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2014年 第25卷 第13期    刊出日期：2014-07-10
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2014, 25(13):  0. 
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相关文章 | 计量指标
机械基础工程
四级低速轴流压气机端壁区流动的实验研究
张晨凯, 胡骏, 王志强
2014, 25(13):  1705-1711. 
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在四级低速大尺度轴流压气机试验台上，利用自行设计加工的十孔梳状附面层探针、四孔探针以及埋入高频响Kulite传感器的动态探针，针对端壁区流动展开了详细的流场测量。从附面层探针测量结果中能清晰识别出附面层区和主流区；获得了该压气机进口的附面层位移厚度、动量损失厚度、能量损失厚度及堵塞系数，且实验结果表明，采用平板紊流附面层公式能较好地进行附面层厚度的估算；采用位移机构带动四孔探针测得的第三级压气机转子进出口流场速度结果显示，受轮毂旋转作用，转子后的下端壁区附面层厚度明显要小于上端壁区附面层厚度；动态探针测量结果能较为明显地识别出叶尖泄漏涡的发展轨迹，且随着流量系数的减小，叶片尖部最大负荷点从尾缘向前缘移动，导致叶尖泄漏涡起始点前移。
基于直线电机的高速滚珠丝杠副寿命试验机设计
童亮, 王准
2014, 25(13):  1711-1714. 
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针对高速滚珠丝杠副性能指标的测量需求，设计了一套基于直线电机的高速滚珠丝杠副寿命测试试验系统，系统以直线电机为加载机构、旋转伺服电机为丝杠驱动机构、多轴运动控制卡为运动控制器。据此系统设计的滚珠丝杠副高速加载跑合寿命试验机在连续稳定变负载的情况下，可以对滚珠丝杠在高速、高加速度、大负荷等条件下进行长时间运行测试，满足寿命试验机对滚珠丝杠副寿命试验和相关参数的测试要求。试验结果证明了系统的可行性。
超高压旋转清洗盘的设计及密封分析
孙玲, 弓永军, 王祖温, 张增猛
2014, 25(13):  1715-1718. 
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设计了一种大型壁面清洗除锈爬壁机器人用的超高压旋转清洗盘，介绍了该旋转清洗盘的结构及工作原理，并针对清洗盘旋转密封的设计进行了计算和分析。实际的应用表明，该清洗盘能够满足泄漏量小、除锈效率高、即除即干的工作要求。
磁流变阻尼器等效线性阻尼系数计算
郭耀辉, 陈恩伟, 陆益民, 刘正士, 夏增强
2014, 25(13):  1719-1723. 
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基于修正的Bouc_Wen模型分析了磁流变阻尼器的性能，并计算了其等效线性阻尼系数；基于修正的Bouc_Wen模型的仿真数据，通过曲线拟合回归分析方法建立了磁流变阻尼器等效线性阻尼系数与控制电压以及磁流变阻尼器运动振幅之间的关系模型，并验证了模型精度。研究结果显示，等效线性阻尼系数模型具有较高的精度，相对误差低于1%；对于应用强非线性磁流变阻尼器的振动系统，在给定频率下，利用等效线性阻尼系数模型可以有效提高系统振动及稳定性分析的计算效率。该研究为磁流变阻尼器的控制应用提供了理论依据。
智能制造
基于FPA的气动柔性手指康复器及其控制系统
黄鹏程, 杨庆华, 鲍官军, 林雪, 张立彬
2014, 25(13):  1724-1728,1743. 
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针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足，基于气动柔性驱动器（FPA）设计了一种气动柔性手指康复器，以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康复的任务要求，设计具有三大模块的控制系统：模式识别模块负责通过采集和分析手指表面肌电信号(sEMG)对主体的动作意图进行识别，并生成康复运动训练方案；角度反馈模块采用AS5045芯片实时检测康复器运动状态并将数据信息反馈至主控制器；主控制模块控制上述训练方案和康复器运动状态实时反馈信号以驱动康复器完成运动训练。实验结果表明，康复器两个关节弯曲期望值为15°和30°时的稳态误差小于0.6°，提出的控制系统能很好地完成sEMG的识别、康复器运动信息检测与反馈和康复训练任务，证明了手指康复器及其控制系统是可行的、有效的。
机械基础工程
非直线管零件的磨粒流加工实验研究
李俊烨, 许, 颖, 杨立峰, 刘薇娜
2014, 25(13):  1729-1734. 
