中国机械工程

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2012, 23(22): 0.

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一种新型轴/径向伸缩式轮胎成形鼓机构自由度分析

杨彦东1, 2, 杨玉虎1

2012, 23(22): 2647-2652.

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针对一种用于子午线轮胎成形的新型轴/径向伸缩成形鼓机构,应用叠加原理,将成形鼓机构以自由度相等的基本驱动单元进行拆分。通过进一步对驱动单元进行结构分解,得到平面六杆机构及三杆四副支链等基本运动链。运用螺旋理论,对各简单平面机构及支链进行局部自由度、虚约束及公共约束的判定,分别计算其自由度;并依据广义运动副替代原则,得到多个子链组合而成的复杂多环路机构的自由度。通过对成形鼓机构的结构分解,得到了机构自由度数并对其性质进行了判定。

二维超声振动磨削中相邻磨粒运动轨迹对加工过程的影响

闫艳燕1, 徐沛林1, 冯纪成2, 霍佳伟1

2012, 23(22): 2652-2655.

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充分考虑椭圆超声振动磨削中砂轮参数、加工参数和超声振动参数对相邻磨粒运动轨迹的影响,推导了椭圆振动磨削中相邻磨粒运动轨迹方程,给出了椭圆振动磨削中相邻磨粒间运动轨迹相互作用关系判据。对相邻磨粒切刃间距、相邻磨粒间径向高度差、工件进给速度、砂轮半径和超声振幅等参数对相邻磨粒间运动轨迹的影响进行了仿真分析。
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基于FAHP的颗粒打散输送系统方案决策研究

唐启敬1, 赵铁石1, 石中盘1, 苑飞虎1, 郑秀新2, 王礼龙2

2012, 23(22): 2656-2660,2666.

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为迅速把复合肥半成品大块颗粒打散得到与成品相似的单个小颗粒进行检测,综合考虑打散输送系统所处的高粉尘强腐蚀环境及使用需求后,确定了系统设计的关键因素,提出三种方案。采用模糊层次分析法(FAHP)构建系统决策模型,确定各因素的权值,选择最优方案。经实验对比,打散输送后单个小颗粒与成品颗粒粒度分布相似,验证了决策模型和方法的正确性。

基于机器视觉的PCB裸板缺陷自动检测方法

杨庆华1, 陈亮1, 荀一1, 陈文彪2

2012, 23(22): 2661-2666.

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提出了通过比较标准图像与待测图像差异并分析差异区域边界进行印刷线路板(PCB)缺陷检测与识别的算法。在同一位置采集多幅标准PCB图像并计算其灰度平均值从而得到标准图,将待测PCB图与其进行对比。首先使用限定区域Hough变换快速检测出图像中相互垂直相交的细短标志线,将线段的交点作为特征点并计算其坐标,进而对标准图与待测图进行仿射变换配准,差影计算后,再通过二值化、形态学处理等去除伪缺陷,即可获取缺陷区域位置。在此基础之上,对处理过的差影图进行膨胀处理,通过边界检测获取各个缺陷区域闭合轮廓各点坐标。分析各个轮廓坐标对应阈值分割后的配准待测图中点的像素值,并结合缺陷是缺料缺陷还是多料缺陷识别出缺陷类型。对合格的和有缺陷的PCB图各200幅进行算法测试,检测准确率为98.3%,基本能够稳定检测出常规缺陷。
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拉杆与推杆组合式滑枕挠曲变形补偿法

吴凤和, 赵峰兵

2012, 23(22): 2667-2670,2684.

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针对重型数控落地铣镗床的滑枕结构及受力特点,提出一种新型的滑枕挠曲变形补偿方法——拉杆与推杆组合式补偿法。依据偏心压缩(拉伸)理论,在滑枕内部设置两组作用力方向相反的杆件：一组为置于滑枕上半侧的拉杆,另一组为置于滑枕下半侧的推杆。两根拉杆和两根推杆沿主轴中心线呈左右和上下对称布置,形成双向作用力组。由于拉杆与推杆在滑枕轴向的作用效果相互抵消,该方法在补偿滑枕的挠曲变形时不会产生附加的轴向变形。与传统的拉杆补偿法相比,该方法采用拉力和推力两组油缸提供补偿挠曲变形的驱动力,在补偿相同挠度的情况下,油缸所需提供的压力较小。通过理论分析与有限元仿真对该方法的优点进行了验证。
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目标造型意象约束的质感与表面工艺选择

周海海, 陈黎, 胡伟峰

2012, 23(22): 2671-2675.

