中国机械工程

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2013, 24(11): 0.

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油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

赵建华1, 2, 高殿荣1, 2

2013, 24(11): 1421-1424,1430.

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为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。

国产钻井泥浆泵活塞缸套摩擦副可靠性研究

苑惠娟, 郭建英, 苏子美, 孙永全, 齐佳

2013, 24(11): 1425-1430.

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从现实制造水平出发,通过分析活塞缸套摩擦副失效的主要表现形式,剖析其失效机理,给出失效判据,深入探讨了基于失效机理的寿命分布确定方法。在确定活塞和缸套寿命服从对数正态分布或Weibull分布的基础上,利用似然比检验选择活塞与缸套的最优寿命分布,进而讨论了其工作寿命的统计规律,给出了活塞和缸套可靠性测度的极大似然估计。在充分考虑钻井实际工况的背景下,给出了可靠寿命的置信下限和最佳维修方案的制订原则。根据油田的现场数据,验证了上述方法的可行性,从而为深入研究钻井泥浆泵的工作可靠性,保证钻井作业的顺利进行提供了技术支持。

钹型阵列式压电俘能器的参数优化设计与实验

文晟, 张铁民, 张建桃, 曹飞

2013, 24(11): 1431-1436.

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基于参数优化理论,对钹型阵列式压电俘能器进行结构参数的优化设计。首先确定钹型堆叠阵列的结构形式并建立其参数化有限元模型,选择结构参数作为设计变量,并以压电陶瓷电极面上产生的电压作为目标函数。然后采用ANSYS优化设计模块中的子问题近似法,利用ANSYS的参数化语言APDL编程以实现对模型的结构优化。最后根据优化结果制作了钹型阵列式压电俘能器。实验结果表明：在外部激励不变的情况下,优化后压电俘能器产生的电压幅值提高了87%。

压电开关调压型气动数字阀控制方法的研究

许有熊1, 李小宁2, 朱松青1, 刘娣1

2013, 24(11): 1436-1441.

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为了提高所研制的压电开关调压型气动数字阀的动态性能,提高其稳态精度,减小其压力波动,对其控制方法进行了研究。提出了PWM控制算法的一种改进形式——调整变位PWM法,采用“Bang-Bang+带死区P+调整变位PWM”复合控制算法对数字阀进行了控制研究。试验结果表明,该复合控制算法弥补了“Bang-Bang”控制和“带死区P+PWM”复合控制算法的缺点,大大减小了该数字阀在有流量负载情况下的出口压力波动,有效提高了该数字阀的稳态控制精度。

基于三角模糊数层次分析法的武器系统效能评估研究

吴军1, 董星1, 方强2, 陈志敏2, 曾畅1

2013, 24(11): 1442-1446.

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针对武器系统效能评估中技战术指标众多且量纲繁杂、专家打分存在不确定性等问题,综合运用效用函数和三角模糊数层次分析法等理论,提出了一种武器系统效能评估新方法。建立了武器系统效能评估的递阶层次结构模型与数学模型,提出了指标层效能量化方法和系统效能权重计算方法,并给出了武器系统效能评估过程的UML序列图。最后,以某型鱼雷为例对其打击效能进行了综合评估。

基于Kriging插值和回归响应面法的冲压成形参数的优化及对比分析

卿启湘, 陈哲吾, 刘杰, 谢宇明

2013, 24(11): 1447-1452,1458.

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首先采用拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,同时,为了提高计算效率,将基于Kriging插值和响应面近似模型引入板料成形优化设计的复杂系统中,并基于初始化变量进行优化,采用Kriging插值和响应面近似方法对样本点和优化过程中形成的优化点重新进行响应面构造,以确定优化范围内新的初始值并将约束减小到一定范围;随后采用遗传优化算法对更新的设计变量初始值和约束范围进行优化。如此循环,直至得到最优解。计算结果表明,在汽车覆盖件行李箱盖的压边力、拉延筋阻力最优设置以及避免出现拉裂、起皱现象方面,Kriging插值近似建模技术优于多项式回归响应曲面近似建模技术,其预测精度高,自由度高,建模效率高。

圆锥滚子轴承预紧力对变速器啸叫噪声的影响分析

张靖1, 陈兵奎1, 吴长鸿2, 李朝阳1, 3

2013, 24(11): 1453-1458.

