中国机械工程

版权页和目次

2014, 25(11): 0.

摘要 ( )

PDF (342KB) ( )

相关文章 | 计量指标

考虑滚柱节圆偏移的反向式行星滚柱丝杠副运动学分析

马尚君, 刘更, 佟瑞庭, 张文杰

2014, 25(11): 1421-1426.

摘要 ( )

PDF (535KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以反向式行星滚柱丝杠副为研究对象,对因滚柱螺纹节圆与滚柱齿节圆产生偏移而导致的滚柱和丝杠发生相对滑动和相对轴向位移的问题进行了研究。首先建立了滑动角、滚柱相对丝杠轴向位移和各部件相对滑动速度运动学分析的模型,着重分析了滚柱位移对整个机构导程和滑动速度的影响;再以某一反向式行星滚柱丝杠副为例,计算了由接触变形引起的节圆偏移量,并采用该模型分别计算了滚柱相对丝杠的轴向位移和滑动速度。研究结果表明：滚柱轴向位移不会影响系统导程;螺母-滚柱侧必然存在轴向滑动;减小节圆偏移量能有效降低丝杠-滚柱侧滑动速度。

热边界条件对径向轴承的热流体动力润滑分析的影响

张振山, 杨玉敏, 戴旭东, 谢友柏

2014, 25(11): 1427-1432.

摘要 ( )

PDF (686KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立了径向轴承的三维热流体动力润滑模型,该模型涉及质量守恒广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程的联立求解。在此基础上,对几个重要热边界条件的处理方式进行了深入的研究。结果表明,热边界条件的处理对径向轴承热流体动力润滑分析的结果有较大的影响,为了获得可靠的计算结果,应根据实际的操作工况合理地确定热边界条件。

基于主成分分析和线性判别的航空发动机状态监视

周媛, 左洪福

2014, 25(11): 1433-1437.

摘要 ( )

PDF (607KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用航空发动机传感器数据对发动机状态进行监视,采用主成分分析（PCA）方法和线性判别法（LDA）对发动机传感器数据进行二次特征提取,按照最优近邻思想进行分类。将2008年IEEE PHM数据作为实验数据,将基于PCA和LDA的分类结果与基于PCA的分类方法以及深度信念网（DBN）分类方法的结果进行了对比分析,结果表明,基于PCA和LDA方法的识别率综合最优且结构简单,对于工程应用该方法有效可行。

基于气动柔性驱动器的三自由度手指指端输出力特牲研究

钱少明, 王志恒, 杨庆华

2014, 25(11): 1438-1442.

摘要 ( )

PDF (597KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

三自由度手指由3个气动柔性弯曲关节串联而成,弯曲关节由气动柔性驱动器 ( FPA)驱动。关节驱动力矩的大小取决于各个关节FPA内腔中的压缩气体压力的大小。推导了手指运动学方程及力雅可比矩阵,分析了手指指端受力状况,建立了指端输出力与各个内腔气体压力增值之间的映射关系。对手指指端输出力进行了仿真研究和实验研究,实验结果与力模型结果基本吻合。

混合动力挖掘机轴系扭振特性

黄中华, 谢雅, 邓奕

2014, 25(11): 1443-1446.

摘要 ( )

PDF (477KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立了混合动力挖掘机轴系的有限元分析模型,对轴系前5阶模态进行了计算。计算结果表明：与传统挖掘机相比,混合动力挖掘机轴系的1阶模态频率下降了270Hz;前2阶模态的振型均为扭转振动。建立了混合动力挖掘机轴系的动力学仿真模型,对轴系的扭振特性进行了仿真研究。仿真结果表明：混合动力系统轴系存在周期性的扭振,扭角变化幅度为±0.003°,扭振频谱存在峰值,峰值频率约为48.9Hz。建立了混合动力挖掘机轴系扭振测试实验台,对不同转速下轴系的最大扭角进行了实验测试。实验结果表明：当混合动力系统轴系转速大于1100r/min时,轴系的最大扭角保持不变,约为0.003°;当混合动力系统轴系转速小于1100r/min时,轴系的最大扭角随转速的减小而增大;当轴系转速为896r/min时,轴系的最大扭角约为0.007°。

基于ANSYS的磁悬浮挠性转子模态分析与设计

李红伟, 于文涛, 刘淑琴

2014, 25(11): 1447-1452,1459.

