中国机械工程

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2013, 24(3): 0.

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时域内动态载荷识别的径向基形函数法

池林, 刘杰, 姜潮

2013, 24(3): 285-289.

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为了减小载荷识别过程中的不适定性,稳定地实现动态载荷的时域重构,提出了基于径向基形函数的时域动态载荷识别方法。在离散化系统动力响应卷积关系式的基础上,将载荷在时间域内划分单元,采用径向基函数构造载荷形函数,并在整个时间域内进行组装,得到整体形函数响应矩阵,建立载荷识别的正向模型;在此基础上,利用正则化方法实现动态载荷识别。算例表明,该方法能够有效减小核矩阵的规模,改善核矩阵的病态性,在采样时间步长较大且响应存在测量噪声的情况下,可保证动态载荷反演的稳定性和精确性。
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QFP芯片外观视觉检测系统及检测方法

郑金驹, 李文龙, 王瑜辉, 罗明成

2013, 24(3): 290-294,301.

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基于QFP芯片的管脚外观检测的需要,开发了基于机器视觉的QFP芯片外观检测系统,并简要介绍了该系统的硬件系统和软件系统。为实现管脚外观检测要求,采用Canny算子边缘检测算法针对QFP管脚的图像进行处理,着重论述了管脚栈高的检测方法及基于三点法的管脚共面度的检测方法。测试结果表明,该外观检测系统能达到在线生产的工艺要求。

变载荷激励下风电行星齿轮系统动力学特性

秦大同1, 杨军1, 2, 周志刚1, 3, 陈会涛1

2013, 24(3): 295-301.

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为了更准确地分析风电行星齿轮系统的动力学特性,在同时考虑风速变化和发电机电磁转矩变化引起的外部载荷激励,齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度以及行星齿轮啮合相位差等引起的内部激励的条件下,建立了风电行星齿轮系统的动力学模型。在此基础上,采用Runge-Kutta数值积分方法求解了某兆瓦级半直驱风电行星齿轮系统的动态响应,分析了上述激励对系统动态特性的影响规律。结果表明：外部变载荷的激励使系统的响应频率具有明显的低频成分,各构件的扭转振动位移与外部合力矩有相似的变化趋势;行星轮啮合相位差的激励使系统的结构频率成分增多且频率减小,增加了系统共振的可能性;轴承时变刚度使系统的高阶响应频率产生较大波动,增加了系统动态响应的复杂性。
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镍基高温合金喷射液束电解—激光复合加工特性的试验研究

袁立新1, 2, 徐家文1, 赵建社1

2013, 24(3): 302-308.

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针对镍基高温合金材料激光打孔时存在的再铸层,采用喷射液束电解—激光复合加工对镍基高温合金GH3030进行打孔试验,研究复合加工去除再铸层的特性,以及复合加工参数对再铸层残余率和材料去除率的影响规律。试验结果表明:在复合加工过程中,喷射液束的电解作用能有效在线去除激光加工产生的再铸层,提高激光加工的质量;得到了各加工参数对再铸层残余率和材料去除率的影响规律,建立了再铸层残余率和材料去除率二次回归方程,并采用验证试验说明了二次回归方程能很好地预测复合加工特性。基于二次回归方程,优化工艺参数,进行群孔和刻字的样品加工试验,试验结果证明了该方法可以满足工程应用的需要。
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基于图像处理的单颗粒金刚石曲率半径测定方法研究

田欣利, 王健全, 唐修检, 张保国, 王朋晓

2013, 24(3): 308-312.

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采用优质天然金刚石对研、精磨和钎焊工艺制备单颗粒金刚石磨具,用于研究陶瓷等硬脆材料磨削去除、砂轮磨粒磨损及工件表面损伤形成机理。通过扫描电镜获取金刚石磨粒尖端图像,运用灰质化、直方图均衡化、中值滤波、二值化分割及Canny算子预处理并提取磨粒尖端轮廓边缘。在Photoshop软件中测量图像标尺占据的横向像素数目,绘制不同尺寸的圆形与磨粒尖端轮廓线条内切,多次操作后选择最大内切圆。统计该内切圆半径对应的像素个数,利用代数学基本原理即可求出最大内切圆半径。该方法不依赖专用的小曲率半径精密测量设备,具有较高测量精度与可操作性。
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基于双进双出流径液冷系统散热的电池模块热特性分析

徐晓明, 赵又群

2013, 24(3): 313-316,321.

