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2009年 第20卷 第03期    刊出日期：2009-02-10
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机械科学
超声振动毛细管微量给粉装置设计及实验研究
黄华;齐乐华;曾祥辉;杨方;
2009, 20(03):  0-257. 
摘要 ( )   PDF (4363KB) ( )  
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为了满足新型微小型非均质制造技术对微细粉体须进行微量、定量、定点送给的要求，设计了超声振动毛细管微量给粉装置，开发了微量给粉实验系统。用内径120μm的毛细管，对直径小于30μm的铜粉颗粒进行了相应的实验研究。实验结果表明：超声振动毛细管微量给粉实验系统可以实现微细粉体的微量给粉，给粉速率小于0.3mg/s，且随着驱动电压的变化而改变；控制超声振动持续时间和沉积平台的运动，可以实现粉体的定量、定点给粉，最小给粉量可达0.0026mg；联合控制给粉装置和沉积平台可沉积出点阵、线、面等图案。
绳索牵引骨盆康复机器人的轨迹规划
王克义;张立勋;刘攀;张今瑜;
2009, 20(03):  0-377. 
摘要 ( )   PDF (1027KB) ( )  
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根据正常人步态运动中骨盆在水平面内的运动情况，对绳索牵引康复机器人进行了轨迹规划研究。依绳索牵引骨盆机构方案，用影响系数方法建立绳索牵引骨盆康复机器人运动学方程，得出骨盆运动与绳索运动的映射关系；基于达朗伯原理建立骨盆的动力学方程，求解出绳索拉力解，并对绳索驱动单元建立动力学方程。通过MATLAB软件对骨盆在步态运动过程中的轨迹进行仿真，得到了各根绳索位置、速度、加速度变化曲线；在考虑绳索工作承受最小拉力和最大拉力阈值的限制时，仿真各根绳索所受拉力变化曲线，可得各根绳索拉力处于对外力平衡和内力平衡的情况，并得到施加在伺服电动机上的电压变化曲线。
基于间隙特性的数控展成电解加工效率
吴锐;徐家文;赵建社;
2009, 20(03):  0-257. 
摘要 ( )   PDF (1368KB) ( )  
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为了提高数控展成电解加工的加工效率，以平面加工为例，研究了不同数控展成电解加工方式的间隙变化规律、电解速度分布和单位时间去除材料体积及其影响因素，并提出了通过离散化方法简化处理非平面问题，从而有助于在工艺设计阶段分析预测加工效率，选择最优的加工方式以提高数控展成电解加工的效率。
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轴向载荷下单股钢丝绳内部钢丝变形特性
曹国华;朱真才;彭维红;陈国安;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (1124KB) ( )  
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为了掌握轴向载荷下螺旋钢丝的变形特性以合理设计钢丝绳，推导了螺旋钢丝轴应变显式表达式，给出了螺旋钢丝截面曲线表达式和同层螺旋钢丝正好满足接触时钢丝的半径及接触半径、间隙角、间隙值和间隙率表达式。应用分析的结果表明：各层钢丝螺旋角相同，轴应变从内层到外层逐渐增大；随着各层螺旋角增大，轴应变逐渐增大并趋于相等；接触半径、间隙角、间隙值和间隙率在轴向载荷下变化缓慢；随着钢丝层数的增加，将螺旋钢丝近似为椭圆截面得到的接触半径与理论值的误差逐渐增大。对于少层钢丝绳且所有钢丝材料相同，在轴向载荷下其间隙率可认为不变;设计多层或螺旋角较小的钢丝绳时，建议采用该研究给出的理论值进行计算。
两种非球面面形的光学测量方法研究
朱勇建;尹韶辉;盛晓敏;唐昆;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (3836KB) ( )  
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采用结合四步相移的条纹投影法，实现了物体三维轮廓的测量。把计算机产生的干涉条纹作为投影源，在实验中采集4幅相移条纹图，利用所提出的相位重建算法——基于离散余弦变换的快速相位重建算法，得到了物体的三维尺寸。设计了新的径向剪切式同步相移干涉仪，该干涉仪采用2块雅敏平板，利用偏振光干涉原理实现了4幅条纹图的同步采集，可对不同口径的非球面面形进行测量，并能避开振动的影响，抗干扰能力强，其理论精度可达到波长的1/100。
风电回转支承滚道切入磨削的砂轮修形