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应用因子分析法对造型材料质感意象空间进行结构分析,确定目标意象和材料实验样本在材料质感意象空间的坐标位置。引入目标意象契合度的概念,通过计算与目标造型意象的意象空间距离,获取材质样本满足目标意象的契合度,以此得到符合目标造型意象的最佳材质样本,然后运用数量化理论Ⅰ方法得到目标造型意象与不同材料表面处理工艺的回归关系,其结果可直接作为产品概念设计的参考。以金融机具类产品的开发设计为例,证明了该方法的合理性和可行性。

实现压电致动器精密定位的模糊控制系统研究

张建华, 葛红宇, 李宏胜, 滕福林

2012, 23(22): 2676-2680.

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针对压电精密定位系统的精度与实时性问题,提出一种适于压电精密定位系统的模糊控制方法,实现了压电致动器的迟滞特性和阶跃响应的实验建模。设计了压电致动器的模糊控制器,结合仿真结果,实现了基于32位嵌入式处理器S3C2410的压电精密定位模糊控制系统。测试结果表明：系统阶跃响应稳态误差小于0.1μm,调节时间在3ms以内,超调量小于20%;正弦响应误差范围为-0.24～0.20μm。

基于CFX的气体静压轴承数值研究

姚美红1, 张恒峰2

2012, 23(22): 2681-2684.

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利用流体动力学软件CFX对不同偏心率下的轴承间隙内部流体进行研究,得到了压力、速度分布图和偏心率对轴承流量及承载力的影响规律。分析结果表明,随着偏心率ε的增大,气膜上的压力分布不再对称,气膜区域速度峰值和速度差值越来越大,承载力呈非线性增大趋势,流量呈非线性减小趋势。研究结果为进一步改进固定孔节流气体静压径向轴承的设计提供了理论依据。

插齿刀凸曲前刀面加工对刀方法研究

李学光, 张树仁, 史国权, 宋林森

2012, 23(22): 2685-2688,2738.

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插齿刀凸曲前刀面磨削加工中,砂轮的初始位置直接影响插齿刀凸曲面的加工精度及齿形精度。采用对射型激光传感器设计了对刀方案,并设计制造了对刀装置,用于确定插齿刀凸曲面加工时砂轮相对于插齿刀的初始磨削位置。应用对刀装置进行了对刀实验,实验结果验证了对刀方案的可行性。应用加工的插齿刀进行了齿轮插齿实验,齿轮的检测结果表明,所设计的对刀装置能够满足插齿刀凸曲面加工需求。

陶瓷型芯结构对涡轮叶片型面精度影响的仿真研究

杨小宁, 卜昆, 刘金钢, 董一巍, 傅将威

2012, 23(22): 2689-2693.

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在精密铸造成形过程中,陶芯对凝固收缩存在机械阻力,因此,陶瓷型芯的复杂结构对空心涡轮叶片型面尺寸精度有较大的影响。基于精铸数值模拟方法,分析了陶瓷型芯结构对叶片变形影响的规律。借助ProCAST软件对空心涡轮叶片的凝固过程进行仿真,获得变形位移场。分析了由三种不同结构陶瓷型芯所得的位移场,采用位移量变形趋势图对比的方式揭示了陶瓷型芯结构对叶片变形影响的规律,为模具优化提供量化依据。 

基于政府环境规制的再制造供应链决策机制

曹柬, 胡强, 楼婷渊, 周根贵

2012, 23(22): 2694-2702.

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在政府环境规制的干预下,针对由再制造商和回收处理商构成的再制造供应链系统,建立了政府与供应链系统博弈的双层规划模型。结合现实国情,设计了基于产品绿色设计参与程度的再制造商对回收处理商的激励契约,给出了再制造商参与产品绿色设计的前提条件,分析了政府财政干涉力度对系统成员决策行为和期望收益的影响,讨论了各相关因素对政府财政政策制定的影响。结果表明,政府环境规制的实施能有效激励再制造商投入到产品绿色设计活动中,提高回收处理商回收努力水平,增进社会福利。研究结果对再制造行业发展初期政府相关环境政策的制定以及供应链成员的运营实践具有一定的现实指导意义。

基于模糊DEA/AR的知识化制造模式评价和选择方法

王玉芳1, 2, 严洪森1

2012, 23(22): 2702-2707.

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考虑知识化制造模式的复杂度,以知识化制造模式为决策单元建立了数据包络分析模型,提出一种用于制造模式相对有效性评价的模糊数据包络-保证域方法。模型中的输入变量和输出变量以三角模糊数表征,采用权重保证域以避免传统非阿基米德无穷小量求解对评价结果的影响,引入α截集计算决策单元模糊有效性的上下界,实现决策单元的相对有效性评价。在此基础上,给出一种基于模糊有效边界值的制造模式相对有效性排序方法,为知识化制造模式选择提供依据。最后,通过试验算例验证了该方法的可行性。

多品种混合装配车间配料区物料摆放布局优化

朱琳1, 何其昌1, 2, 范秀敏1, 2

2012, 23(22): 2708-2714.