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基于仿真分析和实验方法研究了轴承预紧力对汽车变速器啸叫噪声的影响,建立了六挡机械式变速器动力学仿真模型,分析了副轴-后轴承采用不同的预紧力对系统动力学性能的影响,主要考察了传动误差激励、动态啮合力和轴承力变化,获得了不同的箱体动态响应。利用阶次跟踪方法进行实验,分析了不同预紧条件下的振动加速度和声压级水平。结果表明：采用合理的预紧力时,增大轴承刚度有助于抑制变速器啸叫噪声的产生,仿真分析与实验结论一致。

某火炮协调器多学科一体化设计优化

石海军, 钱林方, 徐亚栋, 陈龙淼

2013, 24(11): 1459-1463.

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为了解决传统火炮优化设计中单学科建模分析的不足,采用多学科一体化设计优化方法对某火炮协调器系统进行了研究。通过对电气控制、液压、机械三个学科及学科间耦合关系的分析,建立了协调器结构控制一体化分析模型,结合多目标进化算法,对建立的一体化分析模型进行了设计优化研究。与原设计相比,优化后的设计使系统拥有更优的综合性能。

显微视觉控制的微型机电转子引线自动化焊接

刘凯, 何功汉, 席文明

2013, 24(11): 1463-1467.

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构建由三自由度纳米平台和显微视觉系统组成的微操作系统,利用纳米平台的特征在视觉空间的运动误差对视觉空间和纳米平台进行局部标定,在此基础上构造优化方程,对视觉空间和图像空间进行全局标定。利用标定的转换矩阵替换卡尔曼滤波器方程中的系数矩阵,用修改后的卡尔曼滤波器控制特征运动,以提高系统的定位精度。利用高压气流定位引线,解决了引线因柔性而定位困难的问题。实验结果表明,系统全局标定后,利用基于位置的视觉控制方法控制特征运动,其定位精度可达27μm,利用卡尔曼滤波器控制特征运动,精度可达5.4μm。气流定位方法可以将引线定位在电阻焊的电极下方。

EMD-ICA联合降噪在滚动轴承故障诊断中的应用

张俊红, 李林洁, 马文朋, 李周裕, 刘昱

2013, 24(11): 1468-1472.

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滚动轴承早期故障信号具有能量小、频带分布宽等特征,易受到其他能量较大的振源信号的干扰,致使传统滤波降噪方法存在很大的局限性。针对这一特点,提出经验模式分解(EMD)和独立分量分析(ICA)相结合的联合降噪新方法。将单通道振动信号进行EMD分解,基于互相关准则对分解后的本征模函数进行重组,构造虚拟噪声通道,并以此作为ICA的输入矩阵,采用FastICA算法实现源信号和噪声信号的分离,从而达到降噪的目的。将该方法应用于滚动轴承故障诊断中,对降噪后的重构信号进行频谱分析,进而判断滚动轴承的运行状态。仿真和试验分析结果表明该方法有效可行。

大型数控滚齿机立柱动力学仿真分析

杨勇1, 2, 王时龙1, 田志峰3, 周杰1, 康玲1

2013, 24(11): 1473-1479.

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为避免大型数控滚齿机滚削力引起立柱振动而影响加工精度,对大型滚齿机立柱刚度特性及谐响应进行了仿真分析。在滚齿机立柱结构特征、滚刀主轴传动原理及动力学理论基础上,建立了滚齿机立柱与滚刀箱有限元仿真模型,仿真求解得到了立柱模态及谐响应参数。通过立柱动态响应的振动频率与变形量分析,得到了滚齿机加工时立柱设计结构应避开的共振频率范围,揭示了立柱振动变形量的变化规律,提出了立柱结构设计与安装方法的改进建议,为大型数控滚齿机部件的设计优化提供了理论依据与参考。

面向五轴联动高速加工的等距双NURBS刀具路径光顺方法

杨堂勇1, 冯景春1, 2

2013, 24(11): 1479-1483.

