中国机械工程

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2013, 24(4): 0.

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滚珠轴承力学模型的数值求解方法研究

朱益利, 金超武, 许磊, 徐龙祥

2013, 24(4): 427-431.

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根据Hertz接触理论和刚性套圈理论,建立了角接触滚珠轴承的拟静力学模型，得到了针对该模型的非线性方程组。针对传统Newton-Raphson迭代方法对所建立的非线性方程组求解过程中的不收敛和振荡问题，提出了减少非线性方程和引入迭代步长调节因子的方法。通过对迭代变量几何意义、物理意义的研究,提出了一种对迭代变量进行约束的方法来解决迭代算法中初始变量难以确定的问题。最后分别将改进后算法的计算结果与SKF公司TABACY方法的计算结果和轴承加载实验结果进行对比,验证了算法的正确性。结果表明：选取合适的步长调节因子和对一些变量施加约束能在保证计算结果正确性的前提下，提高非线性方程组求解的收敛率和效率。

水下系泊监测平台动态响应的计算模型与数值模拟

何孔德1, 2, 李友荣1, 方子帆2, 杨蔚华1, 2

2013, 24(4): 432-436,451.

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基于Hopkinson冲击载荷理论，针对水下系泊监测平台在水流作用下的动态响应，考虑系泊缆的垂度效应，采用等效弹性模量法修正拉力和弦向作用力之间的差异，建立了水下系泊监测平台的计算模型和数值分析模型。利用水力学理论、海洋工程结构力学理论以及流固耦合的方法分别对计算模型和数值分析模型进行求解，研究了浮体在水流作用下的动态响应特性。结果表明，浮体会产生较大的垂荡位移和横荡位移，横荡位移很快趋于平稳，垂荡位移受水流涡激升力的影响会产生振动。

大型岸边起重机的地震振动台试验研究

杨安1, 金玉龙2, 3

2013, 24(4): 437-444.

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设计了集装箱码头岸边装卸起重机（简称岸桥）的1∶50缩比模型及其隔震装置;利用锤击模态试验和地震振动台试验获取了1∶50缩比模型在有无隔震装置下的动态特性和地震响应。试验结果表明：岸桥自身结构具有相对较大的地震抵抗力和整体稳定性，能够满足抗震设计的要求;隔震装置开启后，各测点应变响应的幅值及加速度响应的幅值均有明显的减小,这说明岸桥所采用的隔震装置设计合理有效，且减震效果明显。

基于流量控制阀的液体静压导轨动态特性分析

赵建华, 高殿荣

2013, 24(4): 444-451.

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以流量控制阀调节下的闭式液体静压导轨为对象，建立了导轨系统的运动学方程和流量方程，推导并线性化处理了外载荷与油膜厚度、油腔压力的微分方程组，利用Laplace变换获得了传递函数，推导了导轨动态性能的数学表达式。以现场调试为基础，绘制了油膜厚度与动力黏度、油腔压力与初始开口度的关系曲线，分析了系统的幅频、相频特性。分析了动力黏度、初始开口度对时域、频域内导轨动态性能的影响,研究结果可为工程调试提供理论基础。

局域均值分解和1.5维谱在机械故障诊断中的应用

钟先友1, 2, 曾良才1, 赵春华2

2013, 24(4): 452-457.

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针对机械故障振动信号的非线性、非平稳特征,提出了局域均值分解和1.5维谱相结合的机械故障诊断方法。该方法首先对信号进行局域均值分解，将其分解为若干个PF分量之和,然后运用1.5维谱方法对含有故障特征信息的PF分量进行特征提取。该方法具有抑制高斯白噪声、检测非线性耦合特征等特性。仿真信号与机械故障诊断工程实例的分析验证了该方法的有效性。
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高精度张力控制器设计及补偿算法研究

彭志辉, 马光, 周宏明, 李峰平

2013, 24(4): 458-462.

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针对绕线机对张力和速度较高的控制要求,提出了一种高精度张力解耦控制算法。在详细分析系统数学模型的基础上,将系统解耦为开卷辊恒张力控制和复卷辊恒速度控制。该算法将参考速度预测算法、前馈扰动补偿算法、张力反馈控制算法有机结合起来,实现了对张力和速度的高性能控制。通过构建以绕线机为对象的实验平台，对传统的张力反馈控制算法和所提出的控制算法分别进行实验。实验结果表明:该控制策略能有效地抑制卷径变化对张力和速度的影响，实现张力和速度的稳定控制。
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考虑过流面积的气液联合式冲击器建模与仿真

刘鹏1, 赵宏强1, 2, 方晓瑜1, 文国臣1

2013, 24(4): 463-467.