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为了解决混合装配车间配料区的多品种物料摆放问题,提出了工人平均取料路径的概念,并以工人平均取料路径最短为目标,以配料区货架布局、货架容量等为约束条件,建立了以物料摆放位置为决策变量的数学模型。运用了改进的蚁群算法,该算法只允许至今最优解为蚁群搜索释放信息素。同时为了降低解的维度,采用二次解码方法对该问题进行求解。优化结果给出了不同货架物料摆放的布局。改进的蚁群算法具有比一般蚁群算法结果更优的特点。最后以某空调装配车间的配料区为实例,验证了该方法的有效性和可行性。

带能力约束的多目标OEM协作生产订单分配决策与混合蚁群算法应用研究

韩锦东, 李英俊, 陈志祥

2012, 23(22): 2714-2719.

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在面向订单生产(build-to-order,BTO)的协作生产环境下,品牌制造商如何将所接受的不同客户订单(生产任务)分配给众多的协作生产企业OEM供应商,同时以最大的成本收益及最高的服务水平完成这些制造任务,是OEM协作生产环境下一个很实际的生产管理问题。首先根据此类问题的特点建立了一个带能力约束的、以总订单利润与准时交货为目标的多目标OEM订单分配模型;然后利用混合智能优化算法——模拟退火蚁群算法进行求解,并对该混合算法进行改进;最后应用算例验证了算法的有效性与合理性。

基于本体的多设计团队协同产品设计知识建模

王有远, 王发麟, 乐承毅, 张丹平, 宗琪

2012, 23(22): 2720-2725.

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为解决多设计团队协同产品设计过程中设计知识共享和重用困难等问题,提出了一种基于本体的多设计团队协同产品设计知识建模方法。分析了多设计团队协同产品设计的特点,建立了多设计团队协同产品设计工作模型,提出了多设计团队协同产品设计知识本体构建框架。以本体建模理论为依据,以机械产品协同设计为研究背景,利用分类和描述的思想方法对基于本体的多设计团队协同产品设计知识建模过程进行了研究,包括设计知识的分类与概念抽取、设计知识的OWL描述以及属性定义。在此基础上,构建了机械产品协同设计知识本体模型。最后通过应用实例验证了该方法的可行性和有效性。

水冷盘式制动器热疲劳失效有限元分析

蔡运迪, 唐文献, 黄秋芸, 王玲玲

2012, 23(22): 2726-2731.

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针对海洋钻井绞车在连续下钻过程中的制动工况,建立了水冷盘式制动器三维热—机耦合分析模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS数值模拟了制动器的制动过程,获得了制动盘表面及内部温度场与应力场的分布特征,并以此为基础分析了制动盘热疲劳失效的机理。研究结果表明：连续制动工况下,制动盘的温度场与应力场相互耦合,两者具有相似的变化规律;周向热应力是形成制动盘表面初始裂纹的主要应力分量,在热应力反复作用下,该初始裂纹发展为粗大的裂纹,最终导致制动盘的断裂。分析结果与实际情况吻合较好,从而证明了该分析方法的正确性和可行性。
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基于粒子群优化的神经网络自适应控制算法

徐胜男, 周祖德, 艾青松, 刘泉

2012, 23(22): 2732-2738.

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针对一些非线性场合或者控制对象可变的条件下,传统PID控制达不到要求且需要靠经验不断地调整PID参数的情况,提出了一种基于粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)的神经网络自适应控制算法。该算法结合传统PID控制、BP神经网络和PSO全局优化算法,用PSO算法优化BP神经网络的初始权值,然后用优化后的BP神经网络在线调整PID参数。优化过程中引入了变异操作,并考虑激活函数增益及隐含层数的选择对PSO算法和BP神经网络的综合影响。该算法克服了神经网络容易陷入局部极小值以及收敛速度慢的缺陷,仿真结果表明,该算法在精确性和实时性上有很大的改进。
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刨煤机刨头的稳定性分析

康晓敏, 李贵轩

2012, 23(22): 2739-2743.

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随着煤层开采厚度的增大,刨煤机刨头的高度相应增大,刨煤时,煤壁的作用力使刨头出现不稳定的情况。通过对刨头的受力以及刨头稳定性的影响因素进行分析,得出刨头高度和刨削深度是影响刨头稳定性的重要因素的结论,并结合实例得到了刨头高度和刨削深度的影响规律。研究结果为确定刨头支撑架的安装高度提供了理论依据,为进一步采取措施提高刨头的稳定性提供了理论基础。
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具有翻滚模式的可变形四足机器人结构设计与分析

汪红波1, 余联庆2, 3, 王玉金2, 王立平3

2012, 23(22): 2743-2747.