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针对采用等距NURBS描述的五轴联动刀路给出了一种光顺方法,对不满足拟合精度的断点采用对偶四元数Bezier矢量函数进行光顺处理,确保刀具路径满足拟合精度的同时实现G1或G1以上连续,以消除进给速度的方向突变,改善各轴伺服跟随性能,减轻机床冲击,从而适应五轴联动高速加工的需求。

斜齿轮柔性转子轴承系统非线性动力学分析

宋晓光1, 崔立1, 2, 郑建荣1

2013, 24(11): 1484-1488,1493.

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考虑齿侧间隙、轴承径向间隙、齿轮不平衡力,使用有限元法建立质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵并组装成整体参数矩阵,建立了适用于斜齿轮柔性转子滚动轴承系统的非线性动力学模型。采用Runge-Kutta法求解,并分析系统的动力学行为。研究了转速、转轴刚度、不平衡力对斜齿轮系统非线性动力学行为的影响规律。结果表明：随着转速的变化,系统将经历周期、拟周期、混沌等多种运动状态;随着转轴刚度的减小,混沌运动的区间减小,振幅大小发生改变;不平衡力增大后,系统混沌区间增大,混沌运动的区间也发生改变。

MOEMS阿达玛变换光谱仪的可动光栅光开关阵列

岳秋琴1, 张智海2, 余华2

2013, 24(11): 1489-1493.

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根据微弱光谱信号的快速检测原理,构建了一种适用于阿达玛变换光谱仪的MOEMS(微光机电系统)可动光栅光开关阵列。对一种适用于补偿光栅光调制器件加工误差的阿达玛变换算法进行了分析,设计了以Al膜为主的表面微加工工艺流程,制作出MOEMS可动光栅光开关阵列。实验测试结果表明,可动光栅光开关阵列可以在低至8.1V的电压下进行光调制,开关频率达到140Hz,完全可以满足阿达玛变换光谱仪调制速度快、光谱范围宽、机械磨损小和误差小等要求。

液压拉床双缸IPSO-PID伺服同步驱动控制研究

倪敬, 邵斌, 蒙臻, 陈国金

2013, 24(11): 1494-1500.

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针对单缸驱动液压拉床存在刀架溜板同步性能较低的问题,设计了双缸电液伺服同步驱动系统,在分析刀架溜板拉削运动特性的基础上建立了系统的非线性模型;根据系统跟踪性能和同步性能指标要求,引入改进型粒子群优化算法（IPSO）,提出了类似经典PID控制器结构的IPSO-PID伺服同步控制策略。在液压拉床上的实际应用结果表明,该控制策略比常规PID同步控制策略具有更好的跟踪性能和同步驱动性能,可以较好地解决双缸液压拉床的同步驱动问题。

多台同型产品同步纠正可靠性增长试验数据统计分析方法研究

潘骏, 靳方建, 陈文华, 王孟, 许锐敏, 朱旭洋

2013, 24(11): 1500-1504.

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多台同型产品同步纠正可靠性增长试验所得到的数据是单失效数据,依据美军标/国军标和AMSAA-BISE模型得到的分析结果,该数据往往高于产品实际可靠性水平。针对这种情况,提出一种数据统计分析的新方法,即先采取多层Bayes估计法和加权最小二乘估计法,求得各个失效发生时间的期望值,替代单台AMSAA模型中的失效时间,再实现对产品可靠性增长试验数据的统计分析。通过对以上方法进行蒙特卡罗模拟,对比分析结果表明,利用新方法所得结果更接近产品的实际可靠性水平。

面向驱动桥壳再制造的磁记忆无损检测

黄海鸿, 刘儒军, 张曦, 刘志峰

2013, 24(11): 1505-1509.

