中国机械工程

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2013, 24(10): 0.

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基于小波半软阈值和EMD的旋转机械故障诊断

孟宗, 李姗姗

2013, 24(10): 1279-1283.

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将小波半软阈值法和经验模态分解(EMD)结合,提出了基于小波半软阈值的经验模态分解降噪方法。该方法首先利用小波半软阈值法减少随机噪声干扰,减小经验模态分解的分解层数及边缘效应的影响,然后进行适当的经验模态分解相关度消噪后处理,在有效降噪的同时较好地保存了原信号的有用信息。仿真和实验结果表明,该方法可实现噪声环境下旋转机械故障特征的有效提取,从而实现故障诊断。

考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真

郭晓光, 张亮, 金洙吉, 郭东明

2013, 24(10): 1284-1288,1295.

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基于第一性原理，构建并验证了考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真模型。通过磨削过程的分子动力学仿真计算，从原子空间角度分析了单晶硅纳米级磨削过程中原子瞬间位置变化、温度波动、作用力大小和势能波动等变化，解释了纳米级超精密磨削过程中材料的去除过程，描述了切屑形成过程和加工表面形成机理。分析了空位缺陷对加工过程和表面质量的影响，并对空位在仿真过程中的作用进行了研究。

基于吸盘负压吸附的六足爬墙机器人关节转矩优化分配

魏武1, 李金龙1, 任回兴2

2013, 24(10): 1289-1295.

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针对采用吸盘负压吸附的六足爬墙机器人在多种运动模式下的关节转矩分配问题，提出基于总能耗目标优化的转矩分配方法。在确定吸盘翻转力矩约束、实现关节转矩与足底接触力转换的基础上,推导机器人动力学模型,进而用Moor-Penrose逆矩阵法和简体爬山算法求解总能耗最优目标下的机器人总功率与机器人各运动模式下各位姿（表现为各关节转角）之间的关系。该方法能有效适应爬墙机器人的多种运动模式，提高了机器人的环境适应能力。实验样机仿真结果表明,所提出的算法简单有效、实现方便，并且能有效确定站立模式最小总能耗位姿,以及在设定的侧立安全指标范围内的侧立最安全位姿。

基于任务的数控机床加工过程可靠性建模技术研究

王国强1, 张根保2, 洪涛1, 陈家焱1

2013, 24(10): 1296-1302.

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在分析现有数控机床可靠性建模研究局限性的基础上，将元任务引入到数控机床的可靠性研究领域,介绍了元任务的概念，建立了结构化的任务分解模型，利用GO法建立了元任务的动态可靠性模型，分析了各元任务和元任务组之间的关系。利用马尔可夫方法建立了元任务组的动态可靠性模型,并以该方法建立了某型国产加工中心的动态可靠性模型。

基于CrCN复合镀层钢球轴承的性能可靠性研究

贾贵西1, 常家东1, 李言2, 袁启龙2

2013, 24(10): 1302-1305.

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应用磁控溅射离子镀技术在6204轴承钢球表面制备出CrCN复合镀层,用扫描电子显微镜扫描并用原子力显微镜检测了CrCN复合镀层的表面质量，对CrCN镀层轴承的性能可靠性进行了实验。研究结果表明：制备的CrCN复合镀层具有优异的表面质量，Ra为7.526nm;与无镀层轴承相比，CrCN复合镀层钢球轴承降低了轴承的振动，提高了轴承的性能可靠性，镀层轴承的失效形式为镀层磨损失效。

飞机结构件组合曲面侧铣加工刀轨生成方法

傅浩杰, 廖文和, 李迎光

2013, 24(10): 1306-1311.

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针对目前五轴侧铣刀轨生成方法生成组合曲面侧铣加工刀轨困难的问题,通过分析飞机结构件中组合曲面的类型，提出了一种基于曲面拟合的精度可控、刀轴摆动均匀且无干涉的飞机结构件组合曲面侧铣加工刀轨生成方法。该方法通过迭代拟合使曲面拟合精度可控，通过角度扇形离散控制刀轴摆角,
通过局部微调以减少干涉。经实例验证，该方法精度可控、效率高、刀轨生成算法稳定、加工质量高。基于该方法开发的系统已在某大型航空企业得到应用。

基于高速摄像的引线键合高尔夫球现象形成规律实验研究

向康, 韩雷, 王福亮, 李军辉

2013, 24(10): 1311-1314.

