中国机械工程

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2013, 24(15): 0.

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平底刀五轴端铣3D刀补中运动突变的检测算法

王峰1, 2, 林浒2, 刘峰1, 2, 郑飂默2, 郑一麟1, 2

2013, 24(15): 1989-1995.

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应用3D刀补功能进行五轴端铣加工时，如果某一点处的刀具半径补偿矢量出现奇异解,会导致直线轴控制点在该位置附近发生运动突变。为了准确检测出发生运动突变的位置，从而为进一步解决该类型突变问题提供前提条件,以平底刀为研究对象,在建立切触点与直线轴控制点空间映射关系的基础上，分析了3D刀补中加工奇异点产生的原因;针对奇异点、奇异点相邻点以及奇异区域边界三处会发生运动突变的位置，给出了基于计算刀轴法矢量夹角与观察刀轴姿态主导角符号的检测算法。仿真实验证明了该算法的正确性与有效性。

圆筒型非接触式压电作动器的设计与试验研究

贾兵, 陈超, 李繁, 赵淳生

2013, 24(15): 1996-2000.

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提出了一种基于超声悬浮和驱动的非接触式压电作动器，该作动器中的转子呈完全悬浮状态。转子的悬浮由兰杰文换能器提供，自身旋转与定位由圆筒型定子提供。通过分别对换能器和定子的压电陶瓷片施加电压,使得换能器悬浮端面激发出一阶弯曲振动模态，而定子激发出两相B(0,3)驻波并合成一高声强行波，进而诱发高声强声场来驱动转子。分别建立了非接触式压电作动器中兰杰文换能器和定子的有限元模型，对换能器和定子进行了分析、设计、扫频以及定频试验,确定了结构方案,
最后加工、制造了样机。搭建了整个样机的测试系统，对其悬浮和驱动特性进行了分析，测得转子转速可达4261r/min。结果表明转子在近声场的作用下成功地实现了完全悬浮式的高速旋转。
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SrTiO3陶瓷基片集群磁流变研磨加工表面特性研究

刘俊龙, 阎秋生, 路家斌, 潘继生

2013, 24(15): 2000-2004.

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采用集群磁流变效应研磨加工工艺进行SrTiO3陶瓷基片研磨加工，分析了研磨盘材料、磨粒种类、研磨压力和磨粒团聚等因素对SrTiO3陶瓷基片表面粗糙度和表面完整性的影响。
结果表明:磁流变效应研磨工作液中的SiC、Al2O3和CeO2等磨料的大尺寸磨粒在SrTiO3陶瓷基片研磨加工表面产生的局部大尺寸划痕破坏了加工表面的完整性;采用铸铁研磨盘和SiO2磨料的磁流变研磨工作液研磨加工后,原始表面粗糙度Ra从约1.7854μm下降到0.6282μm,并且表面完整,SrTiO3材料与SiO2磨料之间存在的化学机械研磨过程促进了研磨加工表面性能的改善;研磨压力也是影响研磨加工表面粗糙度和大尺寸划痕的主要因素之一,研磨压力取较小值(1.875kPa）为宜。
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直喷汽油机可变滚流进气系统实验研究

尹丛勃, 张振东, 尹航, 孙跃东

2013, 24(15): 2005-2009.

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建立了可变滚流四气门直喷汽油机光学可视化气道实验台，利用粒子图像测速（PIV）系统对不同进气门开度、不同滚流调节阀工作状态下的缸内气流运动规律进行了实验测试研究。实验结果表明，缸内主要是绕气缸轴线垂直方向旋转的滚流运动;滚流阀开启时，缸内左右两侧分别形成逆时针和顺时针方向的两个大尺度滚流;滚流阀关闭时，进气门侧的气流减弱，排气门侧的流速明显增强，缸内出现了较强的单一顺时针方向滚流运动趋势;进气门开度较小时，改变滚流阀状态对缸内进气流动的影响很微弱。
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微量润滑供给下润滑材料迁移特性的试验研究

钱善华1, 郭丹2, 路新春2

2013, 24(15): 2010-2015.