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选取双进双出流径液冷系统作为研究对象,采用试验的方法,对2并12串的电池模块热特性进行分析,结果表明：室温下,液冷系统的散热性能并不是随进液流量增大而改善的,而是呈现先提高后降低的趋势,进液流量为450L/h时满足最佳散热要求,同时也具有最佳的散热效率;电池模块中部间隙增大4mm时的散热性能同样不是随着进液流量增大而改善的,与原电池模块相比,最高温升和内部最大温差均有所降低,散热性能得到改善;35℃环境温度下,相同进液流量时的电池模块内部温差较室温时变大,
可见冷却液温度过多地低于环境温度并不一定会改善电动汽车液冷系统的散热性能,
而45℃环境温度下液冷系统的散热性能更差。所得结论为液冷系统散热性能分析提供了参考依据。
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时滞对振动主动控制系统控制效果的影响分析

张伟中1, 张斌2, 伍晓红3, 孙清3

2013, 24(3): 317-321.

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为解决振动主动控制技术在实际工程应用中反馈环节的时滞会导致受控系统失稳的问题,以获得最优的控制效果,提出了采用逐步输入荷载项的方法,对精细积分方法进行修正,用以求解含双时滞受控系统的动力学方程。通过数值仿真,计算不同时滞情况下的系统响应,在得到不同反馈增益下含双时滞的动力系统响应峰值分布基础上,分析了时滞变化和反馈增益不同的取值对系统响应的影响。研究结果表明,时滞对受控系统控制效果的影响程度随反馈增益的增大而增大,当时滞量和反馈控制增益匹配调节适当时,可以使系统保持稳定状态,该结果可为考虑时滞影响的结构振动主动控制算法的合理设计提供依据。
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不锈钢超高速磨削试验研究

冯灿波, 谢桂芝, 盛晓敏, 郭力, 尚振涛

2013, 24(3): 322-326.

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为避免不锈钢磨削中发生砂轮堵塞,减轻磨削烧伤的程度,提高加工效率,优化加工工艺,对不锈钢进行超高速磨削试验研究。在高速/超高速磨削条件下,研究了不同砂轮线速度、工件进给速度和进给量对不锈钢磨削的磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响作用,并检测了不同工况下的砂轮表面状态。研究结果表明,不锈钢在超高速磨削状态下,选择合理的工作台速度和磨削深度能有效提高加工效率,同时又能保证磨削质量。
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非圆齿轮驱动结晶器非正弦振动的研究

刘大伟, 任廷志

2013, 24(3): 327-331.

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提出一种由新型非圆齿轮驱动的连铸结晶器振动机构,给出根据结晶器非正弦振动的工艺特点设计匹配的非圆齿轮的方法;与实际中由椭圆齿轮和蜗线齿轮驱动的振动系统相比,该新式非圆齿轮可以同时满足结晶器在正滑动和负滑动区间的工艺参数要求,克服了现有非圆齿轮不能同时调节两个以上结晶器振动工艺参数的缺点,使得由非圆齿轮驱动的结晶器振动机构能够充分发挥出非正弦振动的优点,从而拓展了机械式非正弦振动机构的应用范围。

纳米液对瓷砖表面光洁度影响的实验研究

邵俊鹏, 徐斌

2013, 24(3): 331-335.

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为了研究瓷砖表面质量,分析瓷砖涂覆制膜机的结构和运行原理,提出了纳米液涂覆瓷砖机理。一系列未涂覆纳米液和涂覆纳米液瓷砖SEM对比实验表明,涂覆纳米液瓷砖表面光洁度优于未涂覆纳米液瓷砖,涂覆纳米液瓷砖的裂纹、凹坑被纳米液填充并固化成膜。实验结果表明,涂覆纳米液瓷砖不易附着污渍,有显著的防护作用。
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球面4R机构四位置综合的类型图方法

王光明, 史立新

2013, 24(3): 336-340.