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利用高速摄像系统记录不同打火参数下打火杆放电、尾丝熔化成球的序列图像。通过MATLAB对图像进行图像处理，得到最终成球的直径及其球心与尾丝中心线的偏距。实验发现，在较大的打火电流(I=60mA)或较小的预设球直径(D=40.64μm(1.6mil))等条件下,球心与尾丝中心线的偏距不稳定且相差较大，易出现高尔夫球现象,严重影响引线键合的质量。

数控双端面磨床送料圆盘转速预测算法的研究

王洪1, 2, 戴瑜兴1, 3, 许君1, 4, 许世雄4

2013, 24(10): 1315-1319.

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针对传统双端面磨床恒转速磨削存在加工精度不高的缺点，提出了一种送料圆盘转速预测方法。首先根据恒磨除率原理和上下砂轮与送料圆盘的几何关系，建立了双端面磨削的数学模型;提出了送料圆盘变速控制方法，给出了每旋转一个角度后工件的磨削厚度和送料圆盘速度计算公式,根据工件磨削余量与光磨条件,计算了上砂轮的倾斜角调整值。将上述算法移植到力士乐MTX数控系统中,采用YTDM 580CNC/CBN数控立式双端面磨床对活塞环进行了磨削实验,经仪器检测,产品尺寸误差在2μm以内，表面粗糙度小于0.2μm。

基于阶次分析与循环平稳解调的齿轮箱复合故障诊断方法

李蓉, 于德介, 陈向民, 刘坚

2013, 24(10): 1320-1327.

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针对变转速下的齿轮箱中复合故障的特征提取,提出了一种基于阶次分析与循环平稳解调的齿轮箱复合故障诊断方法。该方法先用线调频小波路径追踪算法从原始振动信号中提取转频信号,再根据转频信号对原始振动信号进行等角度重采样,将时域非平稳信号转化为角域周期平稳信号,最后对角域周期平稳信号进行循环平稳解调分析,根据故障特征阶次处的切片解调谱进行齿轮箱复合故障诊断。通过算法仿真和应用实例对包含齿轮局部故障和轴承局部故障的变转速齿轮箱复合故障进行了分析,分析结果表明,该方法在无转速计的情况下能有效地提取处于变转速下的齿轮箱复合故障的特征。

基于剃齿修形的啮合角数值计算

蔡安江, 张振军, 阮晓光

2013, 24(10): 1327-1330.

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对啮合角的数值计算进行了深入研究,推导了啮合角超越方程，应用史蒂芬森-牛顿类迭代法和牛顿迭代法进行了啮合角的数值计算，得到了啮合角的最优解，有效保证了消除剃齿“齿形中凹”的工艺效果。通过误差容限、迭代次数和最优解对啮合角数值计算的两种方法进行了分析,
可知史蒂芬森-牛顿类迭代法能够避免牛顿迭代法中可微等数值计算的
不足,具有收敛快速、迭代次数小、求解稳定、数值解最优等优点。

6-UPS并联机床位姿空间图谱

陈小岗1, 2, 孙宇1, 刘远伟2, 吴海兵2

2013, 24(10): 1331-1335,1339.

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为确定6-UPS交叉杆式并联机床BJ-04-02(A)的加工能力,利用数值方法进行了工作空间计算,绘制了相应的图谱。考虑驱动杆长度、转动副转角、交叉杆间干涉三种约束条件，计算了刀具平台在参考姿态下的平动位置空间。绘制了该空间的边界图谱，给出了该空间的最大包容球、最大包容圆柱及最大包容长方体。重新定义并计算了该空间内每一点处的姿态能力角,给出了不同姿态能力角对应的工作空间。结果
表明：刀轴偏摆20°状态下,该机床工作空间与机床体积之比约为Mikron五轴机床UCP800的1/25。

Cu/CuNi薄膜热电偶动态特性理论与实验研究

杨丽红, 赵源深, 陈皓帆, 孙金祥

2013, 24(10): 1336-1339.

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具有快速响应特性的薄膜热电偶非常适用于测量瞬变温度，其动态特性理论分析一直都是研究的重点和难点。以流体为被测对象，提出了以对流换热为边界条件的薄膜热电偶一维非稳态传热模型，并依据此模型模拟Cu/CuNi薄膜热电偶阶跃温度响应，同时利用迅速投掷法对用磁控溅射法制备的热结点厚度为1μm的Cu/CuNi薄膜热电偶进行动态标定。模拟和实验结果都表明薄膜热电偶阶跃响应近似于一阶系统，可以用时间常数来反映动态特性，理论和实测的时间常数分别为4.28ms和7.89ms。从结果可以看出，理论值接近实验值，从而验证了该模型的合理性，为进一步提高薄膜热电偶的动态特性提供了理论基础。

压电电机梁环耦合振子弯曲振动分析

邢继春, 许立忠

2013, 24(10): 1340-1344.

