
    摘要121)      PDF (7110KB)(69)    收藏
    通过宏观实验发现在切削过程中刀具的Al2O3/SiC界面发生了断裂;建立了碳化硅增韧氧化铝基陶瓷刀具切削Inconel718镍基合金的分子动力学模型和单一界面的Al2O3/SiC三维界面模型,从原子尺度分析碳化硅增韧氧化铝切削过程的界面行为。在原有势函数的基础上计算了刀具与工件原子间、刀具内部基体与增韧间的Morse势函数,分别计算了单相Al2O3、单相SiC、复相Al2O3/SiC单一界面的界面结合能。研究结果表明:与单相界面相比,复相Al2O3/SiC界面结合强度较高,SiC增韧能够增强刀具的韧性和强度,但切削过程中出现了工件原子扩散到刀具中的现象。对扩散后刀具基体和增韧间形成界面的界面结合能进行了计算,发现刀具的界面结合强度有所降低,使刀具在Al2O3/SiC界面处发生断裂。
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    32. 自适应差异多尺度形态学的风力机叶片红外图像增强研究
    康爽, 陈长征, 赵思雨, 罗园庆, 孔祥希
    中国机械工程    2021, 32 (07): 786-792.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.004
    摘要120)      PDF (8133KB)(60)    收藏
    为提高采用红外检测技术检测风力发电机叶片内部缺陷的能力,改善红外热像图的清晰度低、背景光照不均和细节识别能力弱等问题,提出了一种自适应差异多尺度形态学(ADMM)的图像增强算法。在膨胀和腐蚀运算中分别选择不同尺度的结构元素作为操作对象,采用对比度改善系数比最大值作为多尺度及差异尺度选择的目标函数;利用开、闭及顶帽运算的优势,提取多尺度下图像的明暗细节信息;通过白顶帽与黑顶帽差值运算得到细节增强信息,并与原图像融合得到增强的红外图像;通过调整图像的灰度分布达到最佳的视觉效果。仿真实验结果表明,该算法不仅有极强的鲁棒性,而且能有效地增强光照不均情况下的红外图像细节,提高红外检测在风力发电机叶片中的探伤能力。
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    33. 含运动副间隙的空间转向机构运动精度分析及优化设计#br#
    王成志, 王云超
    中国机械工程    2021, 32 (09): 1027-1034,1042.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.003
    摘要120)      PDF (1143KB)(73)    收藏
    为评价运动副径向间隙和齿条倾斜对齿轮齿条转向机构转向误差的影响,将不同位置的运动副径向间隙用间隙杆和变长杆来代替,利用螺旋理论推导了转向机构的空间运动模型及主销转角与转向轮转角的理论模型。以最小转向误差为目标,以转向过程中压力角的最大值和车辆的最大转角最小值为约束条件,建立了含间隙转向机构优化模型。运动分析表明:含间隙转向机构的正转及回正过程具有不同的转向误差,且回正转向误差比正转转向误差更大;换向瞬间会产生比较大的转向误差;运动副间隙或齿条倾斜程度的增大会使车辆的最小转弯半径增大。考虑运动副间隙的转向机构优化设计,可以提高转向机构的转向精度。
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    34. 基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热研究
    王封旭, 邢志广, 杨朋朋, 林俊, 赵建文,
    中国机械工程    2021, 32 (07): 793-798.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.005
    摘要116)      PDF (2008KB)(63)    收藏
    建立了基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热模型,通过理论方法计算了机械臂稳态传热过程中各子模块的温度、传热功率和螺旋盘管中水的对流换热情况,并利用COMSOL Multiphysics仿真软件直观表达其稳态传热过程。仿真结果与理论计算结果差异在4.5%以内。理论分析和仿真结果可用于指导软体机械臂变刚度模块的设计。
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    35. 打造智慧物流与供应链,助力智能制造——《智慧物流与智慧供应链》导读
    霍艳芳, 王涵, 齐二石
    中国机械工程   
    录用日期: 2020-12-18

    36. 铝合金型材的静轴肩倾斜搅拌摩擦焊接头性能
    方远方, 张华
