中国机械工程

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2011, 22(14): 0.

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行波超声电机的运转特性及其电学建模研究

贺红林1, 2, 曾劲松3, 龙玉繁1, 刘文光1

2011, 22(14): 1639-1644.

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首先建立了压电层合梁的压电振动方程，并引入六端等效电路对振动进行描述。再根据电机定子与压电梁的结构对应关系，推导出定子的导纳频响方程，并给出理想定子的等效电路;针对定子在其工作频区的导纳特性，构建出定子的二端等效电路;在对耗损、预压力、负载、温度等因素建模基础上，构建出电机完整的等效电学模型。最后，通过电机扫频试验验证了所建立模型的有效性。

四缸驱动起模机非线性PID同步控制研究

倪敬1, 彭丽辉2, 陈国金1

2011, 22(14): 1645-1651.

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针对翻转起模机中四缸同步驱动起模过程存在的同步性能较差的问题,设计了四缸伺服同步驱动系统，建立了起模过程的非线性动力学模型。根据起模过程中的跟踪性能和同步性能指标要求，结合输出变量的二阶泰勒矢量展开、最优控制原理和非线性扰动观测器设计理论，提出了一种类似经典PID控制器结构的非线性PID同步控制策略。仿真和实际应用结果表明，该控制策略比常规PID同步控制策略具有更好的跟踪性能和同步驱动性能。

基于仿生结构锡抛光垫的抛光接触压力分析

王军, 邢雪岭, 吕玉山, 张辽远

2011, 22(14): 1651-1655.

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为了让化学机械抛光中晶片接触表面受力更均匀，基于Winkler地基理论及叶序理论设计了一种锡仿生结构抛光垫，并且建立了抛光的接触力学模型和有限元分析模型。通过对抛光晶片表面接触压力的计算，获得了晶片表面接触压力分布，以及各物理参数对压力分布的影响规律。研究结果表明，使用锡仿生结构抛光垫能减小材料横向牵连效应，改善接触压力分布，而且存在使压力分布更为均匀的叶序参数。

高强度钢内螺纹冷挤压振动信号的试验研究

缪宏1, 2, 左敦稳2, 张瑞宏1, 王树宏3

2011, 22(14): 1656-1658,1663.

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为减少内螺纹冷挤压过程中机床内外干扰力激励引起的受迫振动对螺纹加工质量和挤压丝锥寿命的影响，研究了不同挤压加工条件下高强度钢内螺纹冷挤压过程中的振动信号，并通过频谱分析分析了幅值与频率产生的原因。研究结果表明,不同挤压速度下振动幅值变化趋势相同，主振频率呈随机变化。不同冷却润滑方式下振动幅值与主振频率基本保持不变，当冷却润滑液的黏度超过32mm2/s时，振动幅值与频率会发生急剧变化,出现了高频振动,容易导致挤压丝锥的断裂。

船用螺旋桨砂带磨削表面质量的试验研究

杨春强1, 2, 黄云1, 2, 吴建强1, 2

2011, 22(14): 1659-1663.

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通过正交试验研究了磨削参数对船用螺旋桨叶片表面粗糙度的影响。讨论了砂带粒度、砂带线速度、接触轮硬度、磨削深度和磨削进给速度对表面粗糙度的影响规律。分析了砂带粒度和磨削深度对磨削后残余应力的影响。研究结果表明：砂带粒度对表面粗糙度的影响最大，在合适的磨削参数下可获得最佳表面粗糙度;砂带弹性磨削的特点使螺旋桨表面形成残余压应力;砂带粒度越小，残余压应力越小;随着磨削深度的增加，残余压应力不断增大。

发动机排气噪声的仿真预测和实验研究

刘勇强, 左承基, 黎幸荣

2011, 22(14): 1664-1668.

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为了预测发动机的纯排气噪声，利用GT-Power软件建立了发动机的整机模型，通过发动机台架实验对建立的模型进行了标定，在相同工况下分别对发动机纯排气噪声进行了仿真计算和实验研究。研究结果表明：该模型在发动机纯排气噪声预测方面具有足够的精度;1500r/min和2500r/min时的噪声峰值出现在63Hz低频段,1500r/min时的噪声峰值大于2500r/min时的噪声峰值;随着发动机转速的升高,噪声峰值向中高频转移，中高频噪声比例也加大。

水压泵柱塞摩擦副间隙优化及影响因素分析

黄国勤1, 贺小峰2, 朱玉泉2

2011, 22(14): 1668-1672.