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分析了气液联合式冲击器的工作原理，提出了一种基于阀口过流面积的建模方法，建立了相关数学模型。通过MATLAB计算配流阀与反馈孔随位移而变化的过流面积，将其导入AMESim仿真平台中，耦合蓄能器，得到了不同输入参数下的动态曲线。通过实验测试，将其与仿真结果进行对比分析，证明了该方法的可行性。

永磁行星齿轮传动系统灵敏度分析

朱学军, 许立忠

2013, 24(4): 468-476.

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为了选择合理的设计参数，获得满意的系统动力学特性，建立了永磁行星齿轮传动系统的动力学计算模型，推导了系统模态对设计参数灵敏度的计算公式，并进行了参数灵敏度分析。研究结果表明，各构件质量对模态的影响较磁耦合刚度对系统模态的影响小，磁化强度的变化对系统模态影响较小，其他设计参数对系统模态影响较大。

一种新型3-RRRU并联机构及其运动学分析

刘延斌, 底复龑

2013, 24(4): 476-481.

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提出了一种具有三维平移自由度的3-RRRU型全对称并联机构，运用螺旋理论分析了该并联机构实现三维平移的机构学原理，进行了驱动输入的选取与论证，分析了机构奇异，讨论了奇异的可避免性，建立了运动学模型，获得了运动学反解的解析解，通过坐标变换和变量扩展进行了运动学正向求解的讨论与数值验证。该并联机构具有全对称、制造简单、奇异可避免等特点。

包含残余应力信息的膜片弹簧弹性特性设计方法

张铁山, 胡静, 马群锋

2013, 24(4): 481-485.

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研究了强化处理后的膜片（碟形）弹簧载荷变形关系的计算方法。首先，进行样件载荷变形关系的测试，而后，采用X射线应力仪检测样件的残余应力数值及分布规律。在此基础上，分析喷丸与强压处理对弹簧载荷变形关系的影响机理,发现载荷变形关系与喷丸和强压有关。最后,基于试验数据拟合,得到了基于Almen-Laszlo公式的修正公式和采用多种材料模型有限元法求解膜片（碟形）弹簧载荷变形关系的方法。
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激励源识别的相似性判定实验研究

李威, 李开福

2013, 24(4): 486-493.

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以两端弹性支撑梁为研究对象,测量了激励力作用下测点（测点数大于激励点数）的时域响应及相应测点的加速度导纳，并利用最小二乘法间接估算了激励力。针对激励频率处响应受噪声干扰小、信噪比高的特点，提出了基于估算力曲线分段相似性的激励频率判定方法。采用该方法进行了激励频率判定分析，并将其结果与传统识别结果进行了对比。对比结果表明，该方法有效地降低了误识别率,并实现了激励频率判定的半智能化。

一种嵌入式总线运动控制器的实时系统设计

林立明1, 2, 于东2, 3, 胡毅2, 3, 秦承刚1, 2, 王志成2, 3, 陆小虎1, 2

2013, 24(4): 494-499.

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针对基于PC的数控系统及采用传统模拟接口存在的不足,提出了一种基于ARM处理器和FPGA的总线式运动控制器设计方法,并采用了Linux+Xenomai架构的实时化构建方案。重点阐述了基于GPMC接口和FPGA的现场总线控制板的实现,及实时操作系统下内核驱动模块的编写。最后，针对中断响应延迟和中断周期抖动开展了实验。结果表明,该方法完全可满足嵌入式数控系统及现场总线通信的性能需求。

基于改进灰色神经网络的液压泵寿命预测

何庆飞, 陈桂明, 陈小虎, 姚春江

2013, 24(4): 500-506.