汪世益;;黄筱调;顾伯勤;钱森力;王汉东;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (1173KB) ( )  
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应用多体运动学原理，建立了回转支承滚道成形磨削的砂轮修形几何误差模型；由机床非线性几何误差引起的砂轮修形误差会导致磨削的回转支承滚道开口变大和接触角变小；砂轮修正器金刚笔笔尖的正负偏离也会引起修形砂轮的轮廓变形。通过编程坐标误差反向补偿方法以及金刚笔笔尖正负偏离的校正方法，可有效调整磨削的回转支承滚道开口量和接触角。该方法是减小回转支承滚道磨削误差、提高滚道轮廓精度的关键技术之一。
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一种新型6-DOF串并混联拟人机械臂及其位置分析
金振林;李研彪;;谢启文;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (1098KB) ( )  
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提出了一种新型6-DOF串并混联拟人机械臂，这种机械臂主要包括肩、上臂和前臂三部分，其中，肩采用球面三自由度并联机构为机构原型，上臂采用五杆二自由度并联机构为机构原型，前臂采用四杆机构为机构原型，结合这种机械臂的结构布局特点，求得其位置正解的封闭解，使用Bezout消元法求得这种拟人机械臂的位置反解的封闭解。
基于小波包能量系数法的砂轮状态监测
王强;刘贵杰;王宛山;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (1674KB) ( )  
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分别介绍了声发射(AE)信号归原处理法及小波包能量系数法的相关概念，提出了基于AE信号归原处理法及能量系数法相结合的砂轮磨损状态检测方法。实验结果表明，该检测方法能够有效地判断砂轮磨损的状态，并具有良好的可操作性。
柔性平动式啮合电动机结构原理及静态转矩
徐强;廖启征;魏世民;黄昔光;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (1659KB) ( )  
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设计了一种新型的集成柔性机构的平动式啮合电动机。该电动机通过4组山字和一字形铁心组成的定转子间磁阻的变化，将电能转化为机械能。在柔性机构的支撑和约束下，转子绕定子轴线做圆周平动，进而直接带动摆线机构通过柔性轴输出低速大扭矩，定子则相对机架浮动，以消除转子平动引发的偏心振动。采用解析方法求得样机电磁转矩，并结合柔性机构的静特性分析获得了样机的静态转矩。通过样机实验验证了解析方法的合理性，同时也证明了该电动机结构新颖合理，具有可带载启动和启动快速的特点。
基于贝叶斯网络的数控机床热误差建模
吴雄彪;姚鑫骅;傅建中;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (2004KB) ( )  
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为消除数控机床热误差对加工精度的影响，提出基于贝叶斯网络的数控机床热误差建模方法。贝叶斯网络热误差模型用图论的语言系统地描述产生热误差的各种因素间的因果依赖关系，在此基础上进行概率推理，按照概率论的原则对各因素间的内在关联进行分析、利用，降低推理的计算复杂度，最终根据热误差值的区域概率分布得到建模结果。模型兼顾先验知识和样本数据，随着数据的更新，模型能够反映机床加工过程中的工况变化，不断修正建模结果。对数控加工中心进行建模实验，结果表明，基于贝叶斯网络的建模方法具有表达直观、建模精度高和自适应的特点，能有效描述机床热误差。
制造系统
基于车间实时状态的订单完工周期预测方法

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朱海平;刘繁茂;刘琼;邵新宇;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (2016KB) ( )  
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提出了一种针对多制造资源、多产品类型、离散生产系统中订单完工期的经验回归预测方法。先确定并量化描述影响订单完工期的两类主要因素，即车间实时状态和订单构成信息，基于ExSpect平台构建车间生产过程的高级Petri网仿真模型，通过随机模拟和仿真运行收集样本数据，训练出若干个体神经网络；然后采用基于误差聚类的改进Bagging方法建立神经网络集成预测模型；最后通过实例讨论了订单完工期预测的完整过程。结果表明，采用该方法能得到理想的预测结果。