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球面4R机构的四位置综合,由于计算量大,求解质量难以预先把握和控制,且具有实质上的盲目性,妨碍了球面4R机构在工程技术领域中的推广和应用。在对美国加州大学欧文分校所提出的类型图方法进行剖析的基础上,利用球面Burmester理论的相关原理,基于MATLAB平台,提出了类型图及其缺陷甄别的一种几何实现方法,将Burmester曲线综合出的全部球面4R机构进行属性分类,使得设计者可以在众多可行的机构综合方案中迅速定位到满足工程需要的机构,很大程度上解决了球面4R机构四位置综合中的复杂性和盲目性难题。通过算例证实了该方法的有效性和实用性。
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多约束下的产品形态设计计算机辅助系统研究

李博, 余隋怀, 初建杰, 杨延璞, 杜微, 杜鹤民

2013, 24(3): 340-345.

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在工业设计中,产品形态设计为了满足从概念设计阶段到生产制造环节的一致性,要受到多种约束的制约。为了提高设计效率,提出了基于材料、结构、工艺等约束因素的产品形态设计概念,通过对各种约束因素的研究,建立了产品形态设计约束集,分析了多约束条件下的产品设计流程,以此为基础,应用Pro/E二次开发和数据库技术,开发了产品形态设计计算机辅助系统,通过设计实例的形态设计和加工工艺验证了该系统的可行性。
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基于Hilbert谱奇异值的轴承故障诊断

赵志宏1, 2, 杨绍普2, 李韶华2

2013, 24(3): 346-350.

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针对机械故障振动信号时频特征提取问题,提出一种基于Hilbert谱奇异值的特征提取方法,并将其应用于轴承故障诊断。该方法首先利用经验模式分解方法将振动信号分解为若干个内蕴模式函数之和,接着对每个内蕴模式函数进行Hilbert变换得到振动信号的Hilbert谱,然后对Hilbert谱进行奇异值分解,得到反映机械状态特征的奇异值序列,最后利用奇异值作为特征向量,使用支持向量机进行轴承故障诊断。轴承正常、内圈故障、滚动体故障、外圈故障实测信号实验结果表明,该方法能有效地提取轴承故障振动信号特征。
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滚动轴承故障的谱相关特征分析

柳亦兵1, 辛卫东1, 李宏2, 滕伟1, 周雁冰1

2013, 24(3): 351-355.

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滚动轴承的振动响应信号包含确定性成分和随机成分,两者都能反映轴承发生故障的信息。利用随机成分进行故障定性诊断,可以只使用较少的振动信号数据,计算效率高,有利于工程实际应用。针对轴承振动信号中随机成分能量较低、分布频率范围较宽的特点,采用对数谱相关函数灰值图反映信号中随机成分对循环平稳特性的影响,定性判断故障引起的谱相关函数中随机成分的变化,然后通过共振区切片进行故障解调分析,提取特征信息。通过实测正常轴承和内圈点蚀故障轴承振动信号的对比分析,表明即使在较低频率分辨率条件下,谱相关密度也能实现故障信息的解调,并可以提高计算效率。

基于遗传算法的差值形态滤波尺度参数优化方法研究

吕博, 张永祥, 柯维

2013, 24(3): 355-359.

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针对使用差值形态滤波提取故障特征时结构元素难以确定的情况,对尺度参数实行优化从而寻求其最佳尺度。首先对滚动轴承信号进行降噪处理,之后对信号进行差值形态滤波提取故障信号,通过遗传算法寻找到了结构元素尺度的最优解。通过仿真和试验研究表明,该方法取得的效果优于非优化的处理效果和包络解调法。

铣削加工过程稳定性分析

杨建中, 李江威, 屈文晓, 张栋, 周金强

2013, 24(3): 360-365.

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考虑刀具和工件的动态特性,建立了二维铣削加工过程的动力学模型,在此基础上,推导了稳定性叶瓣图绘制的公式。通过仿真,分析了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响。结果表明：刚度和阻尼率影响叶瓣图的纵向形状,固有频率影响叶瓣图的横向形状,叶瓣图的主要形状由动刚度最小的模态决定。
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楔形间隙中受剪颗粒介质及表面多体接触的瞬态过程分析

王伟, 刘小君, 刘焜

2013, 24(3): 366-370.

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应用显式有限元方法研究了颗粒介质在楔形摩擦副中的受剪切行为,其中下表面具有与颗粒介质尺度接近的连续凸峰。数值试验表明,显式有限元方法能够捕捉颗粒介质的受剪切行为、碰撞和挤压前后的应力分布、颗粒的塑性变形等。发现了当颗粒多体接触并形成强力链时,会使摩擦界面产生摩擦力和抬升力的峰值。同时探讨了不同的摩擦因数和材料硬度对颗粒介质的应力分布、摩擦力和抬升力的影响。
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DP780高强度钢板摩擦界面分形接触模型

付秀娟1, 2, 陈超2, 李建军1

2013, 24(3): 371-374,379.

