中国机械工程

2011年第7期版权页和目次

2011, 22(7): 0.

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大型球面精密磨削空间轨迹分析与参数选择

侯海云, 蒋天一, 胡德金

2011, 22(7): 757-761,766.

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针对2m级大型球面精密磨床的研究开发需要，根据球面磨削轨迹成形原理，推导了多磨头磨削的轨迹方程。为了保证多次加工中磨削形成的空间轨迹不相叠，通过考察轨迹始末位置点的分布规律，分析得到各磨削参数之间的基本关系，提出磨削效率、阻滞轨迹封闭相位角、最小加工次数等衡量指标，逐次修正选择策略，有效提高了迹线密度和分布均匀性。通过实验验证，该方法确实达到了降低工件表面粗糙度的要求。

滚珠丝杠副轴向变形分析

李凌丰, 刘彩芬

2011, 22(7): 762-766.

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基于现有的单螺母滚珠丝杠副弹性变形理论基础，建立了滚珠丝杠副弹性接触变形的模型并得到改进的轴向变形公式。以某型号滚珠丝杠副为例，分析了相关参数对轴向变形量和丝杠副传动性能的影响。分析表明，通过选择合适的滚珠丝杠副的结构参数，可以减小滚珠丝杠副的轴向变形量，优化传动性能。随后建立了简化的单螺母滚珠丝杠副有限元模型，并对其进行接触分析和轴向变形分析，最后对理论模型的变形量和有限元分析的变形量进行了对比验证。

高阻半导体硅振动式深小孔放电加工研究

曹银风, 刘志东, 邱明波, 田宗军, 黄因慧

2011, 22(7): 767-771.

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开展了高阻半导体硅深小孔放电加工试验研究，通过在工件硅上附加机械振动，研究振幅和频率对其放电穿孔加工效率的影响规律。试验表明：随着振幅的增大，加工效率先增加后降低;随着频率的增加，加工效率逐渐提高。原因在于随着振幅的增大，极间冷却排屑效果改善，短路率下降，火花放电机率升高;但当振幅大于放电间隙时，硅与工具电极会产生直接撞击，火花放电机率下降。随着振动频率的增大，脉冲利用率升高。最后，对电阻率为2.1Ω·cm的P型半导体硅进行放电穿孔加工，实现了直径为0.3mm、深径比为25.3的深小孔的加工，并加工了边长为0.9mm的正三角形小孔。

随机失谐的成组叶片-轮盘固有振动局部化研究

王艾伦, 孙勃海

2011, 22(7): 771-775.

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基于成组叶片-轮盘的集中参数模型，应用Monte Carlo Simulation统计分析方法，研究了系统的固有频率和模态振型对随机失谐的敏感性，分析了固有振动局部化对失谐的敏感性与失谐强度之间的关系。结果表明，对于具有成组叶片的叶盘系统，其固有频率对随机失谐不敏感，但在模态密集区内，各阶模态振型对随机失谐极为敏感，且固有频率标准差的微弱变化直接反映了叶片模态对随机失谐的敏感性;此外，固有振动局部化对失谐的敏感性会随着失谐强度的增大而增大，但当失谐量增加到一定程度后，敏感性会保持在一个相对稳定的水平。

油源压力波动对轧机压下控制精度影响的实验研究

陈春明, 王益群, 杨阳, 陈刚, 韩松杉

2011, 22(7): 776-780.

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在电液伺服系统中，轧机液压压下系统是控制复杂、负载力大、扰动因素多、交联耦合严重、控制精度和响应速度要求高的设备。针对通常仿真模型中供油系统的供油压力设为常数，实际上存在压力波动，而这种压力波动对轧制产品质量的影响程度鲜见报道的情况。以轧机液压压下控制系统为负载，建立液压源-压下系统仿真模型，通过仿真与实际系统的实验测试，分析了阀前蓄能器对油源输出特性影响及油源压力波动对系统控制精度和产品精度的影响规律，为合理优化设备参数，以提高系统控制精度和产品质量提供依据。

基于模态应力恢复的车架疲劳寿命计算研究

钱立军, 吴道俊, 祝安定, 章适

2011, 22(7): 780-784.

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采用基于模态应力恢复的疲劳分析方法来预估某车架的疲劳寿命。首先在MSC.Nastran中对车架进行模态分析，以车架为柔性体建立整车的刚柔耦合动力学模型，在ADAMS/Car Ride中，用试验场强化路面激励进行整车动力学仿真，得到柔性体的模态位移时间历程，然后进行模态应力恢复得到应力历程，通过疲劳分析得到车架疲劳寿命的分布情况和最危险点的寿命值。分析结果与道路试验情况十分相符，证明该分析方法可以在产品设计阶段准确、高效地预估车体结构的疲劳寿命。

数控机床传动系统精度可靠性研究

宋江波, 刘宏昭, 原大宁, 吴子英, 王建平

2011, 22(7): 785-789.

