中国机械工程

陈希祥, 邱静, 刘冠军

2011, 22(4): 379-384.

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针对装备诊断与测试实际过程中普遍存在的不确定性问题,通过引入测试不确定概率,建立基于贝叶斯网络的测试性分析模型。在此基础上获取测试不确定条件下的故障-测试相关性矩阵,经贝叶斯推理计算测试性指标参数,建立测试项目集优化模型,并利用混合二进制粒子群-遗传算法进行求解。案例验证表明,该分析与计算过程由于考虑了测试不确定性,使得结果与实际情况更加吻合,与传统的确定性优化方法相比具有更高可信度。

高速走丝电火花线切割高效切割技术研究

刘志东, 王振兴, 张艳, 徐安阳

2011, 22(4): 385-389.

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针对目前高速走丝电火花线切割最高切割效率尚停留在200mm²/min以内的现状,研究了影响大能量放电切割的极间机理。分析认为工作液的选择、极间供液形式及放电间隙、放电蚀除形式对高效切割均起到至关重要的作用。采用同轴喷液冷却方式,使得极间工作液得到了及时补充并明显地改善了极间放电条件,消除了切割表面烧伤纹,与常规浇注冷却方式相比切割效率明显提高,可稳定达到200mm²/min以上。

液压缸临界载荷计算和最优设计

林荣川, 郭隐彪, 魏莎莎, 林辉

2011, 22(4): 389-393.

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针对液压缸活塞杆与缸体由于受轴力和横向力的共同作用而产生弯曲变形导致液压缸整体失稳的问题,分别对活塞杆和缸体建立挠曲性微分方程,确定活塞杆与缸体间隙处最大挠度,再建立关于挠度的非线性方程组,获得计算液压缸临界载荷的超越方程。结合参数化有限元优化设计技术,获取体积约束条件下液压缸的合理尺寸,通过与Ritz法计算结果比对和实验验证可知,该算法能够较好地优化液压缸结构参数,满足工程实际应用需要。

基于多目标遗传算法的硅微机械电容式麦克风优化设计

董健, 王伟, 计时鸣

2011, 22(4): 394-397.

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介绍了一种基于多目标遗传算法的硅微机械电容式麦克风优化设计方法。以复合敏感膜参数、底板参数以及敏感膜与底板间距为设计变量,麦克风灵敏度、最大工作电压、工作频率带宽为优化设计目标,采用多目标遗传算法求出Pareto最优解集。在所求出的Pareto最优解集中选择一组最符合设计要求的解作为麦克风的设计参数。

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基于参数灵敏度的结构性能优化

李初晔, 王卫朝, 马岩

2011, 22(4): 397-402.

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在对数控机床横梁参数优化的基础上,提出了一种基于参数灵敏度的振荡优化方法,通过令所研究的构件质量上下波动,在变形极小化目标控制下使结构参数不断发生变化,最终产生质量不变、性能更优的新结构。通过与有限元分析软件相结合,该方法很容易通过程序实现,且优化效果明显。基于参数灵敏度的快速优化算法,经一些数学模型和实际工程应用检验,分析结果是可信的,从理论上是可行的。

V带疲劳寿命最长的全局优化设计

张少军, 万中, 刘光连

2011, 22(4): 403-407.

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建立了以V带疲劳寿命最长为目标的优化设计模型。深入研究了该模型中目标函数的凸性、单调性等性质,证明了其可行域是有界闭凸集。以此为基础提出了求解该模型的一种全局优化解法——最优值线段算法。最后用实例说明了该模型和全局优化方法的有效性和实用性。

基于虚拟现实的机器人晃动轨迹的仿真

张克敏, 梁锡昌

2011, 22(4): 408-411.

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为开发基于虚拟现实的机器人临场感仿真实验

平台,提出了一种通过单自由度小阻尼自由振动模型来实现机器人末端在虚拟场景中的晃动轨迹的仿真方法。以三自由度机器人为具体实例详细分析了该方法,得出了实现VS编程仿真的离散型关节轨迹方程,并据此开发出了三自由度机器人临场感仿真平台中的相应程序,进行了仿真实验,仿真结果表明该方法有效。

基基于包络原理的涡旋式滤油机真空泵通用涡旋型线等距曲线研究

王立存, 陈进, 王旭东, 张贤明, 陈彬

2011, 22(4): 412-415.

