当期目录

    2012年 第23卷 第18期    刊出日期:2012-09-25
    版权页和目次
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    2012, 23(18):  0. 
    摘要 ( )   PDF (344KB) ( )  
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    机械基础工程
    基于不确定规划的产品拆卸序列规划
    王淑旺, 刘志峰, 胡迪, 高洋, 蒋浩
    2012, 23(18):  2143-2148. 
    摘要 ( )   PDF (600KB) ( )  
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    分析了产品拆卸序列规划中的不确定性,在基于混合图的产品拆卸模型的基础上,将产品拆卸序列规划转化为一类不确定规划问题。以机会约束规划模型为基础,使用模拟退火算法,给出了基于不确定规划的产品拆卸序列规划求解流程和算法。最后,通过一个简化的计算机主机箱实例说明了方法的有效性及优越性。

    凸轮轴磨削加工速度优化调节与自动数控编程研究
    曹德芳1, 邓朝晖2, 刘伟1, 张晓红1, 王娟1
    2012, 23(18):  2149-2155. 
    摘要 ( )   PDF (708KB) ( )  
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    为进一步提高凸轮轴的加工精度、表面质量和加工效率,根据X-C轴联动磨床的运动原理,建立了凸轮轴恒线速加工理论数学模型,依据该数学模型采用三次样条拟合插值法,建立了凸轮转速优化调节的数值计算模型。结合具体凸轮轴零件及其磨削加工工艺方案的具体参数,计算出机床各运动轴加工过程的运动数据,在确保无工艺故障的前提下,最终把各轴的运动数据自动转换为对应数控控制系统的数控加工程序,从而实现了凸轮轴磨削的自动数控编程。最后在CNC8312A数控高速凸轮轴磨床上,对钱江32F型号凸轮轴的进气凸轮和排气凸轮分别进行磨削加工试验,得到了预期加工效果。试验验证表明,该加工速度优化调节及其自动数控编程方法在理论上和实践上都是可行的,完全满足实际生产的需要。

    芯片粘接对MEMS结构稳定性的影响
    蒋明霞, 王磊, 唐洁影
    2012, 23(18):  2155-2159. 
    摘要 ( )   PDF (524KB) ( )  
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    由可动结构组成的MEMS器件容易受到封装工艺引入的热失配应力的影响。这种影响不仅会改变器件性能,还会影响其可靠性。从MEMS结构稳定性角度研究封装效应,阐明封装可能彻底改变MEMS的结构稳定性状态,产生屈曲、黏附等可靠性问题。在传统结构黏附模型上,分析了屈曲梁的振动特性和黏附行为。通过表面加工多晶硅梁结构的实验,结合理论模型证明,常规芯片粘接工艺会在梁结构中引入显著压应力,完全改变器件的稳定性状态,并使谐振频率和接触电阻这两个参数发生显著变化。

    负压爬壁机器人吸附系统研究
    彭晋民1, 李济泽1, 邵洁2, 李军2
    2012, 23(18):  2160-2164,2168. 
    摘要 ( )   PDF (638KB) ( )  
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    系统研究了爬壁机器人的负压吸附系统。针对负压爬壁机器人的吸附力利用效率,研究了其运动系统结构对吸附力配置的影响。根据吸附力利用效率的差异,提出了若干移动机构及密封机构的构成方案并分析了其综合性能。对负压吸附系统各个元件进行了热力学分析,阐述了吸附系统的气路状态变化过程,揭示了吸附原理的实质。利用CFD对吸附系统气流在流场中的状态变化进行了仿真。最后,通过研制的负压式爬壁机器人样机验证了吸附系统的可靠性和稳定性。