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改进了GM(1，1)模型，提高了其精度和适应范围;将改进的GM(1，1)模型与神经网络预测模型相结合来构建灰色神经网络组合预测模型;提出了基于支持向量机的液压泵寿命特征启发式搜索策略，以液压泵寿命特征参数特征集的交叉验证错误率为评价指标，从液压泵的特征参数（振动、压力、流量、温度、油液信息等）中选取寿命特征因子;运用小波阈值降噪法进行降噪处理，提取典型的小波包能量特征作为模型的输入。以齿轮泵为例，将改进的灰色神经网络预测模型与原始GM(1，1)模型和改进GM(1，1)模型比较可知，灰色神经网络预测模型预测精度最高，达到98.42%。

基于Web的平台/插件式CAPP系统研究

张胜文1, 景睿1, 方喜峰1, 王贵成2

2013, 24(4): 507-512.

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针对CAPP系统的复用性、扩展性、柔性、网络化及协同化等问题，提出了应用平台/插件体系结构，开发了基于Web的CAPP系统。重点研究了平台/插件体系结构的CAPP系统的基本原理、总体结构、插件库模型、插件粒度划分流程和最终参考框架、平台与插件间的交互控制流程。详细分析了基于Web的CAPP系统的产品结构树、所见即所得的工艺设计、工艺设计规划、制造工艺资源管理等平台主要功能及其实现方法，并通过实例验证了系统的可行性。

电场对WC-Co/Ti6Al4V摩擦磨损性能的影响

戚宝运, 何宁, 李亮, 赵威

2013, 24(4): 513-516,532.

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为了研究电场对摩擦副摩擦磨损性能的影响,在自行设计的高速摩擦磨损试验装置上,进行了WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦磨损试验。结果表明：断开摩擦副热电回路可以有效地减小热电流对WC-Co/Ti6Al4V摩擦副摩擦磨损的影响，静电冷却环境下形成的强电场的效果更加明显,在抑制摩擦副磨损的同时还可以改善
Ti6Al4V磨损表面质量。通过扫描电镜及EDS能谱分析可知,静电冷却条件下的列宾捷尔效应削弱了钛合金的黏着能力,从而有效地减小了WC-Co的黏着磨损;WC-Co在高速摩擦时主要以黏着磨损、氧化磨损为主,同时伴有微裂纹的产生。
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机电集成电磁蜗杆传动系统自由振动分析

关雪梅, 许立忠, 郝秀红

2013, 24(4): 517-522.

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考虑机电集成电磁蜗杆传动系统中机械系统与电系统之间的电磁耦合作用，推导了电磁耦合刚度的表达式，建立了该机电耦合系统的动力学模型及相应的微分方程组，研究了机械系统特有的旋转模态、蜗轮模态和蜗杆模态及其相应的模态特征，给出了电系统中同步、对称、不对称振荡的三种模态及相应的模态特点。最后研究了蜗轮锥顶半角对机械系统固有频率的影响规律。
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舰载机弹射起飞动力学虚拟试验研究

隋成国, 许锋, 聂宏

2013, 24(4): 522-527.

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基于多体动力软件LMS Virtual.lab建立了某型飞机弹射起飞的刚柔耦合虚拟样机模型，使用一对点和柔性曲线约束副来模拟活塞杆和外筒的运动，分析了目标飞机的弹射起飞安全性及弹射过程中飞机的动力学响应。仿真表明：目标飞机的舰首下沉量能够满求，可以安全起飞。纵摇和垂荡的耦合会使飞机舰首下沉量
增大;分离时的动态响应情况与分离载荷的大小和衰减速度有关。
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智能压电复合结构的有限元建模与位置优化

郭中阳1, 2

2013, 24(4): 528-832.

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针对压电复合薄板结构，提出一种新的有限元建模方法。在经典五自由度壳单元基础上，结合压电本构方程，利用多层板分析理论，构建了一种新的压电shell单元。采用该单元建模与采用现有商业软件实体压电单元建模相比，网格数量和自由度都大大降低。利用该单元对压电复合结构进行建模，在系统可观性Gramian 矩阵特征值的基础上，提出一种描述系统可控性能的指标，并以该指标构建适应度函数，利用遗传算法优化压电片的分布。按照优化结果进行布置，通过适当的激励，可以对结构各阶模态进行有效控制。

随机内外激励对齿轮系统动态特性的影响分析

陈会涛1, 吴晓铃1, 2, 秦大同1, 杨军1

2013, 24(4): 533-537.

