中国机械工程

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2011, 22(19): 0.

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激光毛化表面的摩擦学性能实验研究

符永宏, 施余峰, 华希俊, 孙东成, 张宗涛

2011, 22(19): 2269-2274.

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采用优化的激光工艺参数和相应辅助工艺措施,利用调Q灯泵浦Nd：YAG激光器加工出不同几何尺寸和分布的球冠状激光毛化形貌。在UMT-Ⅱ型多功能摩擦磨损试验机上进行了不同尺寸和分布的激光毛化形貌与光滑试样表面的摩擦学对比实验研究。研究结果表明：在三种工况下,激光毛化试样的摩擦因数明显大于光滑试样的摩擦因数,其中,在高速轻载工况下,微凸体间距为1300μm的试样比光滑试样的摩擦因数大2.25倍;摩擦因数随着激光毛化形貌微凸体间距的减小而增大,间距为1300μm时摩擦因数最大,达到0.1192;摩擦因数与激光毛化微凸体直径成反比关系,而与微凸体的高度成正比关系;随着速度的不断增大,激光毛化表面动压效应增强,摩擦因数随之减小。

基于铣削快速落刀法的切削颤振研究

汤爱民1, 2, 周志雄1, 肖思来1, 2, 黄威武2, 李中华2, 王许超2

2011, 22(19): 2274-2278.

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为改善传统测量方法的局限性,更好地研究铣削过程中的振动规律,设计了一种铣削快速落刀实验方法。通过快速落刀实验,对获取的表面样本进行分析计算,得到铣削的颤振频率,并将其与利用动态扭矩计算得到的颤振频率进行对比,结果表明,快速落刀法完全可应用于高速铣削的颤振研究中。此外,应用铣削快速落刀法初步研究了切削参数对振动的影响。

自重挠度对大型曲轴校直机在线检测系统的影响

翟华1, 张宏梅2, 钟华勇1, 赵韩1

2011, 22(19): 2278-2282.

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针对手工检测大型曲轴主轴颈直线度耗时长、测量精度易受人工影响的现状,采用最小二乘法原理测量曲轴主轴颈的直线度,设计了大型曲轴校直机在线检测系统。考虑曲轴自重对检测值的影响,基于有限元法和二次插值法,提出了重力挠度消除算法。实验表明,重力挠度消除算法计算值和手工测量值相比,最大误差小于0.007mm。在线检测系统已在YH40-160校直机上应用,检测时间由过去手工检测的30min缩短为4s。

基于斜角切削理论的立铣切削力预测研究

李炳林, 胡于进, 王学林, 李成刚

2011, 22(19): 2283-2288.

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为了预测立铣加工的切削力,把立铣刀的切削刃离散为一系列无限小的斜角切削单元。对于每个微元斜角切削单元,应用斜角切削理论来建立切屑通过时剪切区的应力、应变、应变率和温度的控制方程。采用数值方法根据控制方程计算出流动应力,并根据斜角切削和铣削之间的力变换关系,把流动应力转化为铣削力。最后,对45钢进行了多组不同切削参数的立铣实验,仿真和实验的对比结果验证了所提出模型的有效性。该方法同样可以用于其他加工方式(如车削和钻削)的建模。

基于6σ和目标驱动技术的高速卧式加工中心滑架多目标优化

丛明1, 韩滔1, 赵强1, 姜美娜2

2011, 22(19): 2289-2292,2297.

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针对高速卧式加工中心滑架的结构特点,构建了高速卧式加工中心滑架的有限元模型, 并利用基于6σ原则和目标驱动技术的有限元优化分析方法对滑架进行多目标尺寸优化设计。首先利用基于6σ原则的分析方法对模型进行参数灵敏度分析,得到对滑架性能影响较大的参数,并将其设置为最终的优化设计变量;然后利用基于目标驱动技术的多目标优化方法对滑架进行以质量、变形和一阶固有频率为目标函数的多目标优化,并根据目标函数的优先等级选取优化结果,通过对比优化前后的有限元分析结果,找到需要进一步改进的薄弱环节。相对于传统的单目标优化方法,基于6σ和目标驱动技术的多目标优化能够更好地解决工程实际问题。

滚珠丝杠副非协调性接触特性研究

王福吉, 阳江源, 贾振元, 王威, 卢晓红

2011, 22(19): 2293-2297.