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针对基于泛函的涡旋式滤油机真空泵通用涡旋型线的内外壁型线进行了研究,为拓展通用涡旋型线生成方法,研究了圆族包络法生成等距曲线的理论方法,利用圆族包络原理推导了平面曲线生成等距曲线的基本公式。以基于泛函的通用涡旋型线的内外壁涡旋型线生成为例进行了分析,以涡线型线上的点为圆心,以参数h为半径画圆,在固定平面内构成圆族,该圆族两侧的包络线即为涡旋型线的两条等距曲线。给出的生成示例验证了圆族包络原理在通用涡旋型线生成中的有效性。

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滚动导轨结合面动态特性参数识别实验研究

张华, 袁军堂, 汪振华

2011, 22(4): 415-418.

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建立了识别滚动导轨结合面动态特性参数的测量模型。该测量模型将安装有滚动导轨的机构简化为单自由度系统,消除了基础位移对参数识别的影响。基于测量模型,研制了滚动导轨结合面动态特性参数测量装置。以施耐博格MRC45滚动导轨为实验对象,测量了其结合面动态特性参数,准确获得了法向和侧向动态刚度并分析了载荷变化对动态刚度的影响规律。

一种实时轮廓误差估算方法

李培新, 马跃, 于东, 王志成, 韩旭

2011, 22(4): 419-423.

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在分析离线轮廓误差计算方法的基础上,针对高档数控系统实时任务的要求,提出了一种在线实时估算轮廓误差的方法。该方法克服了对于任意加工曲线,轮廓误差计算过程复杂、计算量大、难以应用到实时任务的缺点。双轴运动实验证明,该算法计算量极小,能够满足实时计算的要求,估算的轮廓误差具有很高的精度,可以指导当前控制参数的选取并可实时查看轮廓误差的控制效果。

机床导轨热误差优化计算中的近似模型方法

李郝林, 应杏娟, 迟玉伦

2011, 22(4): 423-427.

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针对机床导轨热变形动态变化量难以确定的问题,提出了将近似模型和数值模拟技术相结合的模型计算方法,建立了导轨热误差有限元计算目标函数。采用响应面近似模型方法,对导轨有限元模型边界条件进行了优化选择,得到了导轨热变形误差优化计算值,并将其应用于机床导轨的热变形实时补偿,提高了机床的加工精度,解决了机床导轨难以进行全行程范围内热误差实时测量的问题。

含大弹性内齿圈行星传动系统的动态特性分析

段福海, 余捷, 林定笑, 陈栩

2011, 22(4): 428-432.

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为了深入了解引入大弹性内齿圈后行星传动系统的动力学特性,建立了行星齿轮扭转动力学模型,结合实例,采用数值仿真法对模型进行了求解,分析了啮合刚度对系统啮合动载荷的影响,并基于数值分析结论进行了实验研究。数值仿真与实验研究结果表明:啮合刚度对含大弹性内齿圈的行星传动系统的啮合动载荷有较大影响,当内外啮合刚度值相差较大时,系统啮合动载荷较大;大弹性内齿圈的引入在很大程度上增大了太阳轮与行星轮的啮合动载荷,同时使行星轮与内齿圈的啮合动载荷有所减小;降低太阳轮与行星轮的啮合刚度有助于减小其啮合动载荷。在行星齿轮传动系统中,合理地选择构件参数可显著减小系统的啮合动载荷,从而有效降低系统的振动和噪声。

简约支持向量机分类算法在下肢动作识别中的应用研究

吴剑锋, 吴群, 孙守迁

2011, 22(4): 433-438.

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为提高多模式人体下肢动作识别的准确性,提出了一种基于简约支持向量机算法的下肢动作识别方法。通过动作分解将人体日常下肢动作行为分解为不同的动作片段以组成识别目标集;以下肢肌肉表面肌电信号为信息源,综合短时统计时域特征值和Mallat小波时频域特征值建立识别特征向量空间;采用核聚类简化的方法降低计算复杂度,提高算法的鲁棒性。起立、平地常速行走以及上下楼梯等四个日常下肢动作识别实验的结果证明了该方法的有效性。

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邻域灰度与空间特征相结合的互信息配准方法研究

魏玉兰, 颜云辉, 李兵, 张尧, 李骏

2011, 22(4): 439-443.

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针对互信息配准方法存在受噪声影响大、忽略空间信息会引起配准误差的问题,提出一种结合邻域灰度及空间几何特征的互信息相似性测度计算方法。该测度计算方法利用了待配准图像间的灰度互信息,同时又充分结合了邻域内像素间的几何距离及灰度变化关系。在互信息计算时,图像中每个像素的灰度值由其邻域内像素的灰度值按照距离及灰度变化关系分配不同的权值共同得到。实验结果表明,与归一化互信息和梯度互信息法配准结果相比,该方法得到的配准精度更高,抗高斯噪声干扰性能更好。

水压柱塞泵配流阀动态特性仿真研究

黄国勤, 于今, 朱玉泉

2011, 22(4): 443-446.