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为了提高数控机床传动系统的精度可靠性,从机械精度设计理论和机械可靠性设计理论出发，建立机床传动系统精度可靠性的基本模型,研究了影响数控机床传动精度的主要因素。利用灵敏度设计理论对影响传动精度因素的重要度进行排序，找出精度可靠性的薄弱环节。应用双频激光干涉仪展开精度可靠性实验，提出提高传动系统精度可靠性的措施。工程应用表明,传动系统精度可靠性设计比普通的精度设计方法更接近工程实际。

旋转风力机叶片气动弹性偏移变形的数值模拟研究

王旭东, 陈进, 王立存, 陆群峰

2011, 22(7): 790-793.

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以结构动力学理论为基础，建立风力机旋转风轮的气动弹性模型，提出旋转叶片偏移变形特性的数值模拟计算方法。充分考虑风轮旋转条件下的空气动力学载荷以及离心力的作用，结合叶片偏移变形特性的计算数学模型，在耦合考虑风轮气动性能和结构强度特性基础上，提出旋转叶片的空气动力学载荷和离心力及其在该载荷作用下所产生的偏移变形特性的数值模拟模型。以某2MW风力机为例，在额定转速和风速条件下，对该风轮各个叶片的偏移变形特性进行数值模拟，通过选取不同的风轮运转时间，得到各叶片在不同位置处的偏移变形规律。研究结果对风力机叶片的振动特性和疲劳寿命预测以及高性能叶片的设计有理论指导意义。

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发动机失重法智能油耗测试技术

付百学, 胡胜海

2011, 22(7): 793-797.

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针对国内外发动机油耗测试技术普遍存在的问题，结合国内外发动机油耗测试技术的研发水平及发展趋势，采用传感技术、单片机控制技术和显示技术，进行发动机油耗智能测试技术研究。确定发动机油耗的测试方法，基于测试原理建立发动机油耗测试系统的数学模型，根据油耗测试系统的功能要求，进行测试系统硬件设计、测试系统控制电路设计，编写了控制程序。测试系统能对汽油机、柴油机在道路上或室内进行稳态和动态油耗测试。通过理论误差分析和试验标定，该测试系统的油耗测试精度可达到0.4%。

两封闭弹性柱状体连接结构的辐射声场分析

姚昊萍

2011, 22(7): 798-803.

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利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法，建立了不同边界条件下两封闭弹性圆柱腔体连接结构的外辐射声场模型。通过在两弹性柱状结构的端板连接点处施加假想的弹簧模拟了不同的连接条件，推导出了连接结构外辐射声场的解析解。该模型充分考虑了柱状体内部结构之间的振动耦合、弹性柱状体结构与腔体内声场之间的耦合以及由连接点引入的两柱状结构之间的振动耦合。通过算例表明，弹性结构的辐射声场主要由其中的直接受力结构的辐射声场所决定;两弹性柱状结构连接点处旋转弹簧的刚度变化对整个结构辐射声场的影响较线弹簧小。研究结果为工程中连接结构辐射噪声的分析和控制提供了一定的理论依据。

固结磨料抛光去除均匀性的仿真与实验研究

康静, 左敦稳, 孙玉利, 朱永伟

2011, 22(7): 803-807.

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为分析材料去除的均匀性，利用ANSYS建立了固结磨料抛光过程中的三维应力场模型，得到了该抛光系统加载方式下工件表面的等效应力分布，并分析了各因素对去除均匀性的影响。针对现有加载方式下应力分布不均匀的现象，提出了两项加载方式的改进措施：加厚承载器和重新设计加载装置，并对加载装置的尺寸进行了优化。最后通过两组对比实验，证实了所提出的两项加载方式改进措施的有效性。

球管焊接节点焊接残余应力影响因素研究

袁志军, 扶名福

2011, 22(7): 808-812.

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利用有限元法对球管焊接节点焊接残余应力的影响因素进行分析研究，获得各影响因素对该节点焊接残余应力的大小及分布情况，结果表明：球径与球壁厚度的增大将降低与球连接处的焊接应力;管径增大时，焊缝的von-Misses等效应力及Z向焊接应力均会增大。

基于损伤力学阐释Manson-Coffin低周疲劳模型

郑战光, 蔡敢为, 李兆军, 徐细勇

2011, 22(7): 812-814.

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为验证Manson-Coffin低周疲劳模型经验公式，采用损伤力学基础理论，并结合Ramberg-Osgood幂率强化准则，以塑性应变幅值为损伤演化的控制量，推导建立了低周疲劳损伤力学模型。比较两者后可得：在比例载荷的条件下，

Manson-Coffin低周疲劳模型与疲劳损伤力学模型是等价的，且Manson-Coffin公式是疲劳损伤力学模型的一种特殊的退化形式。

塔式磨机磨矿机理及关键参数研究

母福生, 董方, 史金东, 许宝玉

2011, 22(7): 815-817.