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滚珠丝杠副中滚珠与丝杠滚道和螺母滚道的接触是一种典型的非协调性接触,这种接触的特性对滚珠丝杠副的承载能力、传动效率和定位精度等都有着重要的影响。为此,采用Hertz接触理论建立了滚珠丝杠副轴向接触刚度的求解公式,然后从滚珠丝杠副轴向负载、设计参数和材料属性等方面分析了滚珠丝杠副的接触特性,最后运用有限元分析软件ANSYS对滚珠与丝杠滚道的接触进行仿真,仿真结果与理论结果非常相近,从而验证了理论分析的正确性。研究结果为高速、重载和精密滚珠丝杠副的设计与使用提供了理论指导。

卸载式激光同轴送粉喷嘴的研制

田凤杰

2011, 22(19): 2298-2302.

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为了在激光快速成形过程中获得较高的粉末利用率并有效改善同轴喷嘴工作性能,研制了一种新型的载气卸载后送粉的激光同轴送粉喷嘴。应用气固两相流理论对卸载后的粉末被喷射出喷嘴后的粉末流场进行了分析计算,研究不同结构参数对粉末流场浓度分布规律及粉末流的汇聚性能（汇聚焦距和聚焦半径）的影响规律,并进行了送粉试验研究。结果表明：同轴送粉喷嘴的汇聚性能主要受粉末流汇聚角、喷嘴半径和宽度的影响,且汇聚角影响较大;同轴送粉喷嘴采用环形直通道渐缩送粉结构和卸载载气的送粉形式,粉末流的汇聚性能明显提高,可以有效地提高粉末的利用率。建立了粉末流简化物理模型,所建模型对同轴送粉喷嘴的设计和性能优化具有一定参考价值。

基于分开-合并的激光雷达距离图像特征提取

满增光, 叶文华, 楼佩煌, 肖海宁

2011, 22(19): 2303-2306.

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针对移动机器人依靠激光雷达感知环境的问题,提出一种基于分开-合并框架的直线特征提取算法。在分开阶段,用IEPF（iterative end point fit）算法对采集的激光雷达数据集合进行递归分割。在合并阶段,对由两相邻数据集合构成的新集合同时用EPF（end point fit）算法和总体最小二乘法进行拟合,如果两种拟合误差分别小于各自的阈值,则合并两个集合。合并阶段是一个递归过程,直到所有的两相邻数据集合都不满足上述合并条件才终止算法。对比实验结果表明,该算法大大降低了IEPF算法固定阈值所带来的过分割和欠分割的可能性,得到了很好的直线特征提取结果。

一种新型3-RPR并联机构及其运动学分析

刘延斌, 韩秀英, 郭志佳, 贾新杰

2011, 22(19): 2307-2311.

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提出了一种能实现沿Y、Z轴平移和绕X轴转动的3-RPR型三自由度并联机构,运用螺旋理论分析了该并联机构实现二维平移和一维转动的机构学原理,计算了机构自由度,进行了驱动输入选取与论证,并进行了奇异分析,提出了减少奇异的参数设计条件,运用多体系统运动学理论建立了运动学模型,研究了运动学正反求解,并进行了数值仿真验证,最后分析了机构的工作空间。该并联机构是一种支链完全相同的半对称并联机构,结构较为简单,是对2T1R并联机构的重要补充,可应用于工业装配机器人、姿态调节器、并联机床、工作台等领域。

淹没磨料水射流切缝形貌研究

侯亚康, 毛桂庭, 阳宁

2011, 22(19): 2312-2316.

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分析研究了淹没磨料水射流对花岗岩切割所成的切缝,发现淹没状况下切缝断面存在一宽度常数区;利用Hurst指数和R/S分析法得出了切缝形成过程中的时间相关性与随机性,得出切缝底部不仅存在时间相关性,且随着进给速度的减小,随机性增强、相关性减弱的结论。

面向工程机械远程智能监控的无线通信协议

金敏1, 罗恩泽1, 周翔2

2011, 22(19): 2316-2324.

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面向工程机械远程智能监控系统,提出一种基于UDP的无线透明传输协议CMDTP。给出了CMDTP总体体系结构,论述了CMDTP传输模式与传输数据类型、传输信道状态在线动态匹配寻优的四项关键技术。基于混凝土泵车的实际应用测试结果表明,CMDTP在数据传输品质、传输数据类型、监控规模和成本方面均可满足工程机械远程智能监控的要求,且该协议的实现不需要得到无线网络中路由节点的支持。

基于高速光纤链路的同步测控机制

程鑫1, 2, 周云飞1, 胡永兵1, 王耀1

2011, 22(19): 2325-2330.