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针对水压柱塞泵配流阀的动态性能进行理论分析,建立了数学模型,通过仿真研究了该泵的配流特性以及影响因素。研究结果表明,余隙容积越大,吸入真空度越高,则配流阀滞后越严重;适当减小配流阀阀芯的质量,提高弹簧刚度或预压力,则有利于提升配流性能;水压泵的转速不宜过高,且工作压力对配流阀的开启滞后存在一定的影响。

剂量和深度可调式无针注射器的研究

张雷, 邬义杰, 李佳琪, 张胜芝

2011, 22(4): 447-451,457.

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在对多种无针注射器的特点进行分类比较的基础上,针对弹簧式无针注射器单次注射剂量和调节机构深度不可控的缺陷,研究提出一种剂量、深度可调的柔性无针注射器。设计弹簧预压力使弹簧存储的势能根据实际情况而调整,并针对不同剂量的药物注射设计了多种类型的安瓿瓶。Fluent软件仿真和模拟实验验证结果表明,该无针注射器能使药物的剂量和深度可调的范围分别达到0.1~1mL和6~20mm。

盾构机主轴回转支承轴承刚度及变形特性研究

余海东, 丁晟, 张凯之, 王皓

2011, 22(4): 452-457.

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基于赫兹接触算法和轴承载荷等效模型,建立含三排圆柱滚子的回转支承有限元分析模型。采用显式算法，分析在径向载荷与倾覆弯矩载荷以及轴向载荷与倾覆弯矩载荷耦合作用下的轴承刚度和周向变形特性，并对轴承在突变载荷下的动刚度特性进行了讨论。结果表明，考虑接触的非线性，轴承的径向刚度随着载荷的增大而非线性增大，轴向刚度随载荷的增大而非线性减小。在轴向载荷与倾覆弯矩耦合作用下，轴向刚度对倾覆刚度影响不明显;刚度动态特性与载荷作用的时间相关;在倾覆载荷作用下，轴承沿周向在各个滚柱支承位置应力和变形分布不能用简单的余弦函数来描述。研究结果对盾构机在复杂地质条件下掘进时冗余驱动各电机的位置设计及同步性控制具有指导意义。

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航空铝合金7050-T7451干式铣削工艺参数对振动信号影响研究

仲为武, 赵东标, 王希, 于晖

2011, 22(4): 458-461,503.

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为了研究不同工艺条件对干式切削加工过程的影响,建立了一套信号采集系统。通过该系统采集了航空铝合金干式铣削过程的振动信号,并从时域、频域角度对其进行了分析研究。研究结果表明:干式铣削过程的振动主要来自于铣削过程固有的间断切削产生的强迫振动,铣削振动信号具有准周期性;振动信号的均方根(RMS)值与主轴转速、每齿进给量、铣削宽度呈复杂的非线性关系;振动信号的能量主要集中在0~20kHz的三个频率带内,信号在这三个频率带内的能量百分比随工艺参数的变化而变化。

精密仪器模拟隔振平台主动控制系统的研究

李国平, 韩同鹏, 魏燕定

2011, 22(4): 462-467.

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针对精密仪器在使用过程中环境振动干扰会对测试结果带来影响这一问题,提出了一种基于超磁致伸缩驱动器的振动主动控制技术,并开发了面向精密仪器的二级模拟主动隔振系统,建立了模拟隔振系统的动力学模型。根据人工免疫原理,设计了免疫PID控制器,通过MATLAB环境中的Simulink工具对控制系统进行了仿真研究,并进行了现场实验测试。结果表明:所研制的精密仪器模拟隔振平台具有较好的隔振控制效果,能够满足相关精密仪器的隔振要求。

基于自由区域的环切轨迹优化连接方法

张鸣, 刘伟军, 卞宏友

2011, 22(4): 468-473.

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为了解决环切轨迹的连接问题,提出一种简捷有效的环切刀具轨迹连接方法。在该方法中,为了有效管理轨迹环,构建了一种称之为区域树的树型数据结构。为了获取子轨迹,首先对区域树进行剖分以对轨迹环进行编组,进而利用轨迹环连接器对已编组的轨迹环进行连接。在获得子轨迹后,利用在自由区域中搜索开槽点的方式,完成了对子轨迹的优化连接。最后用仿真实验验证了该方法的有效性,实验表明,该方法能在提高计算效率的基础上,显著减少退刀数,有时甚至没有退刀。

基于冷却系统数值模型的发动机舱流动阻力特性研究

袁志群, 谷正气, 方遒, 袁侠义

2011, 22(4): 474-478,483.

