中国机械工程

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2014, 25(2): 0.

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双面TiNi形状记忆合金环阻尼器的振动响应特性

熊九郎, 刘静, 许仁波

2014, 25(2): 143-146.

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应用两组奥氏体态TiNi合金环作为耗能元件设计了一种新型阻尼器。介绍了该阻尼器的结构特点及工作原理,利用振动台试验测试了合金环层数、纵向预变形及载荷对该阻尼器的振动响应特性的影响。研究结果表明,该阻尼器具有较复杂的振动响应变化规律,不同于单自由度系统,在低频段(0~10Hz),振动过程传递率始终小于1,即始终处于隔振区,表明此时该阻尼器具有优良的减振能力;同时增加合金环层数和纵向预变形可有效改善其减振效果。

基于μ综合的压电柔性结构振动主动控制

胡俊峰, 张宪民

2014, 25(2): 147-151,156.

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利用模态理论和μ综合方法,对智能柔性悬臂梁进行振动主动控制研究。以压电陶瓷为作动器，电阻应变计为传感器，采用有限元方法和实验模态测试方法建立结构动力学模型,对两种方法所得结果进行比较分析可知有限元模型与实际系统存在误差。考虑外部扰动和量测噪声的不确定性，同时考虑系统固有频率、阻尼比和作动器参数的不确定性，选择模态位移信号为评价量,根据信号的频率特性选择合适的加权函数，利用μ综合方法设计振动控制器。从频域角度分析控制器的有效性，结果表明该控制器能抑制不确定干扰对输出应变的影响，能在系统不确定性情况下满足控制要求,说明控制器具有鲁棒性。进行了振动主动控制实验研究,结果表明,所设计的控制器能有效抑制结构的振动响应。

基于分割球面逼近和差分进化的复杂曲面轮廓度误差评定

何改云, 刘欣, 刘佩佩, 郭龙真

2014, 25(2): 152-156.

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为了评定复杂曲面轮廓度误差,提出了一种快速简便的分割球面逼近方法。该方法用球面逐步逼近测点垂足所在的曲面片来求得测点到设计曲面的最短距离,然后利用差分进化算法优化测点位置，结合分割球面逼近方法最终求得复杂曲面轮廓度误差值。将分割球面逼近方法和差分进化算法相结合，用于计算蜗杆齿面的轮廓度误差，仿真结果表明，该方法计算精度高于最小二乘法，能满足高精度误差评定的需求。

摆线钢球行星传动动力学建模与固有特性分析

张鹏, 安子军

2014, 25(2): 157-162.

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首先根据摆线钢球行星传动的受力状态,计入各啮合副之间的载荷分布及其变化规律,建立了摆线钢球行星传动系统的平移—扭转耦合动力学模型;然后通过分析各构件间的相对位移关系,推导出了系统动力学方程,进而通过求解其特征值得到相应派生系统的各阶固有频率和主振型,从而揭示了系统的固有特性;最后分析了摆线钢球行星传动的主要结构参数对固有频率的影响。

永磁型电主轴多频率振动的主动控制

乔晓利, 祝长生

2014, 25(2): 162-168.

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为了有效抑制由砂轮质量不平衡及外部干扰引起的永磁型电主轴转子系统砂轮端的多频率成分振动，在无轴承永磁电机径向磁悬浮力产生原理的基础上，提出了一种基于最小方差快捷分块(FBLMS)的自适应滤波的永磁型双绕组电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制方案。首先研究了双绕组永磁型电主轴结构及工作原理和径向控制力的模型,借助有限元法建立了永磁型电主轴柔性转子系统的动力学模型，分析了控制电流的不同成分对永磁体涡流损耗及电机定子铁损的影响，设计了永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制系统，结果表明，提出的永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动控制方案具有明显的控制效果。

钛合金铣削加工参数多目标优化研究

陈建岭, 孙杰, 李剑峰

2014, 25(2): 169-173.

