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2010年 第21卷 第16期    刊出日期：2010-08-25
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综述
新型精密传动机构设计与制造综述
王国彪, 赖一楠, 范大鹏, 杨华勇, 王时龙
2010, 21(16):  1891-1897. 
摘要 ( )   PDF (4759KB) ( )  
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新型精密传动机构设计理论与制造方法是当前基础科学领域研究的热点之一,围绕该主题,在国家自然科学基金委员会“双清论坛”研讨成果的基础上,结合国家重大需求和学科发展前沿,分析了精密传动领域在国民经济、社会发展和学科发展中面临的挑战;介绍了多介质多形式功率传动、精密复合传动、基于功能材料的新型驱动等领域的主要研究内容、研究热点及发展趋势;提出了未来5~10年该领域的优先资助建议。
机械基础工程
基于泛函的制冷涡旋压缩机变壁厚涡旋型线理论及形状优化
王立存, 陈进, 张贤明, 陈国强
2010, 21(16):  1898-1901. 
摘要 ( )   PDF (2874KB) ( )  
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针对涡旋型线形状在整机设计中的重要性,提出了基于泛函理论的变壁厚涡旋型线设计理论及其优化设计方法,分析了涡旋体壁厚、动涡旋盘的最大外径、涡旋压缩机的轴向间隙、涡旋型线节距、涡旋体高度、公转半径等约束限制范围,建立了变壁厚涡旋型线优化数学模型,给出了变壁厚通用涡旋型线形状优化实例,通过与传统涡旋型线相比,得出了能满足性能较优要求、形状性态良好的涡旋型线。
基于BP神经网络的空间轮廓误差自适应补偿
李小力, 陈威, 闫蓉
2010, 21(16):  1902-1906. 
摘要 ( )   PDF (3815KB) ( )  
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提出了矢量化的空间轮廓误差建模方法,并基于BP神经网络提出了交叉耦合控制器参数的自适应调整方法,使用三层神经元,根据进给速率以及曲率的变化进行控制器参数的自适应调整,而在补偿量的分配问题上则充分利用已有数据,
以减小系统的计算量。实例仿真表明,所提出的自适应控制方法在进给速率设定值变化以及加工轮廓的半径发生变化时,都可以很好地控制轮廓误差的大小,提高轮廓加工精度。
基于圆点阵列靶标的特征点坐标自动提取方法
夏瑞雪, 卢荣胜, 刘宁, 董敬涛
2010, 21(16):  1906-1910. 
摘要 ( )   PDF (3580KB) ( )  
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以用于摄像机标定的2D平面圆点阵列靶标为研究对象,提出一种在复杂背景环境下,无需人工干预,自动提取靶标标定特征点图像坐标的方法。对摄像机标定图像进行自适应阈值分割,将其转换为由多个连通区域组成的黑白二值图像,根据靶标图案的形态特征,首先对图像上的连通区域进行面积判断,
初步剔除非目标区域;然后对其进行特征识别,提取出靶标图案区域;再对靶标图案区域进行轮廓提取,使用最小二乘椭圆拟合的方法,计算得到靶标各圆点中心的图像坐标;最后对各标定特征点进行定位操作,确定其所对应的圆点在7×7圆点矩阵中的位置。
齿轮啮合过程摩擦功耗研究
陈立锋, 吴晓铃, 秦大同, 肖正明
2010, 21(16):  1911-1915. 
摘要 ( )   PDF (3754KB) ( )  
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根据系统功能基本原理,提出了一种新的齿轮啮合过程摩擦功耗计算方法。假设两圆盘在滚动过程中存在相对滑动,圆盘间摩擦力矩将对圆盘做功而产生摩擦功耗。据此原理,建立了齿轮啮合过程的摩擦功耗计算模型。在对齿轮啮合过程中摩擦因数分析的基础上,对外啮合齿轮摩擦功耗进行了分析计算。计算结果表明,齿轮在啮合过程中,双齿啮合区的摩擦功耗起主导作用。将计算结果与Velex的试验结果对比显示,提出的齿轮啮合过程摩擦功耗的计算模型是可行的。
 
基于多目标差异演化算法的并联机构结构优化
李明磊, 贾育秦, 张学良, 刘丽琴, 杜娟, 温淑花, 兰国生
2010, 21(16):  1915-1920. 
摘要 ( )   PDF (4280KB) ( )  
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针对并联机构优化设计的复杂性,建立了多目标优化模型,并使用多目标差异演化算法(MODE)对模型进行了求解。在MODE中,使用改进的快速排序法构造外部种群,基于动态聚集距离对外部种群进行削减,使用随机排序法处理约束问题。以3-TPT并联机器人机构的工作空间和速度全域性能为目标建立了多目标优化模型,利用蒙特卡洛方法对两个目标进行了定量评价,并使用MODE实现了模型求解。多目标优化模型的建立对其他并联机构具有借鉴意义。实验结果也表明MODE是一种行之有效的多目标求解算法。
石蜡感温阀传热性能的数字仿真研究
吴怀超, 吴白羽, 张秀华
2010, 21(16):  1921-1926. 