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提出了两种求解带圆环约束的横梁自由振动方法,并利用两种方法分别推导出带圆环约束横梁的固有频率方程及模态函数。比较两种算法所得梁的振动模态，发现并提取了两者之间的相似模态。通过实际算例得到了两种算法所求得的各阶相似模态固有频率的误差。改变带圆环约束横梁的结构参数后，分析了各参数对两种算法所得相似模态固有频率误差的影响，以及误差存在的原因，确定了两种算法的适用范围。

基于云计算的云制造及其初步开发应用

方水良, 付伟

2013, 24(10): 1345-1349.

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针对各种制造相关资源的广域共享需求，利用云计算的核心技术——虚拟化和软件即服务技术，初步构建了一个制造软件资源管理及其远程共享的云制造平台。基于VI3架构建立了虚拟机群集，实现了各虚拟机的动态管理;参考GFS结构，研究开发了一种海量制造软件资源的组织和管理方法;在.Net环境下，利用PowerShell技术实现了远程客户的基于因特网的软资源调用。针对电机设计,示例了云平台下电磁计算软件的远程共享调用过程。

基于层次化的云制造服务组合研究

刘卫宁, 马刚, 刘波

2013, 24(10): 1349-1356.

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针对云制造环境下,因忽略制造过程层次化特性导致组合服务路径存在服务质量瓶颈及整体服务质量计算偏差的问题,建立了新的问题模型并提出了求解算法。首先通过分析制造任务的层次化特性，构建了层次化的云制造服务组合模型。继而使用模拟退火算法求解该模型，为提高算法的效率利用子路径的服务质量约束设计了提前剪枝策略。仿真实验证明了模型的正确性和算法的有效性。

余量约束下的毛坯测量数据与CAD模型配准技术研究

王兴, 张丽艳, 李欢, 谭高山

2013, 24(10): 1357-1361,1380.

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为在加工前剔除变形的不合格毛坯或在加工时避免由于定位不够精确而出现余量不足,需在余量约束要求下将毛坯测量数据与CAD模型进行配准。针对此配准问题，提出“二步法”求解：第一步暂不考虑余量约束，用ICP算法进行配准,检查结果是否满足余量要求,满足则退出计算，否则，进行第二步，即考虑余量约束对ICP结果作进一步配准。实验结果表明，该方法能够有效实现毛坯测量数据与CAD模型在余量约束下的配准。

基于移动平均位置不变性推论的NURBS曲线插补算法研究

宋芳1, 郝双晖2, 郝明晖2

2013, 24(10): 1362-1368.

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为解决采用滤波技术对NURBS曲线进行插补时导致的滤波后连接点和极值点的速度发生改变这一不足,基于移动平均技术，提出移动平均的位置不变性推论。该方法具有可扩展性，可实现加速度、加加速度及位移对时间更高阶指令的连续性，有效地减小了机床振动。最后对所设计的算法进行了实例验证，验证结果表明了所提出算法的有效性及可行性。

基于静电感应的金属接触损伤诊断研究

徐一鸣, 左洪福, 詹志娟, 徐君军

2013, 24(10): 1369-1374,1419.

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提出了基于静电感应的金属接触损伤诊断技术和方法。分析了金属接触损伤致电机理和感应模型，利用小波单支重构和短时傅立叶变换方法验证了该技术的可行性，借助传感器阵列和智能算法实现了接触损伤位置的定位。基于因子分析和支持向量机神经网络，对不同损伤程度的试验样本实现了定量识别。该诊断技术和方法可以有效识别金属接触损伤的位置和程度。

基于NURBS曲线的凸轮廓线表达方法的研究及应用

王英1, 陈建能1, 赵雄1, 张国凤1, 俞倍倍2

2013, 24(10): 1375-1380.

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为了使不同的凸轮廓线具有统一的表达形式，并保证凸轮廓线的光顺性，采用NURBS曲线来逼近凸轮廓线，并结合最小二乘法构建了NURBS曲线的目标函数,建立了基于NURBS曲线的凸轮廓线表达模型。将该模型用于步行式插秧机共轭凸轮推秧装置中共轭凸轮廓线的表达,拟合得到的凸轮廓线曲率变化均匀。与传统的拟合方法对比发现，用NURBS曲线拟合后得到的凸轮廓线曲率变化均匀、
误差小,需要的型值点少,从而表明采用NURBS曲线表达凸轮廓线具有明显的优势。

任意载荷作用下变截面柔性构件变形特性的分析与研究

刘庆玲

2013, 24(10): 1381-1384.