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根据板料的表面轮廓特点,建立了基于分形理论的DP780板料表面形貌模型,在表面形貌模型的基础上建立了DP780板料和模具的弹塑性接触模型,该模型将模具视为刚性体,导出了板料与模具实际接触面积的计算公式,并确定了实际接触面积与法向载荷的关系。将分形接触模型应用于摩擦模型的建立中,能够获得更为真实的边界条件,可为板料成形数值模拟的准确性提供可靠的理论基础。
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油源动态特性及伺服阀前蓄能器对轧机控制精度影响的实验研究

王益群1, 杨阳1, 韩松杉1, 陈春明1, 2

2013, 24(3): 375-379.

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在实验的基础上,对油源动态特性与电液控制系统控制精度间的关系展开实验研究,得出了负载变动与油源压力波动之间的耦合规律,并对阀前蓄能器进行不同初始充气压力和不同初始容积的负载实验,得出其初始充气压力和初始容积的影响规律,为根据系统控制精度要求选择充气压力和初始容积提供实践参考。
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不同精加工齿面的电子束处理齿轮弯曲疲劳性能

胡建军1, 2, 张根保1, 许洪斌3, 李小波2

2013, 24(3): 380-385.

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对不同工艺齿面下齿轮进行强流脉冲电子束强化处理,实验研究其弯曲疲劳性能,并对齿轮电子束处理前后的齿面硬度、表面粗糙度、齿根表面形貌及组织和表面应力进行对比,分析不同工艺齿面下电子束处理对齿轮弯曲疲劳性能的影响。实验结果证明,在恒幅载荷条件下,未磨削齿轮在经电子束处理后在可靠度50%下弯曲疲劳极限降低了14%,磨削齿轮经电子束处理后弯曲疲劳极限提高了6.1%。齿轮的表面工艺对弯曲疲劳强度影响较大,经过磨削工艺,原始齿轮和电子束处理的齿轮强度分别增加了52.2%和88.2%。
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矿用对旋式轴流通风机扩散器结构多目标优化设计

戴巨川, 刘德顺, 金永平, 文泽军, 岳文辉

2013, 24(3): 386-391.

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以矿用对旋式轴流通风机为研究对象,应用粒子群优化算法对其扩散器结构设计参数进行了优化。首先,应用实验设计方法研究了通风机扩散器结构设计参数与通风机全压及效率之间的关系。研究结果表明：随着扩散器芯筒尾部半径R1的增大,通风机全压会先降低而后增高;通风机全压随着扩散器出口截面半径R2的增大而减小,随扩散器长度L1的增大而增大。通风机效率随R1、L1的增大而增大,随R2的增大而减小,且L1对通风机效率的影响最为显著。然后,以通风机全压及效率为优化目标,以扩散器结构设计参数为设计变量,应用粒子群优化算法对其进行多目标优化。
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PQF连轧钢管温度场数值模拟

杜凤山1, 汪飞雪1, 于辉1, 王锐2

2013, 24(3): 391-395.

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为优化连轧钢管生产工艺、提高荒管产品质量、降低轧制设备能耗,对PQF连轧过程传热机理进行分析,采用有限差分法建立传热数学模型,求解连轧钢管温度场分布情况。该模型能处理轧制过程中复杂的变形场以及各种热力学边界条件,反映钢管在连轧过程中的温度变化规律。仿真结果与现场实测数据吻合良好。

一种新型齿电式时栅位移传感器研究

郑方燕, 陈锡侯, 高忠华, 董淳

2013, 24(3): 396-399.

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提出一种可同时兼顾动态测量、静态测量的齿电式时栅传感器,这种传感器把定子分为上、中、下三层,在三层槽齿上分别绕有对称
的三相绕组,使传感器的极对数达到槽数的1/2,以达到用低等分的加工精度实现高精度测量的目的。实验结果表明,该齿电式时栅传感器精度达到2.1″,且成本低廉。
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轴流式磁悬浮血泵流场数值模拟及溶血预测

吴华春, 龚高, 王子彦, 胡业发

2013, 24(3): 399-403.