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为解决钛合金铣削加工存在的高成本、低效率问题，以生产效率最大和刀具寿命消耗率最小为目标，建立了铣削参数优化模型。提出了扩展非支配排序遗传算法（ENSGA-Ⅱ），对种群初始化子过程进行规范化处理,保证了种群的多样性和均匀性;根据Pareto最优原理将非支配概念从目标函数空间扩展到约束空间,使得多目标多约束问题的处理更具有适应性和有效性。实例表明,该方法具有良好的寻优能力，能够获得满意的Pareto解集。借助于该方法，工艺人员可根据优化目标灵活地选择铣削参数，更好地协调生产效率、生产成本和表面质量之间的关系。

螺旋锥齿轮磨削表层金相组织的试验研究

明兴祖, 李飞, 张然, 周静

2014, 25(2): 174-179.

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利用金相显微镜对螺旋锥齿轮磨削表层金相组织特征进行检测分析,结果表明,齿轮磨削表面的金相组织为针状马氏体+碳化物+残余奥氏体,心部的组织为板条状低碳马氏体+铁素体+贝氏体。采用正交试验法,分析了不同工艺参数对螺旋锥齿轮表层金相组织的影响规律，根据极差分析得出了磨削最优工艺参数。结果表明，当螺旋锥齿轮小轮凹面磨削工艺参数为磨削深度ap=20μm、砂轮速度vs=35.2m/s、齿轮进给速度vw=0.073m/s时,残余奥氏体量Ar=15.6%,针状马氏体晶粒级别为2级,平均疲劳寿命可达6.0×104次,此时螺旋锥齿轮组织性能最优,可提高齿轮抗疲劳性能和耐磨性。建立了螺旋锥齿轮残余奥氏体量的回归数学模型,计算值和试验测量值相对误差最大绝对值为14.3%,说明该回归数学模型较为有效,其计算结果与残余奥氏体量的试验极差分析结果基本一致。

6-UPS并联机床误差分布特性

陈小岗, 孙宇, 吴海兵, 刘远伟

2014, 25(2): 179-185.

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为确定6-UPS交叉杆式Stewart型并联机床BJ-04-02(A)的加工精度特性,运用逆向思维方式,从刀具平台发生给定位置误差、姿态误差时驱动杆长度的变化中获得机床精度信息。计算了工作空间内各位置点、各姿态下刀具平台发生给定位置误差、姿态误差时驱动杆长度的变化量;通过极值、倒数等运算，获得了单位杆长误差引起的刀具平台位置、姿态误差的上下限，并给出了位姿误差在工作空间内的分布特性。

基于自相关分析和LMD的滚动轴承振动信号故障特征提取

王建国, 吴林峰, 秦绪华

2014, 25(2): 186-191.

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滚动轴承的故障信号是非平稳的、多分量的调制信号,特别是故障早期,由于调制源弱，早期故障信号微弱且受周围设备的噪声干扰，导致故障特征难以识别。采用自相关分析和局域均值分解（LMD）方法提取故障特征。首先采用自相关分析提取信号中的周期成分,消除噪声的干扰,然后利用局域均值分解方法将多分量的调制信号分解为若干个PF分量之和,再结合共振解调技术对PF分量进行包络分析以提取故障特征频率。实验证明了方法的有效性。

基于跟踪微分器的永磁同步电主轴电流控制算法

于家斌, 王小艺, 许继平, 秦晓飞

2014, 25(2): 191-196.

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永磁同步电主轴电流PI调节器存在阶跃响应超调与跟踪速度之间的矛盾,造成电流跟踪过程出现超调，增加了PI参数的整定难度。其原因主要是,控制的“快速性”与“超调”之间的矛盾是PI调节器的固有属性,为此,根据自抗扰控制理论，提出采用跟踪微分器为d轴和q轴电流指令安排过渡过程的方法,使PI调节器对输入电流阶跃信号的跟踪更加平滑。仿真和实验结果表明：相比于采用积分分离设计的PI调节器,该方法使电流更快速、平滑地跟踪指令值,且跟踪过程无超调,增强了电主轴电流控制的鲁棒性。

基于元码段可重构的事物编码系统研究

肖新华, 王太勇, 成兵, 李煜

2014, 25(2): 196-201.

