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2009年 第20卷 第02期    刊出日期：2009-01-25
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机械科学
平面柔顺四杆机构的驱动特性分析
王雯静;余跃庆;
2009, 20(02):  0-130. 
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基于伪刚体模型法，分析研究了平面柔顺机构的驱动特性问题。以平面柔顺四杆机构为研究对象，建立其伪刚体模型。通过对该模型的动力学分析，得到了一种柔顺机构驱动力矩计算的新方法。算式表明柔顺机构的驱动特性与机构中柔性铰链之间存在着内在关系。根据算例分析结果可知，通过改变柔性铰链的刚度以及各柔性铰链未变形时的初始位置能减小机构的最大驱动力矩。
基于单神经元的盾构推进速度自适应PID控制
施虎;龚国芳;杨华勇;邢彤;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (3205KB) ( )  
参考文献 | 相关文章 | 计量指标
在分析单神经元PID特性的基础上，设计了基于单神经元的盾构推进液压系统速度自适应PID控制器。该控制器通过神经元自学习，可对传统PID控制器的比例、积分、微分系数进行在线调整，实现了盾构掘进机推进速度的自适应控制。仿真结果显示单神经元自适应PID控制器具有较强的鲁棒性，对盾构推进之类非线性过程具有较好的控制效果。
新型Hy-Vo齿形链的噪声试验研究
李启海;孟繁忠;冯增铭;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (3258KB) ( )  
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通过噪声试验，验证了新型Hy-Vo齿形链高速下的低噪声特性，首次研究了链轮量棒测量距的变化、中心距（垂度）的变化、节距的变化对新型Hy-Vo齿形链噪声特性的影响规律，提出了降低新型Hy-Vo齿形链传动噪声的有效方法，从而为新型Hy-Vo齿形链的国产化奠定了基础。试验结果表明，新型Hy-Vo齿形链传动的噪声明显低于套筒滚子链传动的噪声，同时也进一步验证了新型Hy-Vo齿形链及链轮啮合分析及其设计方法的科学性和可行性。
多失效模式机械零部件可靠性稳健设计
张义民;张旭方;黄贤振;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (3549KB) ( )  
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应用概率摄动法与可靠性分析的四阶矩技术，对多失效模式下机械零部件可靠性分析和稳健设计方法进行探讨。确定了不同失效模式间的统计相关特性；基于结构灵敏度分析的梯度算法和可靠性优化设计的最小灵敏度准则，讨论了具有非正态分布参数的机械零部件可靠性稳健设计问题；提出了多失效模式下结构可靠性分析与稳健设计的数值方法。
月球车弹性车轮设计与移动性能研究
孙刚;高峰;孙鹏;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (3556KB) ( )  
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设计了一种月球车弹性车轮，这种结构的优点是，在发射过程中车轮收缩可以节省所占火箭内部空间，行走时车轮在重力载荷作用下产生弹性变形，可以增大接地面积，减小接地比压，车轮可以吸收行走时的振动冲击，起到弹性减振元件作用。通过有限元分析得到了载荷作用下的车轮变形，借鉴车辆地面力学中对弹性轮胎的分析方法，计算了车轮在月球表层松软土壤上行走时的挂钩牵引力，并与同等尺寸的刚性车轮进行了对比，分析表明弹性车轮结构将提高月球探测车行走性能。
管道周向水平切变导波特性分析
王珅;黄松岭;赵伟;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (3635KB) ( )  
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为指导基于超声导波的管道无损检测，计算并分析水平切变（shear horizontal,SH）导波在具有自由内表面、外表面的弹性各向同性管道周向波导中传播的频散和波结构特性，将这些特性与平板SH导波的对应特性进行对比分析。在周向SH导波的频散特性推导中引入了传播方向弧长的修正算法。研究结果表明，表征管道周向弯曲程度的内半径、外半径之比越大，则管道周向SH导波的频散和波结构特性越接近于平板SH导波的情况，并且较低频率下的平板SH导波的SH0模式和管道周向SH导波的CSH0模式较适合缺陷的检测。
半固着磨具孔隙率的理论分析及验证
文东辉;洪滔;吕迅;袁巨龙;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (6722KB) ( )  