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血泵流体动力分析是研发先进人工心脏泵的前提,血泵叶轮旋转时会对血细胞造成不同程度的机械损伤,从而导致溶血和血栓,严重时甚至危及患者生命。以设计的一种轴流式磁悬浮血泵为例,结合计算流体力学和结构优化设计,采用κ-ε模型、动网格技术和用户自定义函数技术,在轴流式磁悬浮血泵内部三维流场数值模拟的基础上,分析轴流式磁悬浮血泵流道的剪应力分布,探索血液流量与叶轮转速的关系,利用粒子追踪法获取血液细胞流动轨迹,建立一种轴流式磁悬浮血泵的溶血数学模型,阐述轴流式磁悬浮血泵溶血性能预测的方法和机理。研究结果可为轴流式磁悬浮血泵的结构设计和降低溶血提供重要依据。
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多目标优化在新车型总体轻量化设计中的应用

胡朝辉, 成艾国, 陈少伟

2013, 24(3): 404-409.

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开发了一款跟原车型结构相似、整车尺寸加长加宽加高的新车型,将整车长度、整车高度、整车宽度及部分零件厚度作为设计变量,采用最优拉丁实验设计方法进行了样本数据设计,并且采用移动最小二乘响应面方法构建了白车身NVH、白车身关键区域强度及白车身质量等性能参数的多目标优化系统的近似模型,利用多目标遗传优化算法NSGA-Ⅱ(非支配解排序遗传算法)对近似模型进行优化。在满足白车身关键区域内强度、白车身NVH等约束性能的同时,追寻车内新增空间最大化,并实现了新车型的轻量化设计。 
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基于模糊PID算法的双侧电传动履带车辆转向控制策略研究

陈泽宇1, 赵广耀1, 翟丽2, 周淑文1

2013, 24(3): 410-414,425.

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为了提高电传动履带车辆的转向控制性能,首先进行了履带车辆转向动力学分析,研究了履带车辆转向特性,进而针对履带车辆转向轨迹可控性差、动态响应慢等缺点,提出一种基于模糊PID算法的双侧电传动履带车辆转向控制策略,将驾驶员转向意图解释为内侧电机制动力矩,并通过模糊算法对外侧电机力矩进行跟随控制,实现稳定的转向轨迹并提高转向响应速度。转向过程中的纵向车速由PID算法进行控制,通过模糊因子来实现模糊控制算法与PID算法之间的融合。仿真结果表明,所提出的控制算法可以实现稳定可控的转向轨迹,具有良好的鲁棒性,与传统转向力矩分配策略相比,该控制算法的动态响应时间缩短约0.7s。

尾随运动车辆识别与超车检测方法研究

王科, 黄智, 钟志华

2013, 24(3): 415-421.

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针对尾随车辆由于类型、尺寸、颜色、环境等非确定因素导致识别不稳定、不可靠的问题,提出基于时空域纵向投影跟踪滤波和相对运动检测的车辆识别与超车行为检测算法。首先在对比度空间对序列图像进行定向滤波，采用概率Hough变换估计车辆横向边缘，通过时间域投影方法过滤环境噪声，得到尾随车辆跟踪轨迹，同时使用光流法对序列图像特征角点进行跟踪检测，通过目标运动方向矢量将车辆和背景予以区分。在此基础上，采用车辆置信度函数对上述两种方法的识别结果进行综合决策，提出基于行为检测的超车检测算法。试验结果表明，该方法在结构化道路环境中能够快速准确提取近视场运动尾随车辆，对环境干扰和目标车辆类型变化具有较强的免疫能力。
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基于操纵稳定性的轮胎特性匹配汽车操纵逆动力学研究

王国林, 梁辛欣

2013, 24(3): 422-425.

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利用MATLAB/Simulink,采用非线性轮胎模型,建立考虑载荷转移的二自由度汽车模型。在此基础上,基于逆动力学原理,使用神经网络理论方法,构建汽车前后轮胎特性与操纵稳定性评价指标之间的映射关系。结果表明,通过该方法构建的网络模型可以较准确地求出满足汽车操纵稳定性要求的前后轮胎侧偏刚度组合,进而指导汽车开发过程中的轮胎选择工作。

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2013, 24(3): 426.

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