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为了适应复杂多变的编码规则，统一和共享码段信息资源，提出了元码段的概念及其细分方法，分析了元码段的类型。阐述了基于元码段细分和元码段重构的混合式编码规则定义方法，分析了基于该方法的编码系统功能。对元码段实现方法、数据库设计、PDM系统集成模型等关键技术进行了研究。实例表明该方法支持定义复杂的编码规则,重用码段数据,可降低编码系统开发和维护成本。

NSFC机械工程学科2013年度基金管理工作综述

王国彪, 赖一楠, 宋建丽

2014, 25(2): 202-210.

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介绍了2013年度国家自然科学基金委员会机械工程学科科学基金项目的申请、评审及资助情况;以机械仿生学和零件加工制造两个领域的申报项目为例，对申请、评审和资助情况进行了分析;简要总结了2012年度科学基金结题项目和在研项目进展情况及项目执行过程中存在的问题。综述了基金项目资助下2013年度机械工程领域取得的典型成果;回顾了学科在促进学术交流与合作、培养青年人才队伍和鼓励创新等方面的管理举措，并对2014年工作进行了展望。

磨削参数对GH4169高温合金磨削表面特征影响研究

黄新春, 张定华, 姚倡锋, 任敬心

2014, 25(2): 210-214.

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采用单因素试验法，使用不同特性的砂轮进行GH4169高温合金的外圆磨削试验,研究了单晶刚玉砂轮和CBN砂轮对GH4169高温合金磨削表面特征中表面粗糙度和表面形貌的影响,分析了各磨削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,并分析了单晶刚玉砂轮和CBN砂轮切屑的形态,还检测了磨削加工的表面形貌。结果表明：采用粒度为80、中软级、陶瓷结合剂的单晶刚玉砂轮磨削GH4169高温合金时,其磨削表面粗糙度较小,表面特征较稳定;磨削进给运动轨迹构成了试件已加工表面形貌轮廓的主要特征。在工件速度为8~21.66m/min、砂轮速度为15~30m/s、径向进给量为0.005~0.02mm、纵向进给量为1.3~3.6mm/r范围内,可以保证表面粗糙度Ra在0.14μm以内。

基于频响函数数据筛选的发动机惯性参数识别

龙江启, 徐传燕, 高建勋, 周斯加

2014, 25(2): 215-217,235.

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发动机的惯性参数为质量、质心位置的3个坐标、绕3个轴的转动惯量以及3个惯性积共10个参数。在振动模态试验测试的频响函数基础上，提出了利用质量线识别台架上发动机10个惯性参数的改进方法,较精确地识别了发动机的10个惯性参数。根据一定的误差限水平，筛选合适的激励点和响应点处的频响函数数据,剔除互易性差的数据,提高了识别精度。台架试验验证了所提改进方法的正确性。

压电式六维加速度传感器输入输出特性研究

陈鹏, 李成刚, 尤晶晶, 侯士杰

2014, 25(2): 218-222.

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针对目前六维加速度传感器普遍存在解耦过程复杂、计算效率低的现状，在ADAMS软件中对已有的一种压电式六维加速度传感器进行建模研究，分析不同驱动条件下传感器的输出特性，探究在该压电式传感器解耦过程中忽略动平台相对于静平台的运动对传感器解耦计算效率及精度的影响，并绘制出理论输出误差与加速度输入量中线幅值、线频率、角幅值和角频率间的关系曲线。研究表明：解耦计算时忽略该传感器动平台相对于静平台的运动会引入一定的误差且该误差取决于加速度输入量，当输入量满足一定条件时，通过简化解耦算法得到的加速度与简化前的解耦算法所得的加速度相比,所引入的额外误差不超过0.2%，而计算速度可提高2倍。

环形丝单向运丝电解线切割加工技术试验研究

张海, 曾永彬, 于洽, 朱荻

2014, 25(2): 223-225.

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为了解决加工间隙内电解加工产物的排除问题，在分析电解线切割加工特点的基础上,采用环形镀锌黄铜丝作为阴极，在电机的驱动下,使环形丝的运动方向与重力方向保持一致, 从而便于带出加工区的电解产物;在搭建的加工系统上进行了正交试验,研究加工电压、进给速度、电解液浓度及环形丝单向运丝速度对加工间隙的影响。最后采用优化的加工参数加工出缝宽为250μm、深宽比达20的五角星结构。

基于修正Archard理论的螺旋锥齿轮锻造模具寿命预测

高振山, 邓效忠, 陈拂晓, 李天兴

2014, 25(2): 226-229.