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在分析划痕对加工效率的影响及对比游离磨粒、半固着磨粒加工特点的基础上，对半固着磨具中产生陷阱效应的重要参数之一——孔隙率进行了研究分析。建立了圆形磨具与直线边界和圆形边界的接触模型，分析了最大量纲一重叠深度与量纲一法向力/法向弹性接触刚度比值的关系。研究结果表明：圆形磨粒之间的接触状态远远优于圆形磨粒与直线边界的接触状态；半固着磨具成形后的直线接触边界需要经过修整来提高其整体性能；理论计算孔隙率与实测表层孔隙率比较接近;半固着磨具的抗剪强度可以满足研磨、抛光工艺的技术要求。
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大型数控机床进给轴润滑状态的快速识别
周玉清;梅雪松;姜歌东;孙挪刚;陶涛;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (5080KB) ( )  
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以Stribeck摩擦效应为基础，提出一种基于光栅尺、伺服电机电流（转矩）等机床本体信息（无传感器）的大型数控机床进给轴(电机＋滚珠丝杠传动结构)润滑状态的快速识别与评估方法，即通过把Stribeck摩擦效应中的静摩擦力矩、库仑摩擦力矩、黏滞摩擦因数等关键参数用于润滑状态趋势分析，并采用变幅值变速度三角波快速测试曲线和非线性模型辨识方法，实现参数准确分离。实验证明提出的润滑状态的识别方法简单、快速、准确、有效，从而为大型数控机床进给轴润滑状态在线监测提供技术支撑。
基于边界元法的近场声全息实验研究
陈达亮;舒歌群;卫海桥;梁兴雨;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (4616KB) ( )  
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针对任意形状声源识别和定位问题，应用边界元法的近场声全息理论和标准Tikhonov正则化方法来控制场点声压测量误差对表面振速重构解的扭曲影响，由L曲线准则确定最优正则化参数，并通过实验证实了所述方法的有效性。
基于模糊模型的交流异步电力测功机转矩和转速辨识
陈鸿蔚;张桂香;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (5539KB) ( )  
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为简化交流异步电力测功机测试系统的结构和节约成本，分析了影响交流异步电力测功机转速和转矩的主要因素，利用T-S模糊模型能够逼近任意的非线性关系的特点，构建了交流异步电力测功机转速和转矩的模糊辨识模型。该模型考虑了温度对交流异步电力测功机转矩和转速测量的影响，以定子电压、定子电流和定子绕组温度作为辨识模型的输入。通过对各聚类误差的分析来调整聚类中心和隶属度，进一步改善了模型的输出精度。实验证明，该方法具有可行性，为发动机等传动设备的输入、输出机械功率的测试提供了一种新的方法。
基于一种新型形状记忆合金阻尼器的索振动控制研究
申文求;;韩玉林;孙志林;王时龙;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (3560KB) ( )  
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以索、缆、柔性杆类结构的振动控制为目标，研究了基于一种新型形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)超弹性阻尼器的索振动控制。首先研究了SMA丝预拉伸对该种阻尼器性能的影响，然后对基于该种阻尼器的索振动控制进行了有限元模拟，最后进行了基于此种阻尼器的索振动控制实验研究。研究表明SMA超弹性阻尼器可有效控制索、缆、柔性杆类结构的振动。
制造系统
基于STEP-NC的非线性加工工艺规划研究
黄华;李爱平;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (4160KB) ( )  
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研究了在STEP-NC环境下进行非线性工艺设计的方法和过程。首先分析了STEP-NC文件的结构组成及其支持非线性工艺的可行性；然后从STEP-NC文件中提取工艺信息，利用加工流程图（process sequence graph,PSG）表达加工工艺；基于PSG中包含的信息结合图搜索算法，在离线规划中选择优化的工艺路径；在在线规划中根据加工现场资源的变化情况实时调整工艺路径；最后将PSG中的离散工步连续化为可行的控制方案。通过一个实例零件对所提技术和算法进行了说明,为在STEP-NC环境中进行非线性工艺规划提供了完整的思路。
可重组制造系统中加工设备资源的优化配置与重构
吴永明;马剑;程猛;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (1221KB) ( )  