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为研究汽车驱动桥壳再制造的金属磁记忆检测,选用510L钢拉伸试样,分析了塑性应变不同阶段磁记忆信号的变化规律;以材料拉伸试验为基础,针对废旧驱动桥壳进行磁记忆损伤检测及变形量检测,得到了桥壳变形量与磁记忆信号特征值的关系。结果表明,随着应变量的增大,拉伸试样表面磁记忆信号法向分量Hp(y)由斜线、无异变峰变化为反转且出现过零点,磁记忆信号法向分量梯度Kmax早期缓慢增大,颈缩时出现快速增大;桥壳的变形检测显示,桥壳变形量与Kmax存在量化关系,当桥壳发生较大变形时,梯度Kmax发生突变,磁记忆检测可为再制造损伤评估提供依据。

考虑顶压与侧碰安全性的轿车车身B柱结构优化设计

雷飞, 陈新, 陈国栋, 官凤娇

2013, 24(11): 1510-1516.

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综合考虑车顶强度和侧面碰撞的安全性能,对某型轿车的B柱结构进行了优化设计。采用高强度钢结构和拼焊板技术将B柱内外板分成上下两部分进行焊接。将4块拼焊板的高强度钢选型和厚度作为离散设计变量,同时对材料成本、车顶最大承载作用力、B柱侵入速度和侵入量进行约束,建立了B柱结构优化的数
学模型。采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对B柱拼焊板结构进行了优化设计。结果表明：在材料成本基本不变的情况下,B柱结构总质量减小了13.8%,B柱侵入速度、侵入量分别减小了5.6%和3.8%,车顶承载能力提高18.53%,有效地提高了车顶强度和侧面碰撞的安全性能。

基于产品关键特性的质量链管理模型研究

杜微, 莫蓉, 李山, 李博

2013, 24(11): 1516-1520.

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提出了基于关键特性的质量链管理模型,将产品关键特性概念融入到质量链管理理论中。首先提出并研究了质量链概念模型和结构模型;然后重点分析了产品关键特性在质量链系统中的演化过程,产品生命周期中产品关键特性的识别、确定、控制和反馈等主要活动是在质量链系统中实现的,其分层逐级演化过程体现了质量的实现过程;接着分析了质量链协同内涵,设计了基于产品关键特性的质量链管理流程;最后提出了基于产品关键特性的质量链管理框架模型。

汽车运行状态识别方法研究（二）——基于模糊神经网络的识别方法

田毅1, 2, 3, 张欣2, 张昕2, 张良2

2013, 24(11): 1521-1524,1530.

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采用汽车运行状态特征参数的最优子集建立了一个基于模糊神经网络的汽车运行状态识别模型。对北京、上海、广州、武汉的主干道和快速路运行工况进行了识别,计算结果为：除对北京市主干道运行工况的识别准确度为82.67%外,对其余运行工况的识别准确度都为100%;对北京市主干道和快速路汽车实际运行车速的识别准确度为89.08%。

LNG重型商用车和柴油重型商用车全生命周期环境排放差异评价

涂小岳1, 杨沿平1, 徐建全1, 2, 陈轶嵩1

2013, 24(11): 1525-1530.

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基于生命周期评价理论建立了液化天然气(liquified natural gas, LNG)重型商用车与柴油重型商用车的生命周期环境排放差异评价模型。通过实证分析,LNG搅拌车和柴油搅拌车相比,NOx排放量减少了32.83%,SOx排放量减少了83.68%,PM排放量减少了100%;而CO排放量却增加了21.39%,HC排放量增加了7.83倍。在CO2排放方面,使用阶段LNG搅拌车的排放量比柴油搅拌车减少了6.82%,全生命周期LNG搅拌车的排放量比柴油搅拌车减少了8.88%。

汽车悬架系统混沌运动的自适应反演滑模控制

高远1, 2, 3, 范健文2, 3, 谭光兴2, 罗文广2, 3

2013, 24(11): 1531-1537.