摘要 ( )

PDF (769KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以一台磁悬浮挠性实验转子为例,结合ANSYS软件,探讨了磁悬浮挠性转子的模态设计方法,研究了支承刚度对转子模态频率和模态振型的影响,在此基础上,分析了过临界转速的磁悬浮挠性转子支承刚度的设定原则,并给出了磁悬浮实验转子的合理支承刚度范围。研究表明：影响转子模态可观性和可控性的一个重要因素是径向磁力轴承转子和位移检测环的长度之和与转子总长度的比值;支承刚度除了影响转子的模态频率外,还影响转子的模态振型,并且当支承刚度高到一定程度后,模态的可控性和可观性严重恶化,甚至可能导致磁悬浮转子过临界转速时失稳。

二次调节技术在试验台加载系统中的应用研究

马登成, 杨士敏, 马登慧, 蒋小明

2014, 25(11): 1453-1459.

摘要 ( )

PDF (760KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过理论分析建立了加载系统二次元件控制系统的数学模型,并利用MATLAB和Simulink软件进行了动态仿真分析。仿真结果表明：系统调整时间为0.068s,上升时间为0.026s;系统跟踪频率为6Hz的输入信号的精度较高。实验结果表明：加载转矩360N·m和222N·m的阶跃载荷时,系统响应的上升时间相等（约为0.18s）、调整时间基本一致（约为0.4s）;加载频率为1~6Hz的正弦载荷时,均值误差不大于1.24%,幅值误差在加载3Hz正弦载荷时超出了6%,其他频率下幅值误差均小于6%;当加载频率较低的实际冲击载荷时系统的跟踪性较好,响应较快。结果表明,加载系统的性能稳定,具有良好的动态性能与控制特性,能够满足液压底盘动态性能研究的需要。

基于灰色广义随机Petri网的产品装配过程可靠性建模与分析

张根保, 钱宝明, 柳剑, 李冬英, 彭露

2014, 25(11): 1460-1465.

摘要 ( )

PDF (555KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以产品的装配工步为研究对象,提出了基于灰色广义随机Petri网（GGSPN）的产品装配可靠性建模方法。首先,通过对装配过程中各道工步之间的装配关系分析,建立产品装配过程的GGSPN模型;其次,采用基本随机Petri网模型及其性能等价公式对GGSPN模型进行简化;再次,针对装配过程故障信息的贫信息不确定性问题,在广义随机Petri网模型的变迁激发率中引入灰数进行优化处理;然后,针对建立的产品装配过程可靠性模型,求解出用灰数表示的稳态概率并对其进行白化处理,再通过对产品装配过程的可靠性分析,提出可靠性控制的改进措施;最后,以某齿轮油泵装配过程为例,验证了该方法的可行性。

基于HTCPN的实施延迟策略生产系统仿真研究

罗建强, 宣娟丽, 马汉武

2014, 25(11): 1466-1472.

摘要 ( )

PDF (716KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

结合层次赋时着色Petri网(HTCPN)在系统建模方面的优点,构建了延迟与非延迟生产系统模型,指出延迟生产系统相较于非延迟生产系统在库存、满足客户个性化需求等方面的优势。为能准确、及时地获取客户定制信息,在延迟生产系统模型中嵌入制造企业与客户信息交互的平台,并应用CPN Tools对模型进行了仿真。研究结果表明：客户实时参与定制环节能够改善定制生产流程,缩短客户平均等待时间,提高企业定制生产能力,实现客户价值的提升。

基于装配偏差度的复杂机械产品再制造质量优化方法

刘明周, 孙志军, 葛茂根, 王小巧, 王强

2014, 25(11): 1473-1477,1497.

摘要 ( )

PDF (577KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为提高复杂机械产品再制造质量可靠性与稳定性,提出了基于装配偏差度的复杂机械产品再制造过程质量优化方法。综合考虑再制造过程装配偏差的形成原因及传递机制,构建了再制造过程装配偏差度函数。通过对相关质量控制域的划分,描述了基于装配偏差度的再制造质量优化判断条件及方法,并用模拟退火遗传算法求解装配偏差度在线优化模型,实现了对复杂机械产品再制造装配质量的优化。最后以某型主减速器主锥再制造总成装配过程为例验证了该方法的可行性和有效性。

无心磨削过程碳排放量及其关键影响因素解析

郭登月, 程凯, 丁辉, 闫纪红, 马云辉

2014, 25(11): 1478-1485.