    中国机械工程    2021, 32 (07): 815-820.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.008
    摘要114)      PDF (11239KB)(31)    收藏
    采用静止轴肩搅拌摩擦焊装置对6005A铝合金型材进行焊接,并对焊后接头进行拉伸与弯曲的检测,观测了焊缝与拉伸断口横截面组织,结果表明:静轴肩焊缝表面平整无弧纹;倾斜焊接可避免焊缝表面沟槽;焊接速率1 m/min、转速2100 r/min时,接头的抗拉强度达到母材的73%,屈服强度达到母材的55%;转速1700 r/min、1800 r/min时,试样背弯出现裂纹,随着转速的升高,裂纹消失。焊缝横截面出现S曲线,试样断裂机制为韧性断裂。随着转速提高,组织的细化程度与分布均匀程度升高。
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    37. 融合动态能耗与路网信息的电动汽车充电路径规划策略
    林歆悠, 周斌豪, 夏玉田
    中国机械工程    2021, 32 (06): 705-713.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.010
    摘要114)      PDF (7269KB)(68)    收藏
    针对电动汽车续驶里程短的问题,以电动汽车为研究对象,基于“车路网”智能系统建立了道路拓扑模型、阻抗评价模型以及整车能耗模型,分别以电动汽车行驶时间最优、能耗最优和综合最优为目标,运用A*算法对电动汽车进行了充电路径规划。以福州市区交通为实例,采集了各路段主要行驶工况数据,将规划路段与行驶工况数据匹配用于车辆行驶时间和能耗的预测,并结合充电等待时间计算各目标阻抗成本。研究结果表明:所提出的充电路径规划策略能够根据驾驶员的不同需求分别规划出考虑时间、能耗以及综合最优的充电路径。
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    38. 钢板点焊翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响
    宋凯, 苏玉龙, 杜展鹏, 陈少伟
    中国机械工程    DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.05.001
    录用日期: 2021-03-17

    39. 基于开关式深度神经网络的拟人化自动驾驶决策算法
    王玉龙, 裴锋, 刘文如, 闫春香, 周卫林, 李智
    中国机械工程    2021, 32 (06): 689-696.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.008
    摘要112)      PDF (8031KB)(51)    收藏
    基于深度神经网络的拟人化自动驾驶为复杂环境下的高级自动驾驶提供了新的思路,但网络的封闭性会导致上层驾驶指令很难进入网络,为此,设计了一种开关式深度神经网络,该网络由卷积神经网络层和长短期记忆网络层组成,在两个子网络间嵌入了具有开关性质的特征选择层,并通过不同的驾驶指令选择激活不同的特征分支,从而完成了相应的驾驶任务。实车测试结果表明,开关式深度神经网络不会显著增加模型的推理时间,同时该网络实现了根据输入的不同驾驶指令完成车辆在路口的左转、右转、直行和绕障行为。
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    40. 椭圆导角混合柔性铰链的设计计算与性能分析
    王传礼, 李成, 何涛, 陈国瑜,
    中国机械工程    2021, 32 (09): 1017-1026.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.002
    摘要111)      PDF (6655KB)(80)    收藏
    为满足柔顺机构的大柔度要求,设计了一类新型椭圆导角混合柔性铰链。首先,以卡氏第二定理为基础推导了柔度和回转精度的计算公式,在参数的极限条件下,椭圆导角结构演化出其他三种铰链形式:直圆导角、椭圆直圆和直圆柔性铰链,使得多种柔性铰链的柔度和回转精度的计算公式合并在一组方程中,通过有限元分析验证了计算公式的正确性。其次,讨论了结构参数对柔度、回转精度和柔度精度比的影响趋势,分析结果表明,柔度与回转精度随参数的变化趋势具有相反性,且减小最小厚度是提高柔度的最佳方式。再次,比较了所提四种柔性铰链的性能,椭圆导角混合柔性铰链具有最大的柔度但回转精度较低,而直圆柔性铰链具有较高的回转精度且综合性能也较优越,但柔度最小。最后,对椭圆导角和直圆柔性铰链进行了应用研究,研究结果表明,椭圆导角混合柔性铰链在回转能力和应力水平方面具有显著优势。
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