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基于热平衡原理提出了水压泵柱塞摩擦副的间隙优化公式，对结构尺寸、对偶材料配对以及环境参数等影响因素进行了仿真和试验研究。研究结果表明:每对柱塞摩擦副都存在一个最小的热平衡间隙，水压泵柱塞摩擦副的初始间隙必须大于这一间隙，否则就容易发生卡死现象;减小柱塞直径或斜盘倾角、选择合适的对偶材料、减小摩擦因数和充分跑合都是减小最小热平衡间隙的十分有效的措施。

一种轴扭转变形动态测量系统的设计及实现

丁珍红, 吉小军, 刘月华

2011, 22(14): 1672-1675.

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设计并实现了一种以现场可编程门阵列（FPGA）为核心的相位差式的扭转变形动态测量系统。该系统以反射式激光测头和制作在旋转轴上的色标带构成敏感转速和作用扭矩的色标传感器,输出信号为脉冲和相位差。此外，以FPGA为核心构建了专用的鉴相、周期及相位脉宽测量模块。仿真、现场标定和实际测试表明，在0～2000N·m量程范围内,系统的综合测量精度小于0.5%满量程，能有效解决恶劣条件下高速转轴扭转角、扭矩及功率等动态测量问题。

基于最优加权的大面积金刚石膜衬底温度数据融合研究

汪洪波, 李宏远

2011, 22(14): 1676-1679.

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为保证大面积金刚石镀膜衬底温度均匀，采用多只温度传感器多点测量衬底表面温度。为滤除测量噪声，采用最优加权融合方法对每一时刻多只传感器测量的温度进行数据融合，并分别采用最小二乘、Bayes估计、递推最小二乘法进行第二步数据融合,以进一步提高温度测量的精度。研究结果表明：最优加权与最小二乘结合算法、最优加权与Bayes估计结合算法的温度数据融合结果精度很高，在温度测量受各种扰动时均表现出良好的稳健性;最优加权与递推最小二乘结合算法温度测量数据融合的精度和稳健性相对较差。

基于仿真优化的多种类型AGV数量配置优化方法

张远春1, 范秀敏1, 2, 驹田邦久3

2011, 22(14): 1680-1685.

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以生产线产能最大化为目标，以生产工艺、AGV路径、调度规则等为约束条件，建立了以AGV的数量为决策变量的数学模型来描述AGV的数量配置问题。针对该问题的复杂性，提出了基于仿真的优化方法。该方法利用仿真模型模拟AGV运行状态，并通过遗传算法确定AGV的配置数量，有效地提高了模拟的精确度与优化的速度。最后通过空调装配车间实例验证了该方法的有效性和可行性。

集成项目管理与工作流的层次化过程模型研究

熊体凡, 田年, 刘清华, 万立

2011, 22(14): 1685-1689.

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根据制造企业在产品开发管理中存在的问题和需求，以及现有项目管理和工作流存在的局限性，提出了一种以项目分解结构树和多级工作流空间为核心的层次化过程模型，实现了对产品开发中各个层次的全方位监控和追踪，增强了项目管理和工作流管理在产品数据管理中的实用性。该模型在企业中得到了成功的应用。

基于Lightning的生产线仿真

徐正1, 单忠德1, 李周1, Hans Peter Lentes2

2011, 22(14): 1690-1693.

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采用基于Lightning的虚拟现实技术对生产线进行了模拟仿真。在仿真过程中采用多层模拟方法,根据在线设备的实时信号快速诊断在线设备的行为和工作状态，有效地加快了虚拟设备、工艺及控制的建模，实现了虚拟设备的行为仿真和生产线的控制过程仿真，为生产线工作状态预判及优化生产线设计提供了先进平台。

生产控制系统中库存偏差消除策略研究

刘梦麒1, 单汨源1, 汪小京2

2011, 22(14): 1694-1698,1714.

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在生产控制模型APIOBPCS（automatic pipeline, inventory and order based production control system）中，当企业估计的生产时间与实际生产时间不符时，实际库存水平与目标库存水平之间存在一定的偏差。通过在库存反馈环中加入PI（proportional plus integral）控制机制，构建了PI-APIOBPCS系统。该系统能够有效地消除库存偏差，但会使生产率和库存水平波动扩大。通过在生产控制环节中加入PD（proportional plus derivative）控制机制，构建了PID-APIOBPCS系统，该系统不仅消除了由生产时间估计误差所造成的库存偏差，而且抑制了生产率和库存水平波动的扩大，可使生产控制系统较快到达平稳状态。

涡轮叶片密集点云数据与CAD模型配准方法

黄胜利, 卜昆, 程云勇, 周丽敏

2011, 22(14): 1699-1703.