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通过对微量润滑下油池轮廓的研究，探讨了围绕点接触区内润滑材料的迁移特性。以钢球与玻璃盘为摩擦配副，通过微量注射器将不同供给量的润滑材料注入到点接触区内，采用荧光技术研究其油池的变化规律。结果表明，围绕点接触区内始终存在一个封闭油池。随着卷吸速度的增大，微量供油下油池经历圆形、扁圆形、两个瓣膜、入口处凹陷等变化，而充足供油下油池仅经历圆形和扁圆形的变化;减速时油池与加速时油池呈非对称变化;油池产生瓣膜的临界速度与润滑材料的供给量成正相关。油池的形状反映了围绕点接触区润滑材料的迁移特性，与润滑材料的供给量、卷吸速度、表面张力和离心力等因素有关。
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一种圆弧锥辊的全向轮结构及其分析

王班, 周卫华, 郭吉丰, 黄长江

2013, 24(15): 2015-2019.

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介绍了一种新型圆弧锥辊全向轮的结构及其设计方法，该全向轮轮缘采用单一的圆弧锥辊排列，圆弧锥辊的大小头相互嵌套，是一种单排连续切换的全向轮。分析了几种典型的全向轮结构及圆弧锥辊全向轮的结构及其设计特点，给出了圆弧锥辊全向轮的锥辊曲面参数方程，根据其结构特点，推导给出了该全向轮结构参数计算公式，并从几何关系和强度两方面分析给出了此种全向轮最佳的锥辊数。
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螺旋钻采煤机钻头截齿载荷特性研究

付林, 杜长龙, 刘送永, 罗晨旭

2013, 24(15): 2020-2024.

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为了研究螺旋钻采煤机钻头上镐型截齿的载荷特性，进而为钻头的设计提供参考依据，采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA建立了单齿钻进截割煤岩的有限元模型，利用该模型研究了钻进工况下截齿的受力特点和截齿载荷特性随安装参数的变化规律。研究表明：钻头上截齿的截割工况为半封闭式切削，截齿会承受极大的进给阻力;截齿截割阻力随截割角的增大以二次函数形式减小，随倾斜角的增大以指数函数形式呈现先稳定后急剧增大的趋势;截齿进给阻力与截割角成指数函数关系，与倾斜角成线性关系，随截割角和倾斜角的增大而减小;在避免齿体与煤体干涉条件下，截齿宜选用较大的截割角度;为使钻头截齿拥有良好的截割性能和钻进性能，截齿倾斜角不宜超过30°。
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产品关键特性的识别过程与分解方法

张莉1, 冯定忠2, 王林军3

2013, 24(15): 2025-2030.

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由于产品关键特性的识别有利于提高产品的质量,故研究了基于装配有向图的关键特性波动传递链，并构建了潜在下层关键特性集合，然后利用基于模糊理论的DEMATEL方法对该集合的因素进行定量分析，根据量化结果对潜在下层特性进行因果分类和重要度排序，根据重要度值大小实现该层关键特性的鉴别。最后以剪线装置为实例，验证了所提理论和方法的可行性和有效性。
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复杂产品研发时间和研发团队交流优化模型及其应用研究

贾军1, 2, 张卓1

2013, 24(15): 2030-2035.

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利用马尔可夫链建立了复杂产品研发迭代的时间计算模型,构建了研发总成本、研发时间和团队交流次数数学模型,分析得出了最优研发时间及研发团队交流策略，该模型考虑了团队交流成本，准确描述了复杂产品研发过程。应用案例验证了模型的实用性和有效性。

基于正交试验的矿用自卸车转向机构优化设计

姜立标, 刘坚雄, 程铖

2013, 24(15): 2036-2041.

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针对转向机构传统设计方法存在的问题和不足,基于正交试验方法进行了多目标参数优化。综合考虑汽车直线行驶的侧滑量、转向过程的车轮转角误差和车轮跳动过程的车轮摆角，利用ADAMS建立220t矿用自卸车动力学仿真模型，并进行仿真计算。构造基于多目标优化理论的综合目标函数，利用正交试验分析前轮定位参数和转向机构空间位置对矿用自卸车转向机构性能的影响。优化后，转向机构的综合性能得到明显提高，研究结果为矿用自卸车转向机构的优化设计提供了理论基础。

应力—强度干涉的直方图模型及可靠度计算的发生函数法

郭惠昕, 戴娟, 程立志, 夏尊凤

2013, 24(15): 2041-2047.