机械科学
薄片零件机器视觉图像亚像素边缘检测
伍济钢;宾鸿赞;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (860KB) ( )  
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针对基于机器视觉的薄片零件尺寸在线高精度检测系统中的边缘检测问题，提出了一种新颖的精确亚像素边缘检测方法。用简单阈值法对待检零件图像进行二值化；用团块面积阈值法去除待检零件图像中的噪声；用二值数学形态学方法进行像素级边缘检测获得单像素宽连通的像素级轮廓；用基于三次样条插值的9×9pixel矩形透镜法进行亚像素边缘检测获得亚像素级轮廓。实验结果表明，该方法计算速度快、抗噪声能力强、检测精度高、亚像素边缘定位精度可达微米级。
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制造系统
面向过程协同的快速动员制造排程技术
和延立;杨海成;何卫平;董蓉;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (2408KB) ( )  
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研究了快速动员制造排程与动员制造链预案构建方法，结合遗传算法及合同网协议实现了动员制造排程及转包任务在成员企业中的分配，实现了制造链层次上制造资源的优化配置。算法通过具体生产实例进行验证。
面向计划变更的物料多跟踪监控模式及协调方法
薛冬娟;;黄学文;高天一;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (833KB) ( )  
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针对企业对各种物料的生产情况和生产进度监控需求的差异，建立了物料动态跟踪多层监控模型。针对物料拖期问题，提出了基于工作流的生产计划与调度并行的工作方式，建立了动态协调系统结构以及基于计划扰动因素的局部协调和全局协调相结合的动态协调机制。通过设置多个中间控制点，帮助生产人员根据客户订单、计划交货期和任务优先权等对拖期物料进行有重点的监控预报和协调处理。通过一个复杂装备企业的生产管理系统中物料跟踪监控的应用实例，表明了该方法的合理性和有效性。
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科学基金
复杂曲面零件可加工性分析的多属性评价算法研究
李桂东;周来水;安鲁陵;谭昌柏;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (1155KB) ( )  
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研究了影响复杂曲面零件可加工性的属性的层次化表示方法，并将可加工性的属性统一映射为复杂曲面零件几何特征属性；提出了几何特征属性评价值的概念，给出了各特征属性评价值的定量计算方法；提出了复杂曲面零件可加工性分析的多属性评价算法；给出了具体的算例。
面向协同产品开发的设计主体模型及应用
罗乐;张晓冬;李英姿;张硕;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (1953KB) ( )  
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为了描述协同产品开发过程的复杂性与不确定性，分析了设计主体及组织行为对开发项目的影响，基于复杂适应系统理论建立了设计主体模型；重点研究了设计主体的层次结构，建立了完整的设计主体行为协议，并用谓词逻辑进行了严格的语义定义。将所建立的设计主体模型用于构建产品开发团队多主体仿真系统，给出了仿真系统的程序结构和运算流程；将设计主体模型应用于多主体仿真系统的实例中，证明了模型的正确性和有效性。
带阻尼器磁悬浮轴承转子系统的不平衡响应
谢振宇;张景亭;高华;黄佩珍;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (4525KB) ( )  
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在一般磁悬浮轴承转子系统的基础上增加磁悬浮阻尼器，构成磁悬浮轴承与磁悬浮阻尼器组合的支承转子系统。通过理论分析及系统高速旋转实验研究了不同阻尼器控制参数下该组合支承转子系统的不平衡响应。研究结果表明，增加磁悬浮阻尼器的附加阻尼能够改善系统的动态性能，降低转子的不平衡振动，使系统在