    全移动副机构的型综合
    李佳1, 孔建益1, 廖汉元1, 侯宇1, 黄真2
    2012, 23(18):  2165-2168. 
    摘要 ( )   PDF (493KB) ( )  
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    应用数值方法导出了全移动机构运动链中构件数、移动副数、各元连杆数、运动链环数及机构自由度之间关系的数值计算公式。基于运动链特征值,采用一种新方法——拓扑图法探求全移动副机构的运动链及其异构体的构型。给出了23种构件数不大于6的全移动副机构的运动链及其异构体的构型,
    并用ADAMS软件验证了其全移动副机构的实际能动性。
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    环曲面眼镜片的慢刀伺服加工技术
    王兴盛, 康敏
    2012, 23(18):  2169-2173. 
    摘要 ( )   PDF (586KB) ( )  
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    为解决非回转对称非球面眼镜片加工的难题,探讨了环曲面眼镜片的慢刀伺服加工方法。建立了环曲面数学模型,对其加工进行了路径规划,分析了刀触点离散方案、刀具补偿方案及棱镜曲面空间延拓问题。实例加工表明,提出的基于慢刀伺服加工技术的路径规划方法实用可行,可以加工屈光度精度0.05D以内的环曲面眼镜片。

    ELID磨削预修锐阶段砂轮表面氧化膜厚度测量及生长特性
    王党利, 马保吉, 宁生科
    2012, 23(18):  2173-2175,2207. 
    摘要 ( )   PDF (470KB) ( )  
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    针对ELID磨削砂轮表面氧化膜的厚度测量及生长特性,采用激光和涡流传感器进行氧化膜的厚度模拟测试,以验证测量系统的准确性,并在预修锐阶段对氧化膜的生长特性进行观察。研究结果表明:在前期,氧化膜沿砂轮半径向内生长的速度大于向外生长的速度,且基本呈线性生长,氧化膜生长速度最快;在后期,向内生长速度减缓,向外生长速度稍快,但氧化膜总体生长速度变慢。

    考虑产品需求可替代的再制造批量生产计划优化
    景熠1, 王旭1, 李文川2, 陈明3
    2012, 23(18):  2176-2181. 
    摘要 ( )   PDF (567KB) ( )  
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    针对制造/再制造混合生产场景下的批量计划问题,建立了库存和生产能力受限的混合整数规划模型。该模型考虑制造/再制造商将回收产品加工为两种质量不同的再制造产品,高质量的再制造产品与新产品具有同质性,且当其生产数量超过需求量时,可以作为低质量再制造产品的替代品进行销售。设计了一种改进的合作协同进化遗传算法,引入种群多样性评价,对代表个体的选择数量进行动态调整,从而平衡算法的计算复杂性和优化解性能。实例仿真计算表明,该算法具有更高的求解质量和求解效率。

    服务工作流中基于资源约束的服务选取方法
    李海波, 李鹏飞, 喻小光
    2012, 23(18):  2182-2187. 
    摘要 ( )   PDF (585KB) ( )  
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    在面向服务的工作流管理系统中,目前多采用难以准确获取的服务质量信息来选取服务,忽略了基于业务去选取符合需求的服务。通过对资源约束间的相关性、约束满足的时效性等性质进行分析,提出基于资源约束满足性的服务选取方法,并给出了具体算法。该方法将工作流模型中描述的约束条件分离出来,并在运行时和服务选取之前判定其满足性,从而可以选取满足业务需求的服务。实例分析表明该方法具有很强的通用性和实用性。

    面向大规模定制的动态单元装配系统设计与重构建模
    廖世龙1, 2, 易树平1, 高庆萱1
    2012, 23(18):  2187-2193. 
    摘要 ( )   PDF (684KB) ( )  
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    针对大规模定制批量化与定制化的生产组织要求,提出采用单元装配系统在大规模定制生产中进行装配作业的思想,分析了单元装配系统在大规模定制生产中的适用性,综合考虑动态环境下系统设备重置、多能工重新指派、多周期生产计划、交货策略、招聘解雇成本等多种因素,建立了以重构成本最小为目标函数的动态单元装配系统重构的规划模型,并验证了模型的有效性。