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从存在干扰作用的不确定性汽车悬架系统出发,结合反演设计理论,提出悬架系统混沌运动的自适应滑模控制方法。该方法利用自适应律对系统所受不确定性因素进行估计,采用Lyapunov函数理论证明该控制器的渐进稳定性。仿真结果表明：即使存在悬架系统参数时变、模型不确定以及不同等级路面激励干扰情况,该控制方法也能对悬架系统混沌运动进行有效控制,使无序的振动位移和速度向稳定状态转变,且其数值大幅降低,同时悬架系统的垂直振动加速度也明显减小,车辆行驶的平顺性和安全性提高。由于控制器不依赖汽车悬架系统模型中的非线性项,且控制器中的自适应干扰估计能有效抵消不确定性因素所带来的影响,具有良好的自适应性和鲁棒性,因此研究结果可望为设计汽车可控悬架系统、提高乘坐舒适性,提供有用的控制方法参考。

基于远程参数控制的DCT关键零部件道路模拟试验

邹喜红1, 谯凯1, 石晓辉1, 余勇2, 易鹏2

2013, 24(11): 1537-1541.

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为考核双离合自动变速器(DCT)中阀体、传感器和电子元件等关键零部件在实际道路冲击振动下的疲劳可靠性,基于远程参数控制(RPC)技术,结合美国MTS液压伺服激振器和控制系统,设计并搭建了DCT关键零部件道路模拟试验台。通过在关键零部件附近安装加速度传感器和应变片,结合某企业可靠性试验方法,在襄阳试车场采集了大量载荷谱,并对载荷谱进行了分析和反复模拟迭代,准确快速地再现了DCT关键零部件在襄阳试车场相应试验路段的振动特性,为考核DCT阀体、传感器及电子元件等关键零部件的疲劳可靠性提供了一种行之有效的方法。

大型风电齿轮箱的失效问题及其设计制造技术的国内外现状分析

王辉, 李晓龙, 王罡, 向东, 融亦鸣

2013, 24(11): 1542-1549.

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大型化、高可靠性、长服役周期已经成为当今世界风电装备发展的方向,这给大型风电装备的传动齿轮箱的设计制造技术带来了一系列的挑战。统计结果表明,影响风电齿轮传动系统服役的关键问题是关键机械零部件的失效故障。近年来各国在关键零部件损伤失效机理方面开展的基础研究工作,为风电齿轮箱系统的先进设计制造技术的研究与发展奠定了坚实的基础。必须紧扣风电齿轮箱设计制造技术的基础理论和发展方向,才能真正缩短我国与世界先进国家在风电传动系统的设计制造水平方面的显著技术差距。

机械制造系统能效评价的特点、研究现状及发展趋势

刘飞, 王秋莲

2013, 24(11): 1550-1556.

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机械制造系统能效评价是对机械制造系统能量消耗状态和能量消耗过程及其能量效率的系统评价,它是机械制造系统降低能量消耗、提高能量效率的基础,其研究正在国际上兴起。首先,对机械制造系统能效评价的特点进行了分析,提出了能量消耗状态及其能效评价的多能量源特性和层次分布特性、能量消耗过程及瞬态能量效率的复杂多变性和产品全生命周期过程特性4个特点;然后,基于上述特点分析,对机械制造系统能效评价内容和能效评价指标的研究现状进行了分析;最后,指出了机械制造系统能效评价的发展趋势,即机械制造系统能效评价指标完整体系的建立、机械制造系统能效基础数据库的建立、机械产品和制造任务能量消耗的定额化、机械制造系统能效评价的标准化以及机械制造系统能效评价及能效提升的信息化支持平台开发等。

钹式水声换能器的研究现状与发展方向

彭海军1, 徐伟勤1, 王俊彦2

2013, 24(11): 1556-1561.

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对近20年来钹式换能器（cymbal）在水声领域的研究情况进行了全面的分析,分析对象包括阵元水下振动模式、材料和尺寸参数对阵元机电性能的影响规律、阵元抗静水压性能、阵元指向性形成、新型材料的应用以及组阵对频率、阻抗等性能的影响,同时对钹式水声换能器理论研究用到的几种主要方法做了对比和分析。最后指出了钹式水声换能器未来的几个主要研究方向。

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2013, 24(11): 1562.

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