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以提高汽车冷却系统效率、降低气动阻力为目的,提出一种冷却系统数值模型。对某汽车发动机舱内外流场进行了耦合数值计算,详细分析了发动机舱内部气流特性,重点研究了影响发动机舱内流阻力的关键因素。计算结果表明:发动机舱内流阻力对气动阻力影响较大,占整车气动阻力的10%左右,且随着风扇转速的增大而增大,当车速较低时变化明显,车速较高时变化不明显。当车速一定时,冷却系统阻力随风扇转速的增大而增大,散热器阻力对风扇转速变化比较敏感;当风扇转速一定时,冷却系统阻力随车速的增大而增大,冷凝器阻力对车速变化比较敏感。汽车模型的风洞实验验证了该数值计算方法的准确性。

基于哈密顿方程的非完整约束控制系统分析及应用

刘云平

2011, 22(4): 479-483.

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针对航天器多体系统受非完整约束作用时,其动力学方程是强非线性微分方程组而难以求解析解、系统的稳定性及其控制难以进行分析的问题,提出通过带非完整约束的哈密顿控制系统对航天器多体系统的姿态稳定及控制进行分析的方法。采用该方法可以避免求解非线性方程组的边值问题。建立了一种简洁的航天器多体系统姿态稳定性控制方法,而且该方法使得系统的运动控制更加易于从物理意义上进行解释,即使得系统的稳定控制可以理解为系统和控制器之间的能量平衡。通过算例进行了验证和说明。

最优化方法在开发可充电式混合动力车中的应用

顾纪超, 周钰亮, 李光耀, 董佐民, 干年妃

2011, 22(4): 484-488.

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为提高混合动力车的能量转换效率,开发了可充电式混合动力车的模型，应用多种全局最优化方法对回路中的汽车模型进行了优化，在有限操作状态下，使动力/机械能量转化效率达到最高。将优化结果输入控制模型中并进行仿真运算，结果表明，采用该模型可使能量效率得到显著提高。经过比较，基于混合元模型的自适应全局最优化(HAM)方法能兼顾精度和效率，用远远少于其他方法的计算时间得到了相似精度的结果。

基于自适应径向基函数的整车耐撞性多目标优化

陈国栋, 韩旭, 刘桂萍, 赵子衡

2011, 22(4): 488-493.

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提出自适应径向基函数代理模型,并结合微型多目标遗传算法对整车耐撞性进行优化。在每个迭代步中,以最优拉丁方进行样本点设计,以遗传最优拉丁方进行测试点设计,通过隔代映射遗传算法对径向基函数代理模型的误差进行评价并获得最优光滑参数。将测试点不断添加到样本空间,直至耐撞性各个目标代理模型在测试点的误差都达到要求,再采用贪婪算法将最后迭代步的测试点筛选到样本空间以进一步提高精度。最后采用微型多目标遗传算法对达到许可误差的各个自适应径向基函数模型进行优化,获得Pareto前沿面,根据工程要求或工程人员的经验权衡耐撞性,优化各个目标之间的关系以获得不同最优妥协解。

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碳纤维/环氧树脂层压板湿热性能研究进展

张阿樱, 张东兴, 李地红, 肖海英, 贾近

2011, 22(4): 494-498.

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从理论方法和试验研究两方面总结了国内外关于碳纤维/环氧树脂层压板吸湿过程、老化机理及湿热老化后力学性能与有限元数值模拟方面的研究现状。复合材料对冲击载荷非常敏感,并且孔隙会降低复合材料层压板的静态强度和疲劳强度,这在温热环境下更容易产生。提出在湿热环境下,孔隙对复合材料冲击后力学性能的影响将是纤维增强复合材料未来研究方向之一。

电动汽车差速系统研究综述

徐寅, 陈东

2011, 22(4): 498-503.

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总结了电动汽车传动系统的结构布置情况及电动汽车差速系统研究的两个方向——自适应差速的特殊电机设计和基于各种控制理论采用差速控制策略的电子差速系统设计。阐述了自适应差速系统的结构及其差速原理,并详细阐述了电子差速系统的控制结构、控制模型、控制变量及控制策略,同时对目前电子差速系统选择电机转速和转矩作为控制变量的利弊进行了探讨。最后,展望了电动汽车差速系统的发展前景。

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