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针对光刻机工作台多维纳米级同步运动,提出一种基于光纤链路的同步测控机制,实现了针对各运动轴控制指令执行和传感数据采集的严格同步;为每个运动控制器与其测控单元之间设计了独占的高速数据通道,确保测控的实时性;设计了基于内部总线的同步周期触发,定义了一致的传感器、执行器单元执行时序,以及精确光纤链路数据传输模型,确保测控的高同步性。实验结果表明,该测控机制的总体输出延迟小于0.65μs,同步误差小于20ns,若提高光纤链路速率,能进一步提升同步测控性能。

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基于多维关联规则的产品族配置研究

罗妤1, 2, 郭钢1, 徐建萍3

2011, 22(19): 2330-2336.

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针对产品配置中可选零部件的选择问题,提出了基于多维关联规则的产品族配置方法：根据产品族BOM结构,构建零部件约束规则数据仓库,设计人员根据客户的产品需求参数建立数据立方,并运用多维关联规则挖掘出物料库中潜在的、能满足配置需求的物料信息,实现产品的个性化配置。实例验证了该配置方法的可行性。该配置方法有效地提高了产品配置效率及零部件的重用性。

基于自适应DRNN的无刷直流电机控制方法研究

王立标, 李军, 范剑, 李绣峰

2011, 22(19): 2337-2340,2392.

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针对无刷直流电机速度控制存在高度非线性特性,提出了基于自适应DRNN（diagonal recurrent neural network）的“前馈+反馈”控制方法。反馈控制器以目标转速与实际转速的误差为输入量,采用PI控制来提高控制系统的稳定性。前馈控制器采用DRNN,以反馈控制器的输出作为性能误差进行自适应控制,以提高控制系统的瞬态响应性能。仿真和实验结果表明：该控制系统能较好地跟踪目标转速,在突变负载扰动下,能有效地改善相电流波形,降低电机电磁转矩脉动,而且该控制系统具有较强的鲁棒性。

基于多项式混沌方法的柔性多体系统不确定性分析

皮霆, 张云清, 吴景铼

2011, 22(19): 2341-2343,2348.

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研究了柔性多体系统的参数不确定性问题。采用绝对节点坐标方法来描述柔性体的变形,运用多项式混沌方法对柔性多体系统进行不确定性分析。通过理论分析与算例研究,对比了多项式混沌方法与广泛使用的Monte Carlo方法的精度和效率。结果表明,在相同精度要求下,多项式混沌方法在复杂柔性多体系统不确定性分析中效率更高,在工程分析中更具实用价值。

型孔式棉花精量穴播器滚落清种过程的理论分析与仿真

李俊伟1, 胡斌2, 罗昕2, 赵燕伟1

2011, 22(19): 2344-2348.

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为解决现有穴播器结构复杂及取种装置易疲劳损坏等难题,在原有的型孔式穴播器的基础上,创新设计了一种新型的结构更简单的取种装置。基于对穴播器运动过程的分析,建立了种子运动机理的数学模型,对清种过程中种子的运动情况进行了详细分析,并基于ADAMS软件平台建立了清种过程的多体动力学模型,仿真揭示了清种过程中种子的运动规律。结果表明：该穴播器的取种装置能有效地把多余的种子清除掉且在整个过程中不伤种、不卡种;该取种装置设计合理,数学模型正确,为该新型穴播器的运动学、动力学及优化设计研究打下了基础。研究结果为型孔式穴播器的设计与研究提供了新的思路,为样机的研制、台架机试验提供了理论依据与指导方向。

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低黏度液-固两相磨粒流湍流调控与结构化表面光整加工技术研究

孙树峰1, 2, 计时鸣1, 谭大鹏1

2011, 22(19): 2349-2353.

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针对结构化表面不易采用工具实现精密光整加工的问题,提出了一种基于低黏度液-固两相磨粒流的精密光整加工新方法。该方法采用约束模块与被加工结构化表面构成磨粒流流道,将低黏度液体与微细磨粒按照一定体积分数混合形成液-固两相磨粒流,当磨粒流以湍流状态流经所构建的流道时,通过磨粒微力微量切削的频繁作用实现流道表面的逐步光整加工。由于磨粒流在湍流状态下易于实现表面加工纹理无序化,从而提高表面质量,因此对比研究了约束模块优化前后所构成的流道中磨粒流的压力分布、速度分布和湍动能分布,得出优化设计后的约束模块易于形成均匀湍流的结论。在自行搭建的低黏度液-固两相磨粒流加工装置上进行了光整加工试验,结果表明,经过50h的光整加工,工件表面粗糙度由Ra=93.28nm减小到Ra=42.78nm,从而证明了该方法的可行性和有效性。

基于电化学加工方法的铝基超疏水表面制备技术研究

徐文骥1, 窦庆乐1, 孙晶1, 宋金龙1, 庞桂兵2

2011, 22(19): 2354-2359.