摘要 ( )   PDF (4824KB) ( )  
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利用石蜡具有良好的驱动性能设计了一种应用于大型机动车自适应冷却系统的感温阀;为研究该感温阀对温度变化的响应问题,运用数值传热学理论中有限差分的计算方法,建立了其感温元件的二维稳态和非稳态温度场的数学模型,并利用MATLAB软件对这两种数学模型进行了仿真计算。仿真得到感温元件的稳态温度场和一些典型时间的瞬态温度场,通过对这些温度场的分析,得知所设计的感温元件对温度变化的响应能够满足大型机动车自适应冷却系统的要求。
 
平面三自由度并联机构动力学优化设计
鲁开讲, 师俊平, 张锋涛
2010, 21(16):  1926-1931. 
摘要 ( )   PDF (4128KB) ( )  
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建立了平面三自由度并联机构的关节空间对工作空间的速度和加速度映射关系。基于凯恩方法导出了机构的动力学方程。提出了几种能够代表机构在整个设计空间动力学性能的全局性能指标。通过对机构的尺度参数施加几何约束条件,从而满足了机构对设计空间的要求。基于全局动力性能指标,以机构在预定的设计空间内动力性能最优为目标,实现了机构尺度参数的优化设计,得到了不同性能指标的最优尺度参数,兼顾了机构对工作空间和动力学性能两个方面的要求。
并联式油液混合动力挖掘机动力系统仿真研究
张敏杰, 王庆九, 管成
2010, 21(16):  1932-1936. 
摘要 ( )   PDF (1058KB) ( )  
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针对传统液压挖掘机由于其固有的动力传递结构而无法通过相关的节能方法来改善发动机工作点分配的问题,提出了一种基于油液混合动力技术的挖掘机动力系统控制方案。分析了挖掘机的工况特点,介绍了油液混合动力挖掘机的原理结构。选用并联油液混合动力挖掘机系统进行仿真建模,以实测液压挖掘机负载作为仿真模型输入,对该系统性能进行了仿真研究。仿真结果表明,并联式油液混合动力挖掘机发动机转速稳定,工作点分布于高效区,燃油效率得到提高,动力源的动力特性得到改善。
IPC-208B型原子力显微镜大范围扫描三维驱动系统研究
刘安平, 刘济春
2010, 21(16):  1936-1940. 
摘要 ( )   PDF (3443KB) ( )  
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设计了一种IPC－208B型原子力显微镜大范围扫描的三维镜体结构,原子力显微镜通过该结构中的步进驱动系统、压电陶瓷扫描器、微悬臂探针及其调节装置共同实现探针针尖的精确位移控制与扫描检测,该镜体采用样本扫描设置突破了压电陶瓷对扫描范围的限制,可使扫描范围达25mm×25mm,采用装配该三维驱动系统的原子力显微镜进行了云母以及聚酰胺检测实验,实验结果表明,所设计的IPC－208B型大范围扫描三维驱动系统检测精度可达到0.1nm,能够实现纳米级检测扫描,该设计提高了AFM检测实验的可操作性和效率,降低了实验成本。
螺栓连接受载能量损失与结合面参数识别
姚运萍, 王智渊
2010, 21(16):  1941-1943,1951. 
摘要 ( )   PDF (2882KB) ( )  
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通过研究螺栓连接受载时结合面处的微观运动特点,介绍了一种分布式参数模型,考虑到螺栓连接结合面压力分布函数为一曲面积分,修正了螺栓连接所受载荷幅值与能量损耗之间的数学关系。利用ABAQUS建立仿真模型,仿真结果与计算结果的对比验证了该数学关系的正确性,最后将该结论应用于伊万模型的参数识别,为进一步研究其他类型结合面的建模与参数识别打下基础。
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恒力弹性机构的设计
 
陈建, 邓利娟
2010, 21(16):  1944-1946. 
摘要 ( )   PDF (672KB) ( )  
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设计了一种能输出恒力的机构,该机构设计原理是：通过设计传力构件廓形,控制构件接触点法向,使机构内部力的传递方向与位移之间呈一定的函数关系,从而达到机构的输出力与位移之间呈所需函数关系的目的。最后通过设计实例和实验,证明了所提出机构原理和设计方法有效可行。
 
信息技术
基于SVD和线调频小波路径追踪的转速波动齿轮箱故障诊断
罗洁思, 于德介, 史美丽
2010, 21(16):  1947-1951. 