    信息技术
    基于最小能量法的修复体曲面局部变形算法
    闫国栋1, 戴宁1, 廖文和1, 张长东1, 孙玉春2, 王勇2, 吕培军2
    2012, 23(18):  2194-2199. 
    摘要 ( )   PDF (575KB) ( )  
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    牙齿修复体曲面局部变形是口腔数字化修复系统的一个关键环节,决定了设计的修复体形态能否满足口腔的咬合接触关系。针对这一情况提出了基于最小能量法的修复体曲面局部变形算法,首先根据设计需要,在修复体模型上通过区域选择方式定义模型的控制句柄和变形区域,区域定义完成后,对变形矩阵进行预处理。然后通过操作控制句柄,实现修复体曲面的局部变形。最后通过双尖牙和磨牙的局部变形实例,验证了该算法的有效性和实用性。

    基于改进粗糙集灰色分析的产品方案评估方法
    金涛1, 张娜2
    2012, 23(18):  2200-2203. 
    摘要 ( )   PDF (414KB) ( )  
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    基于改进后的粗糙集灰色分析,提出了一种用差异指数和差分系数来评估产品品质的方法,该方法结合了粗糙集处理模糊问题的长处与灰色关联分析解决多重属性决策问题的优势。经实例验证,该方法便于对产品多个方案进行评估和优选,同时操作规范、节约评估时间。

    基于PSO优化RBF神经网络的反应釜故障诊断
    陈波1, 潘海鹏1, 邓志辉2
    2012, 23(18):  2204-2207. 
    摘要 ( )   PDF (428KB) ( )  
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    针对单一径向基函数(RBF)神经网络在反应釜故障诊断中泛化能力不足的缺点,设计了基于粒子群(PSO)算法优化的RBF神经网络。利用PSO算法操作简单、容易实现等特点及其智能背景,对RBF神经网络的参数、连接权重进行优化,并用经PSO算法优化的RBF神经网络对反应釜故障进行仿真诊断。仿真诊断结果表明,PSO算法优化的RBF神经网络具有较好的分类效果,较RBF诊断模型精度高、收敛快,具有推广应用价值。

    机械基础工程
    采油螺杆泵螺杆成形铣刀刀刃廓形设计与研究
    范晋伟, 李云, 李伟, 蒙顺政, 雒驼, 罗建平
    2012, 23(18):  2208-2212. 
    摘要 ( )   PDF (504KB) ( )  
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    基于对采油螺杆泵螺杆形状的分析建立了螺杆螺旋曲面方程;利用成形铣削原理和坐标变换理论,从成形铣刀与螺杆工件的相对运动关系出发,建立了基本的铣刀刀刃廓形方程。根据铣刀的实际使用情况,针对成形铣刀用钝重磨后产生的加工误差,进一步建立了具有合适前刀面和恒定后角的铣刀刀刃廓形方程。对廓形方程进行干涉检查,保证了铣刀廓形的正确性。该铣刀刀刃廓形方程为铣刀的设计制造奠定了理论基础,对实际生产具有重要意义。

    基于螺旋理论的转动解耦调平机构型综合
    蔡伟林, 熊涛, 尹周平
    2012, 23(18):  2213-2217,2242. 
    摘要 ( )   PDF (520KB) ( )  
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    芯片与基板之间的平行度调节机构对倒装键合设备的成品率起着决定性作用。为研制该调平机构,基于螺旋理论分析了二自由度转动解耦机构的实现条件,综合出了一类含有3支链的转动解耦的并联机构。该类机构的支链1不含驱动副,由2个转动副组成;支链2和支链3各有1个驱动副,分别驱动动平台绕支链1中的一根转动副轴线旋转。针对其中一种只含转动副和移动副的构型进行了自由度验算,选择了合适的输入运动副,并利用ADAMS完成了该机构的运动学仿真。研究结果表明,该转动解耦的调平机构可应用于倒装键合设备、精密运动平台等多种场合。

    基于可靠性仿真面向维护的刮板输送机链条优化设计
    傅国红1, 黄良沛2, 岳文辉2
    2012, 23(18):  2218-2223. 
    摘要 ( )   PDF (590KB) ( )  
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    基于刮板圆环链的失效时间分布函数,重构了面向维护的刮板链可靠性模型,对刮板链服役运行过程中的可靠性变化进行仿真分析;建立了综合考虑系统维护周期、全寿命周期成本和系统可靠度的刮板链优化设计模型,提出了基于可靠性仿真的刮板链优化设计方法。仿真结果表明,该设计方法可以优选系统的刮板链设计方案,合理选择圆环链的配置,优化系统的维护周期。