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针对塔式磨机磨矿机理及关键参数对其性能的影响尚未明晰的问题，研究了搅拌器结构参数对磨矿效率的影响机理。采用正交试验验证了塔式磨机磨矿过程符合Charles定律,建立了筒内环形区域间介质球速度数学模型。研究表明，较大螺旋直径利于提高磨矿效率，小的螺旋升角有利于提高磨矿剪切功率，搅拌转速高于临界转速时磨矿效率略有下降。

基于支持向量机和功率信息的工件在线识别方法

贺晓辉, 鄢萍, 刘飞, 胡韶华, 陈国荣

2011, 22(7): 818-824.

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针对目前作业型车间中工件加工进度信息主要靠人工统计，且在混类加工时经常出现统计出错的问题，提出一种结合工件加工功率信息特征分析及支持向量机(support vector machine，SVM)分类的工件在线识别和统计方法。该方法通过分析工件加工过程功率变化特征，利用一组功率曲线时域统计参数及加工功率特征参数组成的特征向量来区分加工工件，对新工件进行试加工以获得多种工件的特征向量样本，对样本数据进行训练从而得到与工件类别一一对应的工件识别分类器。在线加工时，实时提取加工工件的特征向量并与各分类器进行对比，根据决策函数值即可识别该工件的类型。实验结果表明该方法具有较好的鲁棒性及较强的泛化能力，识别性能优于BP神经网络和一种基于模板匹配的算法。

基于有向加权网络的混流生产线产能规划方法

杨挺, 张定华, 陈冰, 李山

2011, 22(7): 824-829.

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针对多品种混流生产线的产能规划问题，通过建立混流生产线的有向加权网络模型，直观地描述各个工位之间的工艺关系。以混流生产线的稳定性为前提，根据网络的拓扑性能，判断网络的运行状态,寻找关键节点并规划其能力冗余和资源配置，以避免偶然失效带来的整个生产线的灾难性后果。以真实生产线为实例，根据网络所表现出的小世界特性，通过对具有较高节点度的工位进行负荷控制，完成了生产线的产能规划。

一类流水型知识化制造单元调度的自进化算法

李文超, 严洪森

2011, 22(7): 830-835.

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机器数大于2的流水型知识化制造单元调度属于NP完全问题，至今尚无完全有效的算法。针对该类问题的自身结构特性，提出一种具备学习能力的自进化算法。该算法采用强化学习中值迭代策略，在运行中能够从环境中获取相应知识，提高其搜索能力。提出一种混合核支持向量机对值函数进行逼近，以解决学习过程中状态过多的问题。数值仿真实验表明，算法对该类问题具有很好的学习进化能力。

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噪声背景下机械振动弱特征信号提取方法研究

马超, 章林柯, 吕志强, 石勇

2011, 22(7): 836-839.

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振动状态监测时，传感器采集的信号是各机械设备信号和环境噪声的混合信号。盲源分离技术可以有效去除环境噪声的干扰并提取出各设备的特征信号。提出噪声背景下机械振动弱特征信号提取的盲源分离算法，并对混有噪声的机械振动信号的特征进行试验研究，结果表明：该算法不仅可以去除环境噪声的干扰，而且可以实现对能量较弱的特征信号的提取。

大面积金刚石膜衬底温度数据融合研究

汪洪波

2011, 22(7): 839-842,859.

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针对大面积金刚石膜衬底温度测量要求精度高、稳定性好的特点，分析了大面积金刚石膜衬底温度多支路测量数据融合的必要性，采用不同数据融合方法对衬底温度采样数据进行数据融合研究。在此基础上，对融合方法的稳健性进行了详细分析。研究结果表明：大面积金刚石膜多路衬底温度数据融合不仅能更真实地反映衬底的实际温度，融合结果精度高，且在多路温度测量受到非正常扰动甚或出现传感器测量故障时，融合结果仍能具有高精度，温度测量的抗扰动和传感器抗故障性能大为提高。

厚壁胞体的孔结构形态对其接触强度影响的研究

解芳, 刘佐民

2011, 22(7): 843-847.