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针对可重组制造系统中制造资源的优化配置与重构需要系统地考虑不同加工零件的多方面要求，应用多色集合理论构建系统的设备资源模型，通过有向多色图及其可达路径生成工艺可行的设备资源配置方案,采用模糊综合评判方法综合考虑加工成本、时间和质量等因素，从可行配置方案中找出获得各个生产周期的多组优化方案，再用动态规划方法组合为全生产周期的优化设备资源重构策略。通过一个实例说明了所提方法的实现流程。
轨道车辆关重零部件的绿色再制造技术及模式研究
田威;廖文和;刘长毅;于连友;唐金成;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (6514KB) ( )  
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分析了轨道车辆关重零部件的可再制造性，并提出了初步的工艺方案。然后，结合行业特点通过实验研究了轨道车辆行业再制造的关键技术，实验结果表明，激光熔覆技术和激光表面强化技术都已能满足轨道车辆行业的技术要求。探讨了符合轨道车辆行业特点的绿色再制造模式和具体的实施流程，为绿色再制造技术在行业内的快速、广泛发展提供了帮助。
模拟退火粒子群算法在动态单元布局中的应用
祝恒云;;叶文华;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (3986KB) ( )  
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通过对单元化制造系统规划中设备布局特点以及单元零件工艺流程的分析，建立了基于动态单元的车间设备布局模型。为解决设备布局这一典型的非多项式(non-polynomial,NP)难题，提出了一种新的模拟退火粒子群算法，该算法将粒子群算法与模拟退火方法有机结合，在保留粒子群算法具有收敛速度快等优点的同时，增强了算法的全局搜索能力。通过实例仿真，进一步验证了该方法的有效性和实用性。
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信息技术
自适应数控编程与加工系统的设计与实现
刘日良;张承瑞;王金江;张先芝
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (7145KB) ( )  
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针对数控加工中编程与加工分离、制造与测量分离、系统间信息阻滞等问题，设计了一种集数控编程、实时控制和在线测量为一体的辅助制造系统，称为自适应数控编程与加工系统，并实现了一个原型系统。该系统包括基于PC的规划器和基于运动卡的控制器两部分，两者通过数据总线连接在一起。通过规划器和控制器的分工与协作，该系统集成了CAD信息的提取、工艺规划、代码生成与验证、机床控制以及在线测量等功能，并且能够根据工件信息以及毛坯的实际尺寸和装夹位置等自适应地进行工艺规划和加工,其可行性通过加工实验进行了验证。
形态滤波器用于滚动轴承故障信号的特征提取
郝如江;;卢文秀;褚福磊;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (4807KB) ( )  
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以滚动轴承故障振动信号为例，在讨论形态滤波算子和形态结构元素的基础上，设计了多尺度混合形态滤波器来滤除信号中的噪声及无关的谐波成分。对滤波后的信号再进行多尺度形态闭开的差值滤波处理，得到了明显的周期性故障冲击特征。仿真数据和实验信号的分析表明，设计合适的形态滤波器既可以抑制噪声,又能够提取故障特征信息。形态滤波器算法构造灵活，计算简单，适于故障信号的在线处理和特征分析。
一类开式整体叶轮五坐标数控加工刀轴矢量生成及其光顺方法的研究
姬俊锋;周来水;安鲁陵;李桂东;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (7096KB) ( )  
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研究了一类开式整体叶轮五坐标数控加工刀轴矢量规划问题，分析了现有刀轴矢量生成方法的不足，借鉴动画制作中设置关键帧的思想，提出了一种新的全局光顺刀轴矢量生成方法。首先根据该类的几何特征，在满足不与相邻叶片以及被加工叶片发生碰撞干涉的前提下，设置一些关键刀轴矢量，然后采用样条函数对设置的刀轴矢量进行插值。在生成刀位文件的过程中，通过将曲面上的参数与样条函数的自变量进行某种映射，从而得到样条函数值，并将该值作为该刀位点的刀轴矢量。仿真实例表明，该方法实现了全局刀轴矢量的光顺，实现了转动速度以及加速度的连续，避免了因刀轴矢量突变而引起的机床振动，改善了曲面的加工质量。
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科学基金
基于荷花效应的双微观超疏水表面制作技术研究
张鸿海;谢丹;刘胜;甘志银;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (7714KB) ( )  