    压力信号干扰抑制的质量流量数据融合研究
    汪洪波, 唐志国, 马培勇, 林胜
    2012, 23(18):  2223-2227. 
    摘要 ( )   PDF (473KB) ( )  
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    质量流量测量精度受压力的影响,且随着压力的增大其测量精度变差。采用多个质量流量传感器进行多处测量,对质量流量测量数据进行自适应加权融合。在此基础上,为了消除压力对流量测量值的影响,采用BP神经网络进行压力干扰抑制的质量流量数据融合研究。研究结果表明,BP神经网络质量流量融合值的精度较自适应加权融合值的精度大大提高,且附加动量法获得的BP网络融合精度最高,自适应学习速率调整法次之,梯度下降法最差。

    双螺杆转子结构特性流固耦合数值模拟
    魏静, 孙旭建, 孙伟
    2012, 23(18):  2228-2233. 
    摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  
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    以双螺杆转子为研究对象,依据流固耦合理论,通过求解捏合机内部流体和双螺杆转子固体耦合方程,研究不同工况下的流体压力和扭矩对双螺杆转子应力和变形的影响规律。分析计算结果表明:螺杆转子的变形和应力主要是不同工况下的扭矩、流体压力载荷及耦合场作用引起的;螺杆间隙对捏合机的生产效率和质量有很大影响,阴阳螺杆转子最大变形量是设计最佳螺杆间隙的关键因素;一定功率下,转子的最大变形量和最大应力值分别与转子扭矩、流体压力的大小正相关;一定转速下,转子的最大变形量和最大应力值与捏合机功率正相关。研究结果为新型双螺杆捏合机的合理设计与性能预测提供了理论依据。

    沟槽形表面织构对摩擦噪声的影响
    单欢乐1, 莫继良1, 陈光雄1, 邵天敏2, 周仲荣1
    2012, 23(18):  2233-2237. 
    摘要 ( )   PDF (591KB) ( )  
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    用电加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出沟槽形表面织构(沟槽深度为30μm、宽度为150μm、间距为500μm),采用球—平面接触方式,选取直径为10mm的Si3N4球为对磨副,对沟槽形织构表面和光滑表面进行了摩擦噪声对比试验,研究了沟槽形表面织构对界面摩擦振动噪声的影响。试验结果表明(以下结论只针对本试验选定尺寸规格的沟槽形表面织构):法向载荷对织构表面产生摩擦噪声强度的影响较小,而对光滑表面产生摩擦噪声的水平具有重要影响;沟槽形织构表面在低法向载荷下较光滑表面更易产生摩擦噪声,但随着法向载荷从5N增大到10N,光滑表面产生的摩擦噪声强度迅速增大并与织构表面的接近;沟槽形表面织构使摩擦系统更易产生多频率的摩擦振动,较早地产生摩擦噪声且其主频率成分较复杂;沟槽形织构表面比光滑表面具有较高的摩擦因数和耐磨性,沟槽形织构的存在明显地改变了接触界面摩擦磨损行为和摩擦噪声特性,但其对应关系需要进一步深入研究。

    材料工程
    薄板台阶断面件FCF加工硬化特性
    刘勇, 卢险峰, 朱会, 李湖峰
    2012, 23(18):  2238-2242. 
    摘要 ( )   PDF (551KB) ( )  
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    针对一种薄板台阶断面铝板材零件进行了FCF新工艺试验,采用DEFORM有限元软件对该零件冲压、冷锻组合加工变形过程进行了数值仿真,获得了其等效应力和应变分布,并通过显微硬度(HV)表征了试件表面的实际加工硬度特性。试验研究表明:成形过程中变形区及邻域材料的冷变形硬化效应比单一冲压和冷锻时更为显著,在该工艺中表现为冲裁与挤压、压印的迭加复合;零件下平面较上平面相应处的硬度值要高,差值范围在5%~10%之间;零件上下平面硬化效果从台阶内外缘处径向扩展逐步减弱,径向硬化效应区在0~1.4t(t为料厚)范围内。由此提出了一种新的加工硬化模型。