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为解决应力与强度的精确概率分布密度函数未知时的结构可靠性分析问题，提出了一种基于通用发生函数和直方图的可靠度近似计算方法。对于应力与强度的有限个实验数据，经过统计分析后绘出其直方图。对传统的通用发生函数法进行扩展，提出了一种区间值型的发生函数。用扩展后的发生函数对应力与强度的统计直方图进行数学表征，进而提出了一种基于直方图的应力-强度干涉模型。用区间值型发生函数法对结构的极限状态函数进行组合运算，获得极限状态函数的区间值型发生函数表示。定义了极限状态函数的概率质量加权系数，通过安全域内所有概率质量的加权累加获得结构的可靠度。给出了三个典型的可靠度计算实例。实例表明，所提出的方法具有较高的可靠度计算精度，是一种有效的可靠性分析新方法。

仿蛇怪蜥蜴推进装置运动仿真分析及试验研究

吕建刚, 高飞, 白向华, 李彦路

2013, 24(15): 2048-2052,2059.

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通过模仿蛇怪蜥蜴水上奔跑时腿部运动姿态,设计了一种仿蛇怪蜥蜴推进装置。在前期理论分析基础上，着重讨论了仿生推进装置性能随叶轮转速的变化规律，应用计算流体力学模拟了推进装置的三自由度运动，分析了转速对仿生推进装置的推进速度、推进力和升力等参数的影响，进一步开展了原理试验。仿真和试验结果表明，增大叶轮转速可提高仿生推进装置的推进速度，但存在一定的临界范围，超出此范围，增加叶轮吃水深度可有效提高航速。

基于云服务的产品决策支持系统模型研究

冯青, 余隋怀, 杨延璞, 宋红, 陆长德

2013, 24(15): 2053-2059.

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为了更好地解决复杂产品设计中的决策服务问题，提出一种将云服务、需求驱动和面向服务架构(service oriented architecture,SOA)相结合的决策支持系统。在该决策支持系统中,通过云服务将各类软硬件设计资源和制造能力虚拟化和服务化,利用其富含语义的Web服务,实现决策支持过程中抽象决策过程建模与实际决策服务执行之间的动态映射。另外,为了提高系统的决策能力,在系统层次模型的
基础上,提出了决策任务提交及分解模型，论述了模型各模块相互调用协作的运作流程，设计并开发了面向决策支持系统的云服务平台雏形，验证了该方法的可行性。

面向网络的组合夹具虚拟装配技术研究

瞿畅, 魏园园, 王君泽, 邓婕

2013, 24(15): 2060-2065.

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为了实现网络环境下的组合夹具虚拟装配，构建了具有五层结构的夹具元件层次信息模型，提出了一种基于层次包围盒体树的碰撞检测与装配约束交互匹配的虚拟装配技术。运用二叉树分解法划分模型空间构造层次包围盒，开发了碰撞检测算法，实现了网络环境下夹具元件的干涉检查和穿刺深度计算;通过提取夹具元件功能表面的装配约束特征，交互匹配调整其空间位姿，快速实现元件的精确定位和虚拟装配仿真。开发了组合夹具网络虚拟装配平台，通过实例验证了装配技术的可行性。该方法能满足网络虚拟装配的实时性和交互性要求，为进一步研究组合夹具异地协同组装设计奠定了基础。

二维半空间声学伽辽金多极边界元法

王艳广, 文桂林, 陈志夫, 王明

2013, 24(15): 2066-2071.

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为提高求解半空间声学问题的计算效率，将半空间格林公式引入到边界积分方程中，使用伽辽金多极边界元法求解了二维半空间声学问题。在求解半空间问题时，推导了伽辽金多极算法中矩阵向量乘积的实现过程;在求解系统线性方程组时，使用近似求逆方法对系统系数矩阵进行了预处理。数值计算结果表明：二维半空间点声源声辐射算例有效地验证了半空间伽辽金多极边界元法计算精度;与全空间镜像方法计算时间对比结果表明，半空间方法具有更高的计算效率;在求解经过近似求逆预处理的系统方程时，迭代步数显著减少了，加速了迭代求解器的收敛。最后，使用半空间的伽辽金多极边界元法求解了T形声屏障声散射问题。

遗传参数自适应调整算法及其在液压动力系统优化控制中的应用

马玉, 谷立臣

2013, 24(15): 2071-2075.