16 000r/min稳定运行。
随机参数下齿轮非线性动力学行为
卢剑伟;刘梦军;陈磊;赵韩;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (1723KB) ( )  
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以齿轮系统为例，对系统参数随机扰动下非线性系统动态性能进行了分析。建立了参数随机激励下的非线性动力学模型，利用蒙特卡洛法对其进行分析，探讨了激励频率、阻尼比、齿侧间隙等参数的随机扰动对系统动态特性的影响，为更好地控制系统振动提供了理论支持，也为其他随机非线性动力系统建模分析提供了借鉴。
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基于可变形模型的光条纹中心提取方法研究
杨雪荣;张湘伟;成源;赵斌;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (1613KB) ( )  
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精确提取光条纹中心是实现高精度线结构光视觉测量的关键。针对噪声和光条纹断线对提取精度的影响，提出了一种基于可变形模型的光条纹中心提取方法。模型采用可变形B样条曲线，在内能和图像势能的共同作用下发生变形逼近光条纹中心。用有限元法对模型进行求解，在内能和图像势能总能量极小时，获得准确的光条纹中心。理论分析表明，该方法可实现光条纹中心的亚像素级提取。
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基于随机响应面法的响应灵敏度分析及稳健优化设计
乔红威;吕震宙;李洪双;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (466KB) ( )  
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基于随机响应面法，建立了随机结构响应统计矩的灵敏度分析方法，并将其用于结构稳健优化设计。所建立的方法利用随机响应面法将隐式的结构响应函数转换成显式函数，在显式的响应函数基础上求解响应的均值、标准差以及对应的灵敏度，所求出的响应灵敏度能为基于函数梯度的优化算法提供梯度信息。算例表明，所建立的灵敏度分析方法具有较高的效率和精度,提高了结构稳健优化设计的效率。
机械结构系统模糊可靠度数值计算方法
张新锋;赵彦;施浒立;;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (715KB) ( )  
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基于模糊可靠性问题向随机可靠性问题转化的思想和模糊变量与随机变量可以等价相互转化的机理，根据区间分析理论和最优化理论，提出了改进的顶点法优化模型，并用于解决机械结构模糊可靠度计算问题。针对模糊-模糊干涉模型和线性结构系统应用一般的顶点法给出了求解结构模糊可靠度计算公式；对具有多模糊变量非线性结构系统用改进的顶点法优化模型给出了求解结构模糊可靠度计算公式。该公式对结构系统均为模糊变量的模糊可靠度计算问题具有普遍适用性。算例分析表明了方法的有效性和正确性。
液压弯辊电液伺服系统建模及仿真
张伟;王益群;孙孟辉;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (923KB) ( )  
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通过对某轧机液压弯辊系统深入的研究和分析，并参考典型液压元件的作用机理，建立了轧机液压弯辊系统的数学模型。利用MATLAB语言对所建立的液压弯辊数学模型进行了计算机仿真，结果表明,仿真结果和实际所测得的响应曲线非常近似。
浅海水下滑翔器航行效率分析
武建国;陈超英;王树新;王延辉;张宏伟;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (1761KB) ( )  
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针对浅海水下滑翔要求浮力驱动系统肺活量大、流量大、纵向速度改变快以及姿态调整迅速等特点，设计了适用于浅海水下滑翔器的浮力驱动系统和姿态调节系统。给出了水下滑翔器航行效率的概念和计算方法，探讨了水下滑翔器航行效率的影响因素和提高方法。
双兰杰文式定子驱动的大推力直线平台的设计
贺红林;黄国庆;赵淳生;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (2507KB) ( )  