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针对密集点云数据与CAD模型的配准问题,提出了一种基于简化模型曲率计算的配准方法。该方法通过计算简化模型和CAD模型各点的曲率提取出两模型上某一对应的特征面，根据特征面求出三组对应点对并计算坐标变换矩阵;把得到的变换矩阵应用于简化前的原始点云模型实现模型的预配准;最后通过奇异值分解和最近点迭代相结合的算法实现精确配准。实例表明，该方法实现了密集点云数据与CAD模型的配准，并在保证配准精度的前提下提高了配准的速度，从而验证了方法的有效性和实用性。

麻花钻刃口强化设计的数值模拟及试验研究

肖思来1, 2, 周志雄1, 孙振梅2, 左小陈2, 汤爱民1, 周秦源1

2011, 22(14): 1703-1707.

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对平面后角型麻花钻进行了三维建模,并对主切削刃刃口进行了强化设计（钝圆或负倒棱），得到了给定刃磨参数下麻花钻的计算机仿真模型。在此基础上，运用金属成形有限元软件DEFORM3D对硬质合金麻花钻钻削过程的轴向力和扭矩进行了研究，研究结果显示，刃口负倒棱设计方法在减小刀具钻削力及扭矩方面优于刃口钝圆设计方法。最后进行了钻削验证试验，对合理负倒棱参数的选取进行了探讨。

基于决策规则对象Petri网的机械产品协同设计过程动态建模

郭银章, 曾建潮

2011, 22(14): 1708-1714.

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提出了一种基于决策规则的机械产品协同设计全过程动态建模方法。在定义了基于决策规则的协同设计过程OPN模型的基础上，将机械产品的设计过程描述为具有多个输入输出调用接口的设计单元模型，然后将设计单元的输入输出接口与协同设计过程的评审决策变迁绑定，构建了一种协同设计全过程控制模型。该模型通过决策变迁信息库所中的决策信息，动态地确定协同设计过程的执行流向。最后,以链式输送机驱动机构的协同设计建模实例验证了该方法的有效性。

PEEK摩擦信号分形维数与表面形貌相关性试验研究

李超, 焦瑜, 张静, 赵嫚

2011, 22(14): 1715-1719.

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为研究聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副磨合初期摩擦信号分形维数与聚醚醚酮初始表面形貌分形维数的相关性,在UMT-3MT摩擦磨损试验机上对聚醚醚酮树脂/球墨铸铁摩擦副进行了摩擦磨损试验，运用结构函数测度法对初始表面形貌、摩擦力信号、摩擦因数信号进行了分形表征，计算得到了不同载荷下的分形维数。研究结果表明，聚醚醚酮初始表面和摩擦信号均具有显著的分形特征;在相同速度、相同初始表面下，摩擦信号的分形维数随着载荷的增大而增大;在相同速度、不同载荷下，磨合初期摩擦信号的分形维数均与初始表面分形维数负相关。

气动肌肉质量项动力学建模及仿真

姚碧涛, 周祖德, 艾青松, 徐胜男

2011, 22(14): 1719-1722.

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单独考虑气动肌肉的质量项并在动力学推导中将其看成沿圆柱体均匀分布的质点系，利用拉格朗日方程建立了气动肌肉质量项动力学模型。利用ANSYS对气动肌肉柔性体进行了网格划分,并将生成的模态中性文件导入ADAMS进行了动力学仿真，仿真结果验证了动力学模型的正确性。

客制化产品材质意象决策支持模型

苏珂1, 2, 孙守迁1, 柴春雷1, 孙凌云1, 刘征1

2011, 22(14): 1723-1728.

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基于大量客制化的背景提出一种产品材质意象决策支持模型。该模型应用感性工学的理论架构，基于模糊层次分析法构建了产品材质与消费者感性意象之间的对应关系，用因子分析法提取产品材质风格因子，将意象词汇作为评价准则，采用模糊一致关系实现了模糊推导，使用模糊一致矩阵实现动态自适应。通过求解模型得到每个方案的排序值，方案排序结果最大程度地反映了决策者的偏好。通过座椅案例验证了该模型在实际应用中的实用性与有效性。

一种三自由度运动平台机构的优化设计

罗文豹1, 李维嘉1, 汪潇1, 高岩2, 吴金波1

2011, 22(14): 1728-1731.

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在分析三自由度平台机构特点的基础上,以平台运动范围、平台台面尺寸要求等为约束条件,以平台可控性能和平台结构尺寸的加权综合最优为目标函数，采用加速遗传算法，对一款带防扭臂的三自由度平台的机构参数进行了优化，并将优化结果运用到平台的设计中。应用结果表明，该平台在保证良好运动性能的同时，满足了平台小型化的设计要求。

基于局部均值分解的阶次跟踪分析及其在齿轮故障诊断中的应用

张亢, 程军圣, 杨宇

2011, 22(14): 1732-1736.