摘要 ( )

PDF (860KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

准确量化制造过程中的碳排放量是实现低碳制造的前提条件。磨削是一种广为应用的精密加工方法,同时也是切削热量高、使用切削液量大、加工环境差、能量利用效率低的加工工艺。利用公理化设计找出影响低碳磨削的各层关键影响因素,综合考虑了能源、资源和废弃物对碳排放量的影响,建立了数控粗磨、精磨和光磨整个磨削过程的ERWC碳排放量定量分析模型。最后进行了实际磨削加工测量实验,并用MATLAB给出了模型计算比较结果,解析了关键影响因素。

工程变更信息模型构建和变更过程控制

吕盛坪, 乔立红

2014, 25(11): 1486-1492.

摘要 ( )

PDF (939KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立了对工程变更信息进行描述和存储的统一信息模型,在此基础上设计了变更视图提取和变更关联操作算法。为保证变更信息在系统间传递的准确与一致,基于XML Schema定义了中性化变更视图对象文档,并提出了针对变更视图的服务化映射机制。建立了基于流程推送与服务请求推拉结合的变更流程控制模式。通过具体实例验证了所构建的统一模型和流程控制机制,为变更信息管理提供了可选方案。

基于OC-VPMCD和ITD的滚动轴承故障诊断方法

程军圣, 马兴伟, 李学军, 杨宇

2014, 25(11): 1492-1497.

摘要 ( )

PDF (500KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于变量预测模型的模式识别方法可以充分利用从原始数据中所提取的特征值之间的相互内在关系建立数学模型并以预测误差平方和值最小为判别函数进行分类。基于此,提出了一种新的一类分类方法——单类基于变量预测模型的模式识别（OC-VPMCD）方法,将该方法与本征时间尺度分解（ITD）方法相结合并应用于滚动轴承故障诊断。首先采用ITD对滚动轴承振动信号进行分解并对包含主要故障信息的若干固有旋转（PR）分量提取排列熵作为故障特征值;然后对OC-VPMCD分类器进行训练,并确定预测误差平方和阈值;最后进行OC-VPMCD模式识别,根据模式识别结果判断滚动轴承的工作状态正常与否。实验数据分析结果表明,该方法能够有效地应用于滚动轴承振动信号的故障诊断。

特征保持的点云光顺算法

宋大虎, 李忠科, 王忠, 孙玉春

2014, 25(11): 1498-1501.

摘要 ( )

PDF (499KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

提出了一种特征保持的三维点云光顺去噪算法。首先对点云模型构造kd树结构,计算采样点的k邻域,然后把点云模型的局部几何信息,包括邻域点间距离、法向夹角、曲率等作为特征参数,根据其特征性强弱将采样点沿法向方向移动不同距离来实现点云去噪。实验结果表明,算法既能有效去除噪声,又能很好地保留原始模型的特征信息。

基于最大故障诊断信息量准则的多负荷传感液压系统监测点优化设计

郭浩亮, 穆希辉, 杜峰坡, 陈建华

2014, 25(11): 1502-1506.

摘要 ( )

PDF (514KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

对特种叉车多负荷传感液压系统的监测点进行分析,建立了多负荷传感系统的测试信号有向图和“元部件-监测点”相关性模型。利用信息论中熵的概念,综合评判最大故障诊断信息熵、较短测试时间和较低测试成本以实现故障诊断,建立了最大故障诊断信息量准则,并以此准则对多负荷传感液压系统状态监测点进行优化设计。最后采用分步测试方式画出特种叉车液压系统故障诊断隔离树。

连续体结构拓扑优化改进的敏度修正方法研究

朱剑峰, 林逸, 陈潇凯, 施国标

2014, 25(11): 1506-1510.