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选用H59黄铜为材料，制备了具有不同微孔结构的圆柱体单孔试样，采用型号为YE-600的液压式压力试验机对试样进行压缩试验，探讨了孔隙率、微孔形状以及承载方向对厚壁胞体多孔材料接触强度的影响。研究表明：厚壁胞体多孔材料的接触强度不仅随着孔隙率的增大而降低，而且与孔结构形态密切相关;正六边形孔胞体的接触强度大于圆形孔胞体，且其对边受力情况的失效力大于对角受力情况;裂纹源均产生在微孔边缘且离初始接触点最近的地方，并且裂纹沿着平行于外力的方向进行扩展;该胞体材料的接触失效主要由最大拉伸主应力引起。

基于智能材料主动拆卸技术的产品多级主动拆卸方法及其设计准则研究

赵流现, 刘志峰, 李新宇, 张洪潮, 成焕波

2011, 22(7): 848-852.

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针对一些结构复杂或体积较大的产品很难通过一次加热实现完全拆解，以及较多的零部件混杂在一起给后续分拣带来困难等问题，基于智能材料主动拆卸技术的产品多级主动拆卸方法探讨了多级主动拆卸的原理，分析了多级主动拆卸产品的设计准则。结合实际案例分析了多级主动拆卸方法的可行性。

基于性能仿真的产品配置设计方法

艾辉, 陈立平, 李玉梅, 熊体凡

2011, 22(7): 853-859.

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为了在复杂产品开发过程中快速响应客户个性化定制需求，提出了集成多领域协同配置与性能仿真的产品快速设计方法。该方法以集成多领域知识的产品族模型进行配置推理，快速生成产品方案，并自动映射构建基于Modelica 语言的多领域仿真模型，实现基于仿真的配置产品性能预测。研究了基于特性参数和约束的多领域知识表示方法，将多领域知识融入到产品族模型中，描述了配置推理和性能仿真过程。最后以机械手产品族开发为例验证了该方法的可行性。

基于脉冲整形滤波的轨迹涂胶残余振动抑制研究

史伟民, 杨亮亮, 陶维, 武传宇

2011, 22(7): 860-863.

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为实现鞋底喷胶工艺的自动化，研制了用于鞋底轨迹自动涂胶的前帮机，该机是一种典型的高柔性机构，易产生残余振动。为解决其残余振动降低轨迹涂胶跟踪精度和响应速度，影响涂胶工艺质量和后续工艺的问题，采用脉冲整形滤波技术，针对系统的振动模态，设计输入指令整形器，并采用离散化的设计方法进行脉冲序列优化，有效地消除了残余振动，提高了系统的响应速度，简化了设计方法。实验证明，该方法对于抑制高柔性系统中存在的残余振动问题是有效的。

AFS前照灯弯道旋转的计算模型

邓亮, 陈抱雪, 张建彬, 顾东超, 孙海涛

2011, 22(7): 864-869.

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提出当车辆在弯道转向时，可以通过车速和前轮转向角度作为输入信号，根据前照灯弯道照明距离应大于安全行驶距离的控制策略，以四轮动态转向模型和ABS制动模型为基础，计算前照灯的旋转角度。经由基于MATLAB/Simulink的数值计算程序和专门设计的采用向心加速度传感器的LabVIEW实车测控系统，对比验证了AFS前照灯弯道旋转计算模型的有效性。

并联式三油口轴向变量柱塞泵设计、建模与仿真

钟伟旭, 权龙

2011, 22(7): 869-872.

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为了补偿差动缸面积差和改变泵的输出流量，提出采用并联型三配流窗口的变量轴向柱塞泵方案。新型柱塞泵能够输出两个流量，并能用于闭式回路平衡差动缸不对称流量，实现单泵控制差动缸的较理想效果。采用Pro/E软件建立了泵的几何模型,在AMEsim仿真软件中，针对配流盘减震槽跨越角度问题、新泵流量输出特性，建立了控制泵排量的仿真模型，仿真比较了减震槽跨越角度对柱塞泵流量特性的影响，确定了较合理的配流盘结构参数，对泵输出流量波动特性及变排量控制特性进行了分析。研究工作对设计制造新型变排量控制的轴向柱塞泵具有指导作用。

基于三维草图的车身气动造型设计

江涛, 谷正气, 杨易, 何忆斌

2011, 22(7): 873-877.

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为解决在汽车造型设计中，如何实现美学和空气动力学的有机结合的问题，提出一种以优良气动理想形体为基准，通过在其特征线上投影艺术元素图案以生成可供美学评价的三维草图，然后在定型草图方案上直接构建可供美学渲染和数控加工的CAD模型的方法。按照该方法的思路，以一款新概念运动型轿车的造型设计作为实例，经模型风洞实验验证，该方法可以较好地满足汽车造型设计中对艺术风格和气动性能的兼顾。

基于改进遗传模拟退火算法的动力总成悬置系统优化设计

许闻清, 陈剑

2011, 22(7): 878-881.

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针对遗传算法和模拟退火算法各自的优缺点，研究将两者联合起来，并通过动态调节交叉概率和变异概率来防止遗传算法的早熟现象，形成改进的遗传模拟退火算法，并将其应用于动力总成悬置系统的优化。

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