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针对固定参数的遗传算法容易陷入过早收敛，进入局部最优状态等问题，建立了交叉概率及变异概率的模糊逻辑控制器以实现遗传算法策略性参数的自适应调整，从而提高优化算法的收敛速度及获得全局解的能力。运用常规优化方法及改进优化算法对永磁电机驱动的液压系统流量进行优化控制和对比，仿真和实验结果表明：采用遗传参数自适应调整算法优化控制器，可使系统在典型工况下，保持良好的控制性能,并且具有高于常规优化方法的控制精度和鲁棒性。

应用二自由度电磁执行器的AMT换挡分段控制

林树森, 常思勤, 李波

2013, 24(15): 2076-2080,2087.

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为提高电控机械式自动变速器(AMT)的换挡品质，研制了一种新型应用二自由度电磁执行器的AMT换挡系统。介绍了执行器结构和工作原理并通过实验分析了其动静态特性。将换挡同步过程分为四个阶段，提出了以PID和模糊控制为主体的分段控制策略，并进行了仿真研究。最后研制了实验台架及控制系统，验证了新型换挡系统的可行性及提出的控制策略的可靠性。实验结果表明，提出的控制策略能够降低换挡同步过程的冲击度和单位面积滑磨功，能够提高换挡品质。

二自由度球面并联机构UP+R静力学分析

周玉林1, 李波2, 杨龙1, 高峰3

2013, 24(15): 2081-2087.

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采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程，考虑构件弹性，利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程，进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算，得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表明，仅在外力作用下，机构的输入力矩恒等于零,构件上的力随机构位姿的变化比较平缓，仅在外力矩作用下，机构的输入力矩、构件上的力随着机构位姿的变化与机构的特性相关。力与力矩在构件上所产生的两部分力是独立的，并可以分离。研究结果为该机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学理论基础和依据。

数控机床热误差补偿高次多阶ADL模型应用分析

苗恩铭, 成天驹, 牛鹏程, 龚亚运

2013, 24(15): 2088-2093.

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综合运用模糊聚类和灰色关联度理论对机床温度监测传感器进行了优选。同时针对现行常用的多元回归模型，采用自回归分布滞后模型（ADL模型）对数控机床热误差进行了建模。在获得较高精度基础上，对ADL模型进行扩展，提出了高次多阶ADL建模技术，并对其建模方法及精度进行了分析比对，实例证明，提出的高次多阶ADL模型在数控机床热误差补偿技术中具有较高的建模精度。

圆盘转子流体阻力分析与试验研究

韩红彪1, 高善群1, 李济顺1, 王继生2, 马伟1

2013, 24(15): 2093-2096.

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分析了圆盘转子在紊态流体中旋转受到的流体阻力，利用边界层理论计算了转子旋转所需的扭矩与功率，设计了转子试验装置，得到了转子在不同转速下所需的扭矩和功率数据，应用最小二乘曲线拟合方法得到了转子扭矩、功率与转速的关系。分析结果表明：转子扭矩与转速的一次方和二次方有关，功率与转速的一次方、二次方、三次方均有关。尽管应用边界层理论计算时忽略了表面形状等因素的影响，计算结果较试验数据偏小但仍可作为选取电机的参考。另外，通过对摩擦阻力系数进行修正，可以得到与试验数据相符的计算结果。

基于显式边界水平集方法流道优化设计

钱小辉1, 2, 邓永波1, 刘永顺1, 2, 吴一辉1, 刘震宇1

2013, 24(15): 2097-2100,2113.