摘要 ( )

PDF (498KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了消除拓扑优化中的棋盘格现象,在对常用敏度过滤方法的研究基础上,提出了一种新型敏度修正方法来解决数值不稳定性的问题。该方法通过设置中心单元过滤权重对拓扑优化结果进行控制。利用经典的柔度最小化数值算例研究了新型敏度修正方法对拓扑优化结果的影响,数值分析结果表明,该方法能达到消除棋盘格、网格依赖性现象以及避免边界过度磨平的目的。

使用条件对民航发动机涡轮叶片蠕变寿命的影响分析

孙见忠, 左洪福

2014, 25(11): 1511-1516.

摘要 ( )

PDF (565KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

发动机使用条件及自身健康状况对涡轮叶片的实际使用寿命有重要影响。以民航发动机为对象,借助发动机性能仿真模型和拉森-米勒蠕变寿命预测模型,研究了发动机性能退化、大气温度变化以及减推力起飞对涡轮叶片蠕变寿命的影响。通过仿真实验研究发现：发动机性能衰退加速了涡轮叶片的寿命损耗,压气机效率损失3%即可导致涡轮叶片蠕变寿命减少80%;随大气温度的升高,涡轮叶片蠕变寿命呈指数规律递减;减推力起飞对涡轮叶片延寿效果比较明显,但随着推力的进一步减小,对涡轮叶片的延寿效果却不再显著。

基于进化思想的汽车造型优化设计方法研究

景春晖, 赵江洪

2014, 25(11): 1517-1523.

摘要 ( )

PDF (745KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

结合遗传算法等工程方法和交互式评价等设计方法,提出一种整合了工程方法和造型方法的汽车造型优化设计方法。方法整体以进化思想为指导,首先将汽车造型设计问题映射到数学模型上,利用遗传算法生成新设计方案,并以多目标设计空间来约束生成的设计方案,再以目标车型的造型意象为标杆,采用交互式评价方式评价输出的设计方案,并将评价结果作为适应度代入遗传算法中继续迭代直至设计方案符合设计的迭代终止条件,最终形成一个综合解决多方问题的汽车造型多目标优化设计方法。以某小型两厢车车型为例,初步证明了该方法的合理性和可行性。该方法可以推广到汽车造型多目标优化概念辅助生成和汽车造型评价等领域。

面向复杂毛坯小余量加工的层次化快速约束配准算法

李欢, 张丽艳, 周良明, 刘胜兰

2014, 25(11): 1524-1529,1561.

摘要 ( )

PDF (636KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对复杂结构毛坯的小余量数控加工中很容易出现局部加工余量不足的问题,基于毛坯表面的点云测量数据,提出了一种层次化快速约束配准算法,从而实现加工余量的优化分配。首先通过建立一个知识向导模型并应用局部微分信息,自动分离出毛坯上需要分配余量的各待加工表面,并分别施加最小余量约束,在确定各待加工表面上参与约束配准优化的初始点集的基础上,采用广义乘子法将初始配准点集与设计数模进行约束匹配;然后采用迭代方法将不满足余量约束的测点追加到当前配准点集中,直到所有待加工表面的测点满足余量约束。实验结果表明,该配准算法在最大程度满足余量约束的前提下,显著提高了点云数据的配准效率。

考虑跳振现象的压实系统振动轮的滞回响应特性研究

郑书河, 林述温

2014, 25(11): 1530-1534.

摘要 ( )

PDF (578KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

振动压实下土壤滞回恢复力与位移呈现不对称滞回特性,考虑土壤密实度较高时振动轮易发生跳振现象,建立了基于土壤特性参数的不对称滞回模型,一次近似的前提下,利用谐波线性法将非线性作用力线性化为等效刚度和等效阻尼。通过数值仿真,对压实系统振动轮的非线性滞回特性进行了研究。结果表明：压实初期土壤处于弹塑性变形阶段,振动轮产生超谐波共振;压实中后期随着压实土壤的不断密实,振动轮产生亚谐波共振,标志着跳振的发生,一定条件下进入混沌状态;合理调整激振力和激振频率可以有效地抑制跳振,避免混沌运动。

基于Bandelet稀疏的移动机器人环境视觉纹理图像的压缩传感与重构

马如远, 刘继忠, 金明亮, 柴国钟, 王光辉

2014, 25(11): 1535-1540.