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提出了基于荷花效应的双微观结构的制作及其复制技术，介绍了采用阳极氧化技术制作双微观结构氧化铝模板的方法。应用该模板采用纳米压印技术可制作塑料微流通道，采用纳米压印、反应离子刻蚀结合硅烷化和烷基烯酮二聚体
（alkyl ketene dimmer,AKD）处理法可制作硅基仿生功能结构。表面接触角测试表明，采用该技术制作的塑料及硅结构具有超疏水性。该工艺可用于微流器件、微传感器、微执行器等塑料或硅基微机电系统(MEMS）器件功能表面的改形制造，在实现微观器件表面减摩防粘功能上具有广泛的应用前景。
航空薄壁件对称及阶梯对称铣削的数值仿真与分析
白万金;柯映林;吴红兵;董辉跃;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (3711KB) ( )  
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为研究薄壁工件在铣削加工过程中的让刀变形，以工字型薄壁结构件为例，建立了铣削加工过程的有限元模型。综合考虑切削载荷、加工顺序等因素，对薄壁工件进行了对称铣削及阶梯对称铣削全过程的有限元数值仿真。模拟结果表明：薄壁件中部变形大，两端及底部变形小；阶梯对称铣削能显著减小薄壁件加工的让刀变形,对称铣削及阶梯对称铣削两者残余应力相差不大且分布情况相似。试验结果表明有限元模拟结果可以接受。根据有限元分析的结果，结合数控加工偏摆补偿，可以达到高效、经济、优质加工航空薄壁零件的目的。
风力机叶片翼型型线集成设计理论研究
王旭东;陈;进;Wenzhong;Shen;张石强;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (3008KB) ( )  
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在叶片翼型设计过程中，提出了翼型型线的集成设计理论和方法，阐述了保角变换理论及其在翼型设计过程中的应用，引入了级数思想，推导出了能够广泛应用的翼型集成表达式，构造出了三种典型的翼型曲线，最后对常用的两种翼型进行了集成表达，并比较分析了级数项对翼型形状的影响，验证了函数表达方程的集成性和通用性。该研究突破了现有翼型数学模型固有特性的限制，提出的函数集成表达方式能够表征翼型的本质特征，为风力机叶片翼型的优化设计理论与方法研究拓宽了思路。
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两类转子-轴承系统模型非线性特性研究
李朝峰;孙伟;王得刚;闻邦椿;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (5018KB) ( )  
相关文章 | 计量指标
建立了柔性转子轴承系统的有限元模型，在考虑油膜支撑非线性因素的基础上，增加了材料阻尼、陀螺效应、惯量分布和剪切效应等更为具体化的影响因素。采用数值积分法分别对质点模型和有限元模型进行求解，分别用分叉图、三维谱图分析了两者的全局及局部响应。结果表明，两类模型的非线性特性有着显著差别，同时说明用有限元模型来研究转子系统的非线性特性可以得到更为精确的结果，为复杂转子系统的理论研究和深层次非线性动态设计提供依据和参考。
无过约束少自由度并联机器人构型设计方法
黄勇刚;黄茂林;向成宣;秦大同;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (5111KB) ( )  
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基于约束和集合论的观点研究无过约束、少自由度的并联机器人构型条件，提出无过约束构型设计的系统方法和一般步骤。以三自由度并联机器人为例，详细讨论无过约束构型设计的具体过程，综合出一类新的完全对称无过约束三自由度并联机器人。比较过约束结构与无过约束结构的差异。为少自由度并联机器人的构型综合提供了一种新的观点和方法，亦为消除过约束对运动副形位误差的敏感性提供了新的途径。
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基于混沌振子的微弱振动信号频变跟随器仿真设计
李香莲;陈蕾;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (5557KB) ( )  
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在介绍基于Duffing方程的微弱信号混沌检测方法的基础上，分析了外加策动力的幅值r对Duffing方程的敏感性。提出并设计了基于混沌振子的频变信号跟随器，通过MATLAB/Simulink进行了仿真实现。提出通过改变非线性系统的阻尼比k的值，以使Duffing非线性动力学系统进入大周期状态,从而检测具有很小幅值r的频变待测信号的方法。仿真实例的结果表明，所设计的未知频变信号跟随器能够检测具有复杂频率变化特征的微弱信号。该设计对于实际复杂微弱频变信号的检测具有实用价值。
材料工程
特征谐波法在焊枪姿态检测中的应用
高延峰;;张;华;李志刚;肖建华;
2009, 20(02):  0-251. 