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基于修正的Archard理论,采用弹塑性有限元模型对螺旋锥齿轮热锻成形的模具磨损进行了模拟仿真，分别从齿模齿顶的过渡圆弧半径、模具热处理硬度、模具的预热温度以及锻造成形速度四个方面对模具易磨损位置的磨损量进行计算,采用正交试验优化设计方法分析各工艺因素对模具寿命的影响规律,确定最优的工艺参数进行锻造试验。试验结果表明,使用提出的预测模具寿命的方法估算的模具寿命与试验结论具有较好的一致性。

准零刚度隔振系统跳跃频率区间隔振研究

徐道临, 余奇平, 周加喜, 张敬

2014, 25(2): 230-235.

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基于跳跃频率区间内准零刚度隔振系统的隔振效果具有不确定性的问题,提出了一种阻尼扰动控制方法。当控制系统阻尼增大到一定程度时,向下跳跃频率将低于激振频率,在原共振支上的大幅振动响应便会失稳并跌落到低幅振动的非共振支上,在此过程中借助范德波尔平面来判断何时撤除阻尼控制,从而实现了跳跃频率区间内的有效隔振，拓宽了准零刚度隔振系统的有效隔振频率区间。

涡旋压缩机小曲拐防自转机构动力特性分析

李超, 郑尚书, 赵嫚, 余洋

2014, 25(2): 236-241.

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针对无油润滑涡旋压缩机防自转机构的动力特性问题,建立了小曲拐防自转机构的机构模型;基于小曲拐防自转机构的工作原理，从运动学和机构学角度分析小曲拐的受力,建立小曲拐的运动平衡方程;利用三维建模软件和有限元分析软件ANSYS建立了单个小曲拐的三维模型，分析了防自转机构小曲拐数目为3时,小曲拐在不同曲轴转角下的变形和应力状态，并对小曲拐在交变载荷作用下的疲劳强度及3个小曲拐的变形协调关系进行了分析。结果表明,小曲拐的最大变形发生在上下两端,最大应力发生在上下两端和中间退刀槽部分。

一种两转一移完全解耦并联机器人机构及其特性分析

窦玉超, 曾达幸, 李明洋, 胡鑫喆, 侯雨雷, 赵永生

2014, 25(2): 241-245.

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提出一种具有两转动和一移动自由度的完全解耦并联机构，运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,推导出了该机构位置正反解的解析表达式，进而求得机构的雅可比矩阵，验证了机构的解耦特性,并对机构的奇异性进行了研究。所提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对其进行的性能分析证实了机构解耦特性，从而为其进一步的应用奠定了理论基础。

基于多目标非耦合优化策略的可靠性稳健优化设计

张瑞军, 邱继伟, 王晓伟, 董明晓,

2014, 25(2): 246-250,272.

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以实现多目标问题的可靠性稳健优化设计为目标，通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析，生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项，建立了基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;基于独立公理，使用正交试验和方差分析技术确定设计变量对各个设计目标的影响程度，将设计参数按无耦合或准耦合设计形式分组，把多目标优化问题单目标化，避免多个设计目标之间的反复权衡;结合增广乘子法,应用MATLAB的优化和符号工具箱来实现钳形盘式制动器的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的稳健设计方法具有较高的精度和可靠度。

块体材料冷滚打成形变形力研究

袁启龙, 李言, 杨明顺, 李玉玺

2014, 25(2): 251-256.

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简述了块体材料冷滚打成形的基本原理,应用ABAQUS建立了块体材料冷滚打成形的有限元模型并进行了模拟仿真,根据模拟结果,分析了块体材料冷滚打成形过程中变形力的变化情况及各工艺参数对变形力的影响规律。进行了初步的冷滚打成形试验，将仿真结果与试验结果进行对比分析，验证了有限元仿真的正确性。

大型直缝焊管四点弯曲JCO成形及其弹复解析

孙红磊, 宋晓抗, 马瑞, 赵军

2014, 25(2): 257-262.