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为了适应崎岖与平坦共存的非结构环境,提出了一种具有翻滚运动模式的可变形四足机器人。对可变形四足机器人进行了结构设计,并采用几何法得到了其结构参数,进而对其进行了静平衡配重,使得圆形滚动体的质心与形心重合。滚动体的直线翻滚模型可以简化为由弓形杆件组成的平面开链连杆机构。当杆系展开为非圆形滚动体时,由杆系质心离开平衡点而产生的重力矩驱动滚动体。利用D-H法推导了非圆滚动体在一个准静态滚动周期中的质心表达式。将圆形滚动体的结构参数代入表达式从而得到其在准静态滚动过程中质心偏置的变化情况,验证了结构设计和静平衡配重的合理性。 
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滚珠丝杆磨削颤振分析与监测方法研究

迟玉伦, 李郝林

2012, 23(22): 2748-2751.

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在实验研究的基础上,分析测试了滚珠丝杠磨削中工件颤振振纹与监测信号之间的关系,提出了把信息论中的信息率作为声发射信号和加速度信号的参数变量对滚珠丝杠磨削颤振进行监测的方法。最后,通过设定信息率阈值实现自动判别磨削颤振,实验结果证明了该方法的有效性和实用性。

基于自由曲线的螺杆转子型线的正反向设计

何雪明, 戴进, 刘洪园

2012, 23(22): 2752-2757.

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针对传统的双螺杆压缩机转子型线设计过程中,设计参数反复调节和确定的过程复杂以及整个设计周期长且无法预判修改结果的问题,提出了以自由曲线为组成曲线的两种型线设计方法：一种以正向的思路通过定义一条转子型线再得到另一条转子型线;另一种以逆向的思路通过啮合线得到阴阳转子型线。将自由曲线应用到型线设计中,能够灵活地对曲线进行调整。最后,以此理论为基础开发了一个转子型线的设计系统。
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电涡流传感器测量精度的新型误差分析方法

姚焕新1, 苗恩铭2, 牛鹏程2

2012, 23(22): 2757-2760.

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针对电涡流传感器标定常用的随机误差分析法会扩大测量误差的估计范围,限制其工程应用的问题,提出了新型误差分析方法,对多批次测量数据进行误差上下限分析,同时建立了测量批次数的判断准则,这样可以更为精确地获得电涡流传感器的测量精度,并且具有较好的工程运用价值。
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蜂窝夹层板封闭声腔的结构-声耦合特性分析

王盛春1, 2, 邓兆祥1, 王攀1, 曹友强1

2012, 23(22): 2761-2764.

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对弹性板封闭声腔的结构-声耦合机制、耦合特性、影响耦合程度的系统参数及其对系统固有频率的影响进行了深入的理论分析,并对耦合系统固有频率进行了估计,通过与已有文献结果的比较对所提出的分析模型和计算方法进行了验证,在此基础上分析了夹层板结构参数对腔内声压响应的影响。结果表明:在满足结构质量和第一阶固有频率约束的前提下,适当增大面板厚度和芯层厚度有利于降低腔内声压响应。
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考虑齿轮-齿条转向器侧隙的汽车摆振系统动力学建模及分析

卢剑伟1, 吴彰伟1, 吴继祥1, 刘梦军2

2012, 23(22): 2765-2768.

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基于非线性系统动力学相关理论,建立考虑侧隙的齿轮-齿条传动副动力学模型,并以此为基础建立齿轮-齿条传动副侧隙的汽车摆振系统动力学模型,通过数值算例分析了齿轮-齿条传动副侧隙对汽车摆振系统动力学行为的影响,相关方法和结论有助于更好地实现汽车摆振控制。
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一类大功率气体燃料发动机电控喷射装置的设计

葛文庆1, 2, 刘梁1, 常思勤1, 孙宾宾1

2012, 23(22): 2768-2771.

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针对大功率气体燃料发动机扫气不充分、空燃比控制精度低和响应慢等问题,提出了一种应用动圈式电磁直线执行器和菌型阀结构的气体燃料电控喷射装置,实现气体燃料的多点顺序间歇喷射以改善发动机的性能。讨论了设计方案和主要设计参数的确定原则,完成了设计并研制了样件。开发了电控喷射装置控制器,并对样件进行了性能测试。试验表明,电控喷射装置的技术方案可以满足发动机的大流量、高响应等要求。

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