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针对齿轮升降速过程中故障振动信号为多分量的调制信号以及故障特征频率随转速变化的特点，将局部均值分解（LMD）与阶次跟踪分析相结合，提出了一种新的齿轮故障诊断方法。首先采用阶次重采样将齿轮的时域振动信号转换为角域平稳信号，然后对角域信号进行LMD分解,得到若干个乘积函数（PF）分量,最后对各个PF分量的瞬时幅值进行频谱分析来提取齿轮的故障特征。通过对齿轮齿根裂纹故障试验振动信号的分析可知,该方法能有效地提取齿轮故障特征。

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焊接参数对搅拌摩擦焊焊缝形貌的影响

李海利, 邢丽, 吴鸿燕

2011, 22(14): 1737-1741.

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研究了搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金焊缝形貌的影响。研究结果表明：采用左螺纹圆柱搅拌头进行焊接时，形成的焊核关于搅拌针中心不对称，回撤边塑性金属迁移程度大于前进边;搅拌头旋转速度和轴肩下压量相同时，增大焊接速度可使回撤边塑性金属向上迁移程度减弱,使焊核宽度及焊核中心偏向回撤边距离减小;搅拌头旋转速度和焊接速度相同时，增大轴肩下压量可使焊核宽度和焊核中心偏向回撤边的距离增大，使回撤边塑性金属向上迁移程度先增大后减小。

径向分块双压边圈轴对称拉深成形工艺研究

秦泗吉1, 2, 黄晓忠3, 王婧4

2011, 22(14): 1741-1744.

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为提高板材拉深成形的成形极限并获得更好的压边效果，提出了轴对称拉深成形工艺的径向分块压边方法。采用理论分析、有限元模拟以及实验研究的方法，对圆筒形零件分别在双压边圈和整体压边圈作用下的拉深成形过程进行了分析研究。研究结果表明，与传统压边方法相比，采用径向分块压边方法可以对径向不同变形质点分别压边，有效提高拉深成形极限,并获得更好的压边效果。

筒形件颗粒或可压缩粉末软凹模拉深工艺的力学分析

骆俊廷, 黄倩影, 顾勇飞, 张春祥, 陈燕楠

2011, 22(14): 1745-1747,1753.

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提出了一种颗粒或可压缩粉末软凹模成形工艺。基于一定的基本假设，对筒形件颗粒或可压缩粉末软凹模的成形工艺进行了力学分析。将该工艺与刚性模具成形工艺进行了对比，分析了筒形件成形过程中各变形区域的应力应变状态及数值大小，推导出变形时与颗粒或可压缩粉末接触区域的应力和应变的计算公式。研究结果证明,颗粒或可压缩粉末软凹模成形工艺有利于防止成形零件缺陷的产生，可提高板材的成形极限。

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基于儿童与成人损伤防护的侧面气囊参数优化

杨杏梅, 杨济匡, 任立海

2011, 22(14): 1748-1753.

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为了对轿车侧碰条件下影响儿童和成人乘员损伤风险的侧面胸部气囊的设计参数进行优化,采用有限元和多刚体仿真模型,并结合试验设计，以胸部气囊的材料泄气率常数、起爆时间及安装位置为设计变量，以儿童头部合成加速度ahead-res和成人胸部黏性指标VC值为优化目标,构建代理模型,并进行多目标优化。研究结果表明，优化后的ahead-res和VC值比初始仿真模型中的相应值分别降低了约18%和50%。优化后的侧面胸部气囊既能够保护成人乘员又能够保护儿童乘员。

基于遗传-蚁群算法的PHEB模糊控制策略优化

尹安东, 赵韩, 张辉

2011, 22(14): 1754-1759.

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以并联式混合动力客车（PHEB）为研究对象,设计了以整车需求转矩与发动机最佳转矩之差以及超级电容荷电状态为输入，以发动机转矩为输出的模糊控制器，并应用遗传-蚁群算法对其进行隶属度函数和控制规则优化。基于MATLAB/Advisor建立了PHEB模糊控制策略模型和整车模型，并对优化前后的实例PHEB性能进行了仿真分析。研究结果表明，优化后的模糊控制策略能够满足设计要求，且等效燃料消耗量比优化前降低了10.2%。

增程式公交车动力系统设计及实例化研究

李涛1, 陈猛2

2011, 22(14): 1759-1763.

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基于城市公交客车行驶特性的分析，对增程式城市公交客车动力系统进行了方案设计，并对动力总成零部件(增程器、驱动电机、动力电池组)进行了选型计算。结合增程式动力系统特点，开发了利用增程器延长续驶里程的增程式城市公交客车。在公交工况下对整车进行了组装试验，通过各项分析验证了增程式城市公交客车的节能与环保的特点，该动力系统可以满足整车预设的动力性和经济性要求。

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