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提出了一种大型直缝焊管生产的新工艺——四点弯曲JCO成形,采用该工艺最终成形的管坯径向截面的几何形状为曲率一致的圆，且成形道次少，生产效率高。通过宽板四点弯曲试验,验证了理论解析的正确性，为将来实际生产中通过调整凸模行程控制成形管坯曲率提供了理论依据。理论和试验数据均表明弹复前后的曲率为线性关系，这为四点弯曲JCO成形过程智能化控制提供了便捷。基于上述理论进行了管坯四点弯曲JCO成形试验，获得了理想成形管坯，且成形道次仅13道次，相对传统工艺25道次,生产效率得到显著提高。

多道次单点渐进成形变形规律试验研究

金玲玲, 高霖, 史晓帆, 张其龙, 徐佳晖

2014, 25(2): 262-266.

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针对材料在多道次单点渐进成形中的变形规律，研究了其流动特性和应变分布。试验结果表明,多道次单点渐进成形所得零件存在较为明显的第二主应变,且随成形深度的增大而增大,同时,零件壁厚随成形深度的增大明显地减小。针对此问题进行了补充试验,证明增加成形道次可在一定程度上改善成形质量。此外,结合对试验数据的分析,分析了壁厚随成形深度变化的原因,指出对于大成形角度的零件在多道次单点渐进成形中存在成形深度极限。

重载铁路钢轨损伤行为分析

郭火明, 王文健, 刘腾飞, 刘吉华, 郭, 俊, 刘启跃

2014, 25(2): 267-272.

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利用电感耦合等离子体光谱仪、硬度仪、光学显微镜和扫描电子显微镜等对现场重载铁路损伤钢轨进行各种微观测试分析,分析了重载钢轨的损伤机理。结果表明:重载钢轨中碳、硅、锰含量较高,这有利于提高钢轨强度、硬度和耐磨性;现场服役损伤钢轨的表面硬度明显高于新钢轨的表面硬度,其轨距角处和轨顶区硬度高于非接触区的硬度;现场服役钢轨和新钢轨试样均表现为残余压应力;疲劳裂纹主要在轨顶区表面萌生，扩展较深且扩展角度明显不同，疲劳裂纹扩展方式主要表现为穿晶和沿晶扩展，钢轨侧磨区几乎无疲劳裂纹存在;轨顶区域塑性变形严重，塑性区组织明显被拉长细化呈流线型，塑性层厚度与裂纹扩展深度大致相同。

智能车大角度弯道转向曲率连续的轨迹规划方法

李爱娟, 李舜酩, 沈峘, 赵万忠

2014, 25(2): 273-278.

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为了使智能车能够顺利地在大角度弯道上行驶，提出一种新的曲率连续的无碰轨迹规划方法。该轨迹规划方法基于β样条曲线,利用β样条曲线的凸多边形属性,考虑避碰约束、曲率约束、转向速度约束以及状态约束等非完整约束条件对运动轨迹规划的影响，生成一条曲率连续的无碰行驶轨迹。实车试验结果表明，提出的方法比传统方法更加有效可行，规划的轨迹曲率连续，且能够使得车辆顺畅地进行循迹行驶。

基于状态空间自回归最小二乘的车辆质心侧偏角非线性估计

解少博, 魏朗

2014, 25(2): 278-283.

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基于动力学模型对车辆质心侧偏角进行了估计。为使轮胎模型能够适应不同附着系数的路面,将动态参数引入“魔术公式”轮胎侧偏力模型。应用状态空间形式的自回归最小二乘算法（RLS）设计了车辆质心侧偏角估计器。通过车辆在高附着系数路面的蛇形试验和变附着系数路面的双移线试验对估计方法进行了验证，结果表明，即使车辆出现大侧偏情况使轮胎进入到侧偏角—侧偏力特性曲线的非线性区域，提出的估计方法也能够实现对质心侧偏角的估计。将该估计方法与扩展卡尔曼滤波估计在精度、计算效率和使用条件等方面进行了比较，进一步表明所提出方法具有良好性能。

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2014, 25(2): 284.

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