摘要 ( )   PDF (3437KB) ( )  
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以旋转电弧作为传感器,研究了利用特征谐波法进行焊枪空间姿态检测的若干问题。建立了焊枪空间姿态变化和电弧长度变化的数学模型。从理论上证明了焊枪偏差、焊枪倾角以及焊接方向与焊缝方向的夹角对特征谐波法检测结果的影响。发现当焊接方向与焊缝方向的夹角较小时，可以采用一次谐波的余弦分量系数表征焊枪偏差，正弦分量系数表征焊枪倾角。试验结果表明，将特征谐波法用于焊枪偏差和焊枪倾角的检测,其倾角检测误差为±7.77°，偏差检测误差为±0.69mm，满足实际焊接工程需要。
三次CVC、五次CVC及SmartCrown辊形控制特性对比研究
李洪波;张杰;曹建国;司小明;张树山;
2009, 20(02):  0-130. 
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通过对三次连续变凸度（continuously variable crown,CVC）、五次CVC及SmartCrown三种辊形方程进行推导分析，得出了各自的板形控制特性，提出了各自的辊形设计方法。研究表明:三次CVC只具备二次凸度控制能力，控制特性简单；五次CVC可根据二次及四次凸度控制需要灵活设计，凸度比在窜辊过程中并非恒定;SmartCrown四次凸度控制能力受形状角影响，凸度比恒为负值。
采用蓄能器的快锻液压机建模仿真与试验研究
姚静;孔祥东;权凌霄;高英杰;
2009, 20(02):  0-244. 
摘要 ( )   PDF (3598KB) ( )  
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针对目前快锻液压机功率浪费严重问题，研究采用蓄能器的新型节能快锻回路，提出设计和选择蓄能器的依据，并建立比例插装阀和蓄能器的动态模型，在此基础上构建液压机蓄能器快锻回路的数学模型并仿真，结果表明蓄能器快锻回路能够满足快锻特性要求。搭建快锻试验回路，试验结果验证了蓄能器快锻回路数学模型的正确性和采用蓄能器实现快锻节能的可行性。
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车辆工程
汽车能量再生制动防抱死集成控制方法研究
陈庆樟;;何仁;赵连生;
2009, 20(02):  0-130. 
摘要 ( )   PDF (4266KB) ( )  
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提出一种基于制动防抱死系统(anti-lock brake system,ABS)的能量再生制动集成控制方式，将汽车再生制动融合到ABS制动系统中，再生制动电机参与防抱死控制，建立了集成防抱死制动控制器模型。仿真及试验结果表明，提出的集成能量再生制动系统不仅能实现再生制动与液压ABS的协调兼容，提高能量回收率，还可以充分利用电机制动响应快的优点，更好地实现车辆制动防抱死控制。
基于ADAMS的汽车主动悬架虚拟实验台的设计
宋晓琳;于德介;李碧军;
2009, 20(02):  0-244. 
摘要 ( )   PDF (3797KB) ( )  
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基于ADAMS/View建立了1/4汽车麦弗逊悬架模型，并运用ADAMS/Hydraulic模块，建立了主动悬架的液压伺服系统，设计了汽车主动悬架虚拟实验台。以阶跃输入、模拟路面输入和随机路面输入作为激励，对比分析了汽车主动悬架系统在理想控制力和液压伺服作用力作用下采用PID控制器的控制效果，以验证汽车主动悬架虚拟实验台的有效性。仿真结果表明，基于ADMAS的汽车主动悬架虚拟实验台，其跟随理想控制力的能力较强;与被动悬架比较，其车身的垂直加速度、悬架变形和车轮动载荷都明显降低，控制效果好。
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