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为了解决流道优化设计中的流量分配问题,基于COMSOL Multiphysics软件进行二次开发,采用显式边界水平集方法和真实无滑移边界条件,数值求解不可压缩Navier-Stokes方程,提出了基于水平集边界显式化方法的适合管道流量分配的优化模型,并验证了优化模型的数值敏度,通过算例证明了基于显式边界水平集方法建立的优化模型能够有效地解决流道优化设计中流量分配的问题,并且在优化的过程中保留了水平集方法进行拓扑变化的特性。

客户协同设计中基于QTF的产品创新方案生成研究

邢青松1, 2, 杨育1, 刘爱军1, 姚豪3

2013, 24(15): 2101-2109.

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综合运用质量功能展开、TRIZ和模糊DEA方法构建了客户协同设计产品创新方案生成过程框架模型,并给出其具体步骤;然后对其中的关键环节分别提出基于Web服务本体描述语言并按照概念型、规则型和实例型进行统一转换的方法,基于TRIZ工具的产品创新瓶颈问题求解方法及基于模糊DEA的产品创新方案评估模型;最后，以某型号电冰箱的产品创新方案生成过程为例，验证了提出方法的可行性和有效性。

挤压式楔横轧小料头轧制的微观组织演变分析

束学道, 程超, 龚文炜, 彭文飞, 孙宝寿

2013, 24(15): 2109-2113.

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针对目前楔横轧技术料头较大，导致材料利用率低的问题，创新性地提出了挤压式楔横轧工艺以实现小料头轧制。通过在DEFORM-3D有限元软件中建立42CrMo钢的动态再结晶模型，模拟分析了挤压式楔横轧的动态再结晶体积分数及奥氏体平均晶粒尺寸大小的分布规律。最后结合挤压式楔横轧轧制油泵轴试验及金相分析试验，验证了挤压式楔横轧小料头轧制的可行性。研究表明，挤压式楔横轧产生的料头体积相较于传统楔横轧产生的料头体积减小了75%左右，其材料利用率可以提高到95%左右，同时该轧制方法还可以细化晶粒，提高金属综合力学性能。

基于非定值变形抗力板带温轧轧制力数学模型研究

李志杰1, 彭, 艳1, 2, 刘宏民1, 2, 王素芬1, 肖力子3

2013, 24(15): 2114-2118.

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对板带钢温轧过程的轧制力计算方法进行研究，建立了基于非定值变形抗力的轧制力计算模型。将变形区接触弧离散成微段单元，建立了各分段微单元关于变形量和变形速率的计算模型，确定了微段变形抗力。在卡尔曼平衡微分方程基础上，以弦代弧计算，建立了各微段的单位轧制压力。采用ANSYS/LS-DYNA有限元对温轧变形过程进行了仿真模拟，结果表明，所建立的温轧轧制力模型精度较高，计算结果比现有模型的计算结果更为准确。

基于变复杂度近似模型的汽车安全性和轻量化优化

廖代辉, 成艾国, 钟志华

2013, 24(15): 2118-2121,2129.

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针对汽车安全性优化过程中考虑冲压效应的计算复杂性特点，采用最优拉丁方实验设计，利用较少样本点数据在传统模型和高精度模型间建立一个差值补偿响应面模型，再通过传统模型和差值补偿响应面模型构造新的实验样本点，在此基础上建立Kriging响应面模型，应用多目标粒子群优化算法对此响应面模型进行优化求解，进行了整车正面碰撞和轻量化多目标优化设计。结果表明，该方法能够在保证响应面精度的前提下，快速收敛于优化解。

双离合器变速汽车坡道模糊修正换挡研究

赵治国, 王琪, 刁威振, 陈海军

2013, 24(15): 2122-2129.

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基于自主开发的5速干式双离合器变速器(dual clutch transmission, DCT)及样车，得到了双离合器变速汽车坡道模糊修正换挡规律。首先，基于纵向车辆动力学模型，运用改进型最小二乘法对整车质量与道路坡度进行实时辨识，并利用BP神经网络对实时辨识结果进行映射求解;进而，运用模糊控制方法，制定双离合器变速汽车坡道模糊修正换挡规律;最后，通过离线仿真与硬件在环实验研究验证了坡道模糊修正策略的有效性。仿真结果表明，在坡道行驶时，开发的坡道模糊修正换挡规律能有效地解决传统二参数换挡规律引起的频繁换挡和意外换挡现象，减少DCT同步器的作动次数，提高整车的舒适性。

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2013, 24(15): 2130.

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