摘要 ( )

PDF (567KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

压缩传感技术为移动机器人环境视觉的实时高效处理与传输提供了一种新的解决方法。结合Bandelet变换自适应跟踪图像正则方向的特点,进行了基于Bandelet稀疏和正交匹配追踪(OMP)算法的环境纹理图像压缩传感重构分析研究。结果表明：在较大观测值下,Bandelet稀疏重构与传统小波稀疏重构效果差别不大;在较小观测值下,传统sym8小波稀疏重构出现不稳定状态,出现块状信息缺失,不能有效重构,而Bandelet稀疏重构效果相对稳定;在给定观测值下,Bandelet稀疏重构的边缘细节表达能力优于sym8小波,说明Bandelet变换在压缩传感采样高压缩比下恢复重构具有有效性和稳定性。

负泊松比蜂窝芯非线性等效弹性模量研究

鲁超, 李永新, 吴金玺, 刘明, 李天齐

2014, 25(11): 1540-1544.

摘要 ( )

PDF (552KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

设计并加工了一种负泊松比蜂窝结构,采用柔性悬臂梁模型,对蜂窝壁板大变形条件下的弯曲变形进行分析,给出了蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式。通过有限元仿真和力学实验的对比分析,验证了非线性理论计算公式的正确性。得出了等效弹性模量的非线性特性及相同方向和不同方向弹性模量的变化特性。研究结果为柔性蜂窝芯层的工程实用化提供了参考。

点云数据的二次曲面几何测量方法

郑红波, 张江雯, 谭小俊, 秦绪佳, 陈嵩辉

2014, 25(11): 1545-1549.

摘要 ( )

PDF (512KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于点云的几何测量方法是非接触式测量的重要方法。针对点云数据,提出了一种基于待定系数的二次曲面的几何测量方法,建立了求解不同二次曲面（球面、柱面和圆锥面）的统一框架。根据二次曲面方程与不同类型二次曲面几何量的关系,给出了球面、柱面和圆锥面的具体几何参数的求解方法。实验证明,该方法能在短时间内精确地测量所需的几何值,方法切实可行。

基于工况识别的混合动力汽车动态能量管理策略

秦大同, 彭志远, 刘永刚, 段志辉, 杨阳

2014, 25(11): 1550-1555.

摘要 ( )

PDF (589KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对固定循环工况下所制定的混合动力汽车能量管理策略存在一定局限性问题,从ADVISOR软件中选取覆盖车辆实际行驶工况的20个典型循环工况,以整车综合燃油消耗和动力电池寿命为综合优化目标,利用粒子群算法对各工况下能量管理策略中所涉及的关键参数进行了优化,并将得到的优化结果建立数据库,提出了基于行驶工况识别的混合动力汽车动态能量管理策略。最后,通过选择某个随机工况对所制定的能量管理策略进行仿真。结果表明：所制定的动态能量管理策略与未采用工况识别的能量管理策略相比,车辆综合燃油消耗下降10.70%,动力电池温升和平均有效工作电流分别下降2.46℃和1.63A。

基于降维的驾驶员侧约束系统高维目标优化

白中浩, 卢静, 王玉龙, 费敬

2014, 25(11): 1556-1561.

摘要 ( )

PDF (519KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为解决将高维目标变为单目标优化时各子目标不能同时较优,而多目标算法直接用于高维目标优化时又存在难以找到一个有代表性的Pareto非劣解集问题,在某轿车驾驶员侧约束系统的优化过程中提出了乘员损伤准则与多目标算法协同优化的方法。在已有相关损伤准则基础上根据最新版的FMVSS 208和ECE R94法规提出了适合研究问题的损伤准则;以提出的损伤准则为媒介,将一个高维目标优化问题降为一个低维目标优化问题,通过灵敏度分析、实验设计、多项式近似模型筛选出优化设计变量并得到近似模型,用多目标算法NSGA-Ⅱ对近似模型进行计算得到Pareto非劣解集,将得到的Pareto非劣解集中的每个解代入损伤准则损伤值计算公式,升序排列得到各子目标同时较优而损伤值最小的优化解。最终的优化结果表明：该方法很好地解决了乘员约束系统的高维目标优化问题,优化效果明显。

英文目次

2014, 25(11): 1562.

摘要 ( )

PDF (80KB) ( )

当期目录