    0Cr18Ni9不锈钢本构模型及其对切削力预测影响分析
    凌玲, 李星星, 王学林, 胡于进
    2012, 23(18):  2243-2248. 
    摘要 ( )   PDF (595KB) ( )  
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    利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对经过1100℃固溶处理后的0Cr18Ni9不锈钢的静态力学性能和动态力学性能进行了测量,用Johnson-Cook模型拟合了材料的本构关系,用正交切削实验识别了Johnson-Cook模型材料参数。将SHPB实验和切削实验两种方法得到的Johnson-Cook材料模型应用于切削力的预测,分析了不同实验方法得到的材料模型在切削力的预测中的适用性,为不锈钢切削研究中的分析模型和数值计算中的材料流动应力模型选择提供参考。

    方锥形渐进成形制件误差补偿工艺研究
    史晓帆, 徐岩, 高霖, 沈长艳, 卢仁伟
    2012, 23(18):  2248-2253. 
    摘要 ( )   PDF (520KB) ( )  
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    成形精度低是制约金属板料渐进成形技术推广应用的重要因素。通过对方锥形渐进成形制件的精度测量发现,制件拐角处和高度方向尺寸精确,而侧壁处产生鼓凸,侧壁中心位置鼓凸高度最大。针对方锥形渐进成形制件的侧壁鼓凸问题,提出了一种变形求解方法,并将求解结果与实际测量结果进行对比,发现结果基本吻合。根据构建的侧壁形面模型,建立了方锥形渐进成形制件的补偿工艺,试验证明该工艺可以显著提高方锥形渐进成形制件的尺寸精度。

    车辆工程
    反求侧面碰撞集中参数模型动力学结构特性
    唐友名1, 2, 黄红武1, 2, 曹立波3
    2012, 23(18):  2252-2257. 
    摘要 ( )   PDF (556KB) ( )  
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    集中参数模型被广泛用来进行侧面碰撞安全分析,求解模型参数的方法主要有整车准静态试验法和整车有限元线性化法,综合这两种方法的优点,提出了一种非线性反求法。该方法利用分段参数修匀对GB20071-2006法规试验车侧面碰撞测试数据进行拟合,将拟合后的结果作为系统输入,通过MATLAB软件建立侧面碰撞下汽车集中参数非线性动力学系统模型。利用该反求模型可反求出汽车吸能部件和假人结构部件的刚度特性,与试验法和线性化法的结果相比,利用该反求模型反求出的刚度值非线性特征明显,更接近真实值。

    基于俯仰角加速度的驾驶室悬置系统修改
    张军峰, 贺岩松, 杨海威, 黄勇
    2012, 23(18):  2258-2262. 
    摘要 ( )   PDF (560KB) ( )  
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    采用柔性化的驾驶室建立驾驶室悬置系统的多体动力学模型,通过道路试验测得仿真模型的激励和验证信号,从自由度、加速度均方根值和系统模态等三个方面验证了模型的正确性。以俯仰角加权加速度均方根值为优化目标,在频域内对驾驶室悬置参数进行了正交试验匹配,使得不同车速下座椅处的俯仰角加权加速度均方根值平均降低14%,垂向加权加速度均方根值平均降低9%,驾驶室悬置动扰度平均降低18%。最后重新设计了驾驶室前后悬置弹簧。

    考虑轮胎无滑移的智能车辆连续曲率轨迹规划方法
    沈峘, 凌锐, 李舜酩
    2012, 23(18):  2263-2267. 
    摘要 ( )   PDF (541KB) ( )  
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    提出了无滑移约束条件下,给定起止点位置和状态的可行运动轨迹规划方法。首先根据前轮转向的单轨车辆模型,建立了7维非线性车辆动力学模型。然后基于无滑移假设,推导出前轮转角及其转角变化率的无滑移表达式;利用MNC轮胎/路面模型推导满足车辆无滑移的动力学约束,并据此给出最大速度轮廓曲线。最后利用闭环操纵稳定性评价指标来优化生成的轨迹。仿真结果验证了该方法的有效性。