摘要 ( )   PDF (3385KB) ( )  
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针对转速波动齿轮箱振动信号的复杂性和非平稳性,提出了一种基于SVD和线调频小波路径追踪的转速波动齿轮箱故障诊断方法。该方法将齿轮箱振动信号经SVD预处理后得到一重组信号,再用线调频小波路径追踪算法分析该信号,得到齿轮啮合频率的估计,将估计得到的齿轮啮合频率经多项式拟合并除以齿轮齿数可得到其转速信号,根据转速信号对预处理后的信号进行等角度重采样,对重采样信号进行阶比分析,以完成齿轮箱的故障诊断。应用实例说明,该方法对转速波动齿轮箱的故障诊断具有有效性和优越性。
基于虚拟现实的MOTOMAN-HP3型机器人运动学仿真
战晓磊, 辛洪兵, 汉斯·彼德　兰特斯
2010, 21(16):  1952-1954,1998. 
摘要 ( )   PDF (2925KB) ( )  
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根据首钢莫托曼MOTOMAN-HP3型机器人的特点,设计了基于客户端/服务器端的分布式网络控制结构和D-H坐标下的运动学求解方程,采用Solidworks-VRML方法建立虚拟模型,结合机器人运动学和虚拟现实工具箱,构建了基于虚拟现实的MOTOMAN-HP3型机器人运动学仿真系统,实现了机器人的远程控制。
高炉煤气透平机状态检修的设计与实施
苏厚军, 史铁林, 陈非
2010, 21(16):  1955-1958. 
摘要 ( )   PDF (2801KB) ( )  
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介绍了状态检修理论的研究现状和高炉煤气透平机故障特点,针对某高炉煤气透平机的实际情况,开发了一套高炉煤气透平发电装置状态检修支持系统。该系统的核心是以可靠性为中心的维修（RCM）分析方法,通过状态预测、状态评价、风险评估、专家建议等环节,最终给出检修决策。
机械基础工程
波纹式结构柔性蒙皮拉伸变形与应变研究
赵金涛, 王帮峰, 牟常伟, 宁素娟
2010, 21(16):  1959-1963. 
摘要 ( )   PDF (3497KB) ( )  
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波纹结构在沿波纹方向可承受较大变形,在垂直波纹方向则有较大的弯曲刚度,可以将其作为一种较好的变体机翼蒙皮。在考虑变形后中性层偏离的情况下,建立了拉伸作用下波峰波谷应变与波纹基体结构整体变形的理论模型。设计了电阻应变片测试电路,并对应变片所测波峰应变进行了校正,得到了应变片所测应变与波纹结构整体变形的关系;制作了波纹式复合材料板,通过对波纹板的拉伸测试,将实际的拉伸结果与通过应变反推得到波纹板的变形结果进行了比较。结果表明,应用该理论模型和测试方法可以有效地反推波纹基体的整体变形。
基于蚁群优化的提升小波包渐变式阈值降噪方法
梁淑宝, 张培林, 曹建军, 任国全
2010, 21(16):  1964-1969. 
摘要 ( )   PDF (4465KB) ( )  
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为进一步改进提升小波包渐变式阈值选择与量化降噪方法的降噪性能,提出了基于蚁群优化的提升小波包渐变式阈值降噪方法。用深度优先合并树作为同一状态信号的提升小波包分解树,建立了以特征可分离性最优的渐变式阈值优化数学模型,模型对深度优先合并树的各叶子节点的阈值进行同步优化。针对模型特点,设计了求解模型的基于平移搜索窗的蚁群算法,搜索窗从最差可行解区域开始,根据蚁群搜索结果,逐步向解的优良区域平移。仿真实验表明,基于蚁群优化的渐变式阈值降噪方法,从最优化的角度进一步增强了提升小波包渐变式阈值降噪方法的降噪效果。
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基于材料匹配性的球轴承Heathcote黏-滑模型研究
胡超, 刘佐民
2010, 21(16):  1969-1973. 
摘要 ( )   PDF (3544KB) ( )  
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基于Hertz理论,推导出了与材料弹性模量相关联的滚动球轴承Heathcote接触区黏滑量计算模型,并基于该模型,借助有限元法分析了材料匹配性对滚动球轴承黏-滑特性的影响。研究结果表明,材料匹配性对滚动球轴承黏滑量影响较大,此外,载荷对接触区黏滑量的影响也较大,载荷每增加10%,接触区长轴和短轴相应增大3%,瞬时回转轴上移,接触区变形最大点黏滑量增加6.3%左右。探讨了载荷的变化对轴承Heathcote黏-滑特性的影响。
一种轴系全息动平衡配重的多目标优化方法
张西宁, 赵明, 温广瑞
2010, 21(16):  1974-1977. 