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利用圆柱状弹性体的一阶纵振和二阶弯振模态设计出一种兰杰文式定子，用两个定子并联驱动一个精密直线平台，该平台的尺寸为250mm×250mm×49mm，有效行程为120mm。研究了两定子的并联同时驱动和差分异步驱动的平台驱动方式，设计了平台的驱动电路。通过对定子的扫频实验和模态修正，实现了定子的纵振、弯振模态频率的一致性，并使两个定子的幅频和相频特性也分别趋于一致，从而保证了两个定子驱动足能对平台进行协调驱动，使平台的最大输出推力达23N，空载时的最大速度可达65mm/s。
车辆工程
中国假人模型与Hybrid Ⅲ假人模型碰撞响应的差异
曹立波;余志刚;白中浩;吴俊;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (1751KB) ( )  
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结合中国人体尺寸参数，在国外标准假人Hybrid Ш 50百分位假人模型的基础上，使用MADYMO软件中的缩放方法建立了符合中国50百分位身材的假人模型。以某一量产车型为基础，建立了其乘员约束系统模型，并分别利用中国人体假人模型及国外标准假人模型进行了正面碰撞仿真研究。结果表明，中国成年男性50百分位身材假人模型的头部和颈部损伤参数明显大于Hybrid Ш 50百分位假人模型的相应参数，而胸部压缩量则相对较小，大腿力损伤参数与Hybrid Ш 50百分位假人模型的相应参数相差不大。
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材料工程
导引高频磁通感应钎焊制作金刚石砂轮
马伯江;徐鸿钧;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (3440KB) ( )  
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利用特别设计的高频感应加热系统在氩气保护下钎焊制作了金刚石砂轮；通过电镜、能谱和X射线衍射等先进测试手段分析了金刚石、NiCr合金钎料和基体界面之间的微观结构；进行了砂轮的磨削加工试验。结果显示，钎焊金刚石表面有碳化铬形成；在钎料层和基体间存在结合牢固的扩散转移带。磨削试验证实，通过导引高频磁通感应钎焊制作的金刚石砂轮即使在重负荷加工过程中，也不存在磨粒脱落现象。
车辆工程
基于多目标优化的菱形车双横臂悬架运动学分析
莫旭辉;钟志华;韩旭;闫晓磊;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (888KB) ( )  
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运用多体动力学有限转动张量和空间解析几何方法，建立了双横臂悬架关键点的约束方程，导出了轮胎滑移和倾角随车轮跳动的变化规律。结合多目标遗传算法，以悬架横臂长度和初始位置为参数，对双横臂悬架跳动过程中的轮胎滑移和倾角的变化进行了优化。求解出了工程许可范围内的双横臂悬架轮胎滑移和外倾角变化关系及其悬架导向杆系参数。
材料工程
兼顾热轧工艺润滑的工作辊磨损预报模型
邵健;何安瑞;杨荃;郭宏伟;
2009, 20(03):  0-266. 
摘要 ( )   PDF (663KB) ( )  
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通过对某1700热连轧厂润滑轧制中轧辊磨损主要影响因素的研究，提出了包含润滑项的工作辊磨损预报模型，并采用模拟退火遗传算法估算模型主要参数。现场运用结果表明，该工作辊磨损模型结构及其模型参数能够兼顾热轧润滑和非润滑工况，提高了工作辊磨损的预报精度，满足在线运用需求。
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金刚石复合片与硬质合金的钎焊研究
王立;李嫚;贾乾忠;张弘弢;董海;
2009, 20(03):  0-369. 
摘要 ( )   PDF (10599KB) ( )  
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通过聚晶金刚石复合片与YG8硬质合金的高频感应钎焊试验，研究了不同钎料钎剂搭配对高频感应钎焊接头抗剪强度、焊缝厚度的影响，并用扫描电镜和电子探针观察、分析了焊缝的微观结构。结果表明，690℃钎焊温度下含Mn的1号钎料和活性温度较高的QJ102钎剂是最佳搭配方案。探讨了聚晶金刚石复合片的特殊钎焊工艺，认为采用复焊方法可以大幅提高钎焊接头的抗剪强度。
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