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鉴于金属铝表面存在微米级的晶界和纳米级的位错,在外加电场和电解液的作用下,晶界位错处因具有更高的位能会使得阳极优先溶解,进而形成微纳米结构相结合的粗糙表面,提出一种新的铝基超疏水表面的电化学制备方法,实验研究了其加工质量、加工效率和加工条件之间的关系,结果显示电化学加工方法能够在铝基底上制备出多阶层微/纳米结构,可用作超疏水表面基底。电化学加工比化学刻蚀法有更好的可控性,同时比光刻等方法更经济。所加工表面经过低表面能材料修饰后呈现超疏水的特性,与水滴的接触角达到167°,滚动角小于3°。

基于电热激发的主动拆卸产品设计方法及其设计准则研究

刘志峰1, 成焕波1, 李新宇1, 赵流现1, 张洪潮1, 2

2011, 22(19): 2359-2364.

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首先提出了基于电热激发的主动拆卸方法、多级主动拆卸方法及其设计准则,结合实际案例分析,说明了基于电热激发的主动拆卸产品的一般设计方法;将有限元分析结果与实验结果、电热激发实验与传统的热激发实验进行对比,验证了电热激发方法的可行性,并将这些方法及其设计准则用于产品的主动拆卸设计,明显提高了产品的拆卸效率。

弧焊熔滴过渡混沌的若干问题探讨

吕小青, 宋海凤

2011, 22(19): 2365-2369.

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探讨指出现今弧焊熔滴过渡数学模型中存在只关注于单个周期内不同过渡阶段熔滴的特征行为,而忽略过渡周期之间关联特性的不足。通过叙述相关的混沌基本概念,以及结合滴水龙头混沌的相关运动规律,提出建立弧焊混沌数学模型在本质上能更真实地反映熔滴过渡过程。介绍了滴状过渡和短路过渡中混沌研究现状,指出目前急需解决的问题是建立精确的混沌数学模型。展望了弧焊在不同混沌控制目标中的应用前景。

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微切削加工中材料微观结构效应的有限元分析

庞迎春, 李迎

2011, 22(19): 2369-2374.

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为了研究材料微观组织结构对微切削加工中尺寸效应的影响,建立了一种基于材料微结构特征的正交切削有限元模型,工件采用非均质材料模型。仿真结果表明：当材料微观组织结构一定时,不同的加工尺度下产生不同的切屑形态;当切削厚度从上百微米下降到几个微米时,切屑由连续状向准静态挤压状转换,切削厚度越接近最小金相颗粒的尺寸,挤压状切屑越明显;在应力分布图上可看出,加工中最大的应力不仅出现在刀刃周围,还出现在异相颗粒之间的晶界处,说明多相材料在微尺度加工下微观结构效应显著。

轴向磁力耦合驱动机构的设计方法研究进展

梅顺齐1, 张智明1, 2, 徐巧1, 3, 杜杏1, 王志伟1, 刘平1

2011, 22(19): 2375-2381.

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综述了轴向磁力耦合驱动机构设计理论与方法、动态性能、磁场分布计算等方面的研究和应用现状,以及现有方法存在的局限和问题。分析指出了轴向磁力耦合驱动机构设计方法研究的发展方向及其主要研究思路：研究建立轴向磁力耦合驱动机构的精确数字化设计与基于磁力耦合动态性能的优化设计理论和方法;研究建立适应优化设计需要的具有大气隙的永磁场精确快速数值计算方法;磁力耦合驱动机构矩角特性、涡流损耗、稳定性、动刚度与振动等动态性能的理论和实验研究等。 

磁流变光整加工技术研究进展

陈逢军, 尹韶辉, 余剑武, 徐志强

2011, 22(19): 2382-2392.

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介绍了近年来磁流变光整加工(MRF)技术的研究状况及最新进展,对磁流变光整加工机理研究、加工机床与相关装置的开发、加工工艺试验研究、加工算法与模型研究、磁流变液流体开发与应用等五个方面进行了详细的综述与分析。最后探讨了磁流变光整加工中的关键技术与存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。

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