摘要 ( )   PDF (3096KB) ( )  
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在分析现场轴系平衡要求的基础上,提出了以机组残余振动平方和、残余振动最大值、残余振动均匀性三个目标共同衡量机组平衡状况优劣的方法。采用模糊数学原理建立机组平衡状态的多目标评价函数,实现了三个平衡优化目标间的协调。研究了粒子群平衡配重优化的原理,并采用该方法实现轴系全息动平衡配重的优化。通过实际案例计算验证了该轴系动平衡多目标优化的效果,该方法具有比遗传算法优化更小的计算量、更快的收敛速度。
镍基合金钎料高频感应钎焊金刚石试验研究
徐正亚, 徐鸿钧, 傅玉灿
2010, 21(16):  1977-1981. 
摘要 ( )   PDF (3745KB) ( )  
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选用Ni-Cr合金钎料,采用高频感应加热的方法实现了金刚石与钎料间的连接。扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）分析结果表明：钎焊过程中钎料中的活性元素Cr向金刚石表面扩散富集,生成了层片状碳化物
Cr₃C₂。研究了金刚石感应钎焊工艺参数对钎焊质量的影响,并通过石材磨削试验确定了优化的感应钎焊工艺。
 
基于弧长参数的高光线求解算法
 
李燕元, 王小平, 朱丽君
2010, 21(16):  1981-1985. 
摘要 ( )   PDF (3686KB) ( )  
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给出了一种基于高光线弧长参数的求解高光线新算法。把传统的通过求解曲面与平面的交线来获取高光线的方法,转变为通过求解一阶常微分方程组初值问题,提高了算法效率。利用MATLAB中的ODE45函数进行了新算法的具体计算。最后,还给出了验证该算法有效性的实例,并对算法效率作了分析。
形状记忆合金弹簧振子强迫振动的分岔与混沌
商泽进, 王忠民
2010, 21(16):  1986-1991. 
摘要 ( )   PDF (3051KB) ( )  
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采用多项式本构方程描述形状记忆合金弹簧的恢复力,建立了形状记忆合金弹簧振子强迫振动的非线性动力学模型。采用龙格-库塔法进行数值计算,给出了系统随量纲一温度、量纲一阻尼系数及量纲一激振力幅值的分岔图和对应的Lyapunov指数谱,分析了系统随这些参数的分岔行为。此外,通过不同参数组合下的位移时程图、相图以及Poincare截面图,分析了系统的周期运动和混沌运动。结果表明：通过改变温度、阻尼系数和激振力幅值等参数,可以使系统实现周期运动或混沌运动,从而可实现对系统振动的控制。
材料工程
圆筒件固体颗粒介质成形壁厚及变形规律研究
董国疆, 赵长财, 曹秒艳, 郝海滨, 杨东峰
2010, 21(16):  1992-1998. 
摘要 ( )   PDF (4914KB) ( )  
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固体颗粒介质板材成形工艺是采用固体颗粒介质代替刚性凸模（或弹性体、液体）的作用对板料进行软模成形的工艺。基于对固体颗粒介质材料性能的试验和研究,设计制造了板料成形试验模具与装置,通过成形试验成功试制出圆筒形零件。通过试验,得出圆筒形零件成形过程中不同阶段的壁厚变化规律,自由变形区的形状变化可用圆曲线的函数模型精确描述。通过将固体颗粒介质作为连续体介质处理,建立了板材成形的有限元模型。数值模拟和试验结果对比显示,应用连续体材料模型的模拟计算结果与实测结果较为接近。
基于相变和形变耦合法的20CrMnTi晶粒超细化
许锋, 薛克敏, 李萍, 王岗超, 李琦
2010, 21(16):  1999-2002. 
摘要 ( )   PDF (6412KB) ( )  
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无支撑板材数字化渐进成形工艺研究
吴坚, Jocher Dietrich, 李强
2010, 21(16):  2002-2005,1015. 
摘要 ( )   PDF (3996KB) ( )  
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在无辅助支撑条件下数字化渐进成形工艺的原理和方法的基础上,对无支撑板材数字化渐进成形过程中产生的变形与应变进行了分析,通过实验数据分析,对比了成形前后其厚度的变化和成形斜角的限制。对成形的形状误差进行了分析,并提出了相应的解决方法。该工艺方法采用通用CAD/CAM软件和通用的数控机床,无需专用工装,成本低,成形周期短。
车辆工程
湿式多片制动器热应力分布规律试验分析
孙冬野, 胡丰宾, 秦大同, 刘振军
2010, 21(16):  2006-2010. 
摘要 ( )   PDF (3739KB) ( )  
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载重汽车连续下坡弯道路段制动稳定性仿真研究
赵伟, 王志远, 周志立
2010, 21(16):  2010-2015. 
摘要 ( )   PDF (4219KB) ( )  
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