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考虑任意载荷作用下变截面柔性构件的变截面特征及变形的非线性问题，建立了任意载荷作用下变截面柔性构件变形求解的二阶非线性微分方程。采用离散化的数值计算方法，利用泰勒级数展开式对微分方程进行求解，给出了求解的一般过程。采用上述方法对承受不同载荷的变截面柔性构件的变形进行了分析，并采用有限元法进行了仿真分析,通过对比所得结果验证了该分析方法与微分方程的正确性。

考虑连接特性的子结构频响综合方法及实现

王威, 胡于进, 凌玲

2013, 24(10): 1385-1389.

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基于频响函数的子结构综合方法，通过引入子结构连接特性的参数化模型，提出了一种将刚性连接特性和柔性连接特性统一处理的子结构建模与综合求解方法。将该方法用于试验子结构与理论子结构的混合建模与求解系统，实现了不同连接特性的多子结构的混合建模与综合求解。实例验证结果表明：该方法正确有效,且在子结构模拟试验数据存在一定随机误差的情况下也依然有效。

薄壁管材矫直过程应变中性层偏移模型与分析

张子骞1, 杨会林1, 田永利2

2013, 24(10): 1390-1395.

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为进一步揭示薄壁金属管材的矫直变形机理,基于薄壁构件弹塑性理论建立了薄壁管材矫直变形区的应力应变关系模型，进而采用解析方法建立了矫直过程中应变中性层的偏移模型,有限元分析计算证明该模型是近似准确的。对数学模型变化趋势的分析揭示了偏移量随相对反弯半径的增大而减小，随金属塑性变形能力的增强而增大,同时给出了中性层偏移模型的应用场合。

筒形件颗粒软凹模拉深成形试验研究

骆俊廷1, 2, 赵志勇1, 黄倩影1, 王长伟3, 张春祥2

2013, 24(10): 1395-1398.

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分析了颗粒软凹模成形的工艺特点,设计了筒形件颗粒软凹模拉深成形试验模具,对筒形件颗粒软凹模拉深成形进行了试验研究,成形出了质量良好的圆筒零件。颗粒软凹模拉深成形零件各部分的厚度均减小，而且随着拉深高度的增加，减薄量增大。与刚性模具拉深工艺相比，该工艺可有效提高板材的拉深成形极限。颗粒软凹模拉深成形和刚性模具拉深筒形件各部位表面微观形貌的对比分析表明：颗粒软凹模成形可抑制凸模圆角区域微裂纹的产生。

基于VAPID的道路清障车扶正控制研究

吕成绪1, 2, 张为公1, 李旭1

2013, 24(10): 1399-1403.

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为实现道路清障车的自动扶正,对其扶正控制过程进行了研究。首先，提出了扶正策略,建立了扶正模型。然后利用AMESim软件建立其液压系统模型，分别采用变参数PID(VAPID)与常规PID控制算法进行了扶正控制，并在MATLAB/Simulink环境对控制性能进行了仿真分析。仿真结果表明，相对于常规PID控制算法，VAPID控制算法使得系统的阶跃响应更快，基本无超调现象出现，可以实现事故车辆的自动平稳扶正。

多轴液压助力转向系统匹配设计研究

王云超1, 张小江2, 周梅1, 郑东强1

2013, 24(10): 1404-1407.

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多轴液压助力转向系统普遍存在转向杆系变形和断裂的问题。基于轮胎原地转向阻力矩的半经验公式，利用ADAMS和AMESim建立了某多轴转向车辆的机液联合仿真模型。在验证模型正确性的基础上,以转向杆系受力最小为优化目标,进行了转向油缸和轮胎原地转向阻力矩的匹配优化。研究发现，转向油缸与轮胎原地转向阻力矩的匹配关系对转向杆系的受力影响非常明显，优化后转向杆系受力显著减小。

活塞环耐磨涂层及其摩擦磨损机理研究进展

李辉, 孙日超, 魏琪, 栗卓新

2013, 24(10): 1408-1412.

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活塞环面临着极为严重的磨损问题,目前工业界广泛采用涂层技术来提高其耐磨性。对近年来活塞环表面耐磨涂层制备技术及相关材料进行了综述，分析了活塞环表面摩擦磨损机理的研究成果及存在的问题，总结了相关磨损实验装置的研究进展。

船舶柴油机摩擦磨损监测与故障诊断关键技术研究进展

严新平1, 李志雄1, 张月雷2, 袁成清1, 彭中笑3

2013, 24(10): 1413-1419.

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为了保障船舶柴油机的安全运行，研发了一种基于多尺度传感器信息融合技术的船舶柴油机故障诊断系统。在此基础上，从摩擦学与动力学耦合的角度，对船舶柴油机摩擦学系统状态监测与故障诊断关键技术研究进展进行了分析,指出了尚待解决的问题和今后的重要研究方向。

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2013, 24(10): 1420.

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