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考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等因素的影响，建立了单对齿轮系统纯扭转非线性动力学模型。将齿轮综合传递误差波动和外部载荷作为随机变量，利用数值仿真方法对系统模型进行了求解，通过统计分析得到了系统各响应量和动态啮合力的统计特征。结果表明:外部激励的随机性对齿轮系统振幅和动态啮合力的影响比综合传递误差波动随机时明显;综合传递误差及外部激励随机波动离散程度的增加会导致系统振幅和动态啮合力不稳定性加剧。

面向驱动桥壳再制造的塑性损伤研究

宋守许1, 赵吉儒1, 唐自玉2, 马婷3, 刘涛1

2013, 24(4): 538-541.

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为研究废旧驱动桥壳局部区域的塑性损伤，定量评估驱动桥壳的塑性变形率，以驱动桥壳本体材料510L钢板制备拉伸试样，分别将试样拉伸到不同的塑性变形率，用X射线衍射技术、金属智能磁记忆分析技术、扫描式电子显微镜综合评价了材料的塑性变形率与X射线信号和磁信号的关系，观测不同塑性变形率下的晶体结构变化特征。结果显示：在强化阶段，X射线衍射峰宽可定量计算材料的塑性变形率，磁场法向分量Hp(y)较小。 

金属薄板包辛格效应的试验研究

刘迪辉, 庄京彪, 李光耀

2013, 24(4): 542-546,556.

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针对薄板包辛格效应力学参数难于测量的问题，在试验中设计并加工了一套夹具来避免材料反向加载时的弯曲变形。通过薄板拉伸压缩循环加载试验，获取了材料在不同预应变下的包辛格效应曲线，计算了包辛格效应的力学参数,分析了试验中出现的反向流变曲线圆化、反向屈服应力减小、永久软化等现象。

浮动凹模径向挤压力经验计算法

辛选荣1, 2, 单垄垄1, 3

2013, 24(4): 547-551.

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以双浮动凹模冷挤压十字轴为例，通过分析径向挤压时金属载荷的分布及关系，建立了理想刚塑性计算模型;同时以传统的正挤压模型和计算方法为基础，分割十字轴计算模型并建立了当量挤压力的受力模型,得到了一种径向挤压力的经验计算方法，计算出十字轴径向挤压时凸模的轴向载荷和凹模的合模力。将该方法推广使用到三叉轴和双叉轴的径向挤压，利用DEFORM-3D数值模拟对计算结果进行验证，确定了该计算方法的正确性和实用性。

多目标遗传算法的混合动力传动系参数优化

尹安东1, 赵韩1, 杨亚娟1, 冯瑞2

2013, 24(4): 552-556.

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对基于超级电容的混合动力客车(hybrid electric bus,HEB)进行了混合动力传动系多目标参数优化设计。通过CRUISE建立HEB整车仿真模型和传动系多目标参数优化模型,以等效燃油消耗量和加速时间为优化目标,同时运用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和iSIGHT优化软件对HEB传动系参数进行多目标优化,并进行了HEB性能仿真分析。结果表明，与优化前相比,优化后的等效燃油消耗量降低了
7.8%，连续换挡加速时间减少了6.5%。
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基于正交试验的转阀式液压动力转向系统助力性能研究

蔡静1, 过学迅1, 方志刚1, 徐冠能2

2013, 24(4): 557-561.

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为研究转阀式液压动力转向系统的助力性能,利用AMESim软件和LMS Virtual. Lab Motion软件建立了液压动力转向车辆的联合仿真模型,以转向轻便性和“路感”为评价指标进行正交试验,分析了动力转向系统供油量、转阀阀口尺寸及扭杆刚度对动力转向系统助力性能的影响。分析结果表明，对轻便性影响最大的参数为系统供油量，对“路感”影响最大的参数为扭杆刚度;正交优化后的转向系统“路感”较优化前明显增强。
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基于ARM7的汽车SASS和ABS分层式协调控制试验研究

夏光1, 陈无畏1, 唐希雯2, 赵林峰1

2013, 24(4): 562-567.

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采用分层协调控制策略,对汽车半主动悬架系统和防抱死制动系统进行了集成控制研究。分别设计了半主动悬架的底层控制器和防抱死制动的底层控制器及二者的上层协调控制器，底层控制器用来执行各子系统控制任务;上层协调控制器以实现整车性能最优为目标，对底层控制器进行相应的调整和修正。试验结果表明：采用分层式协调控制策略可较好地解决两系统间的矛盾，提高汽车在紧急制动过程中的稳定性和安全性，提升整车综合性能。

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2013, 24(4): 568.

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