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为探讨磨粒流加工非直线管零件的加工机理及加工工艺，以共轨管为研究对象，利用自行研制的磨粒流抛光液对磨粒流加工非直线管关键工艺参数进行实验研究，定量化评价工件表面粗糙度与加工参数间的显性关系，探讨关键工艺参数对工件表面精度的影响，实验证实磨粒流加工确实可以明显改善非直线管零件的表面质量，从而提高非直线管零件的工作可靠性和使用寿命。实验结果可为磨粒流加工理论的优化研究提供参考，对确定磨粒流加工非直线管零件最优工艺方案具有一定的指导意义。
关节轴承球面尺寸检测仪的误差修正方法
邵东升, 余晓芬, 孟凡良, 胡进忠
2014, 25(13):  1734-1738. 
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针对关节轴承球面尺寸检测仪专用于测量不同尺寸系列工件的特点，提出了关节轴承球面尺寸检测仪误差在线辨识与修正法。该方法通过在线测量系列工件和分析实测结果，可以准确地辨识并修正仪器系统误差，具有无须借助标准件、可低成本大幅度提高测量精度的优点。实验结果表明，使用该方法，仪器的测量值与高精度仪器测量值的偏差在10μm以内，最大测量误差由修正前的0.110mm减小到0.004mm，仪器测量精度明显提高，满足了企业提出的测量精度要求。
双侧电机驱动的功率耦合机构传动方案设计方法
盖江涛, 黄守道, 周广明, 李慎龙
2014, 25(13):  1739-1743. 
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根据履带车辆传动特点提出了一种新的双侧电机耦合驱动传动方案。应用行星传动构件综合分析法，提出了方案优选的构件组合原则，建立了双侧电机耦合传动输入输出间的转速、转矩数学变换模型，并提出将特征参数转向再生功率机械利用率作为定量的评价指标。最终，形成了一种适用于双输入双输出功率耦合机构的传动方案设计方法，据此设计了双侧电机耦合驱动传动系统。计算表明，功率耦合机构能够实现履带车辆转向再生功率的机械回流，可降低电机的功率需求，所提出方案的电机功率需求仅为双侧电机独立驱动方案电机功率需求的0.65倍。分析结果验证了该设计方法的可行性和正确性。
一种n阶变截面压杆稳定性计算方法的研究
王欣, 易怀军, 赵日鑫, 肖华
2014, 25(13):  1744-1747,1799. 
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针对n阶变截面压杆稳定性问题，基于一般的压杆稳定性挠曲线方程建立了n阶变截面压杆的微分方程组，结合相邻阶的边界条件，求解方程组获取递推关系式，即关于临界载荷的方程，应用Newton迭代法对方程进行迭代求解。以1200t全地面起重机伸缩臂为例，分别采用Newton迭代法、弦截法及有限元法计算了伸缩臂的临界载荷，对比分析结果证明了所推导出的临界载荷关系式的合理性及Newton迭代法的高效性。
智能制造
基于本体和FTF的风力发电设备维护优化
周安美, 于德介, 刘坚, 李蓉
2014, 25(13):  1748-1754. 
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为满足优化风电设备维护计划的需求,提出了用本体将故障模式影响及危害性分析(FMECA)与故障树分析(FTA)相结合的方法，即FTF方法。该方法根据风电设备故障模式的特点，分四个步骤建立了风电FMECA领域本体，然后利用本体推导出故障树，计算故障树最小割集的风险顺序数以优化维护计划。该方法解决了FMECA不能研究多故障的问题，并实现了知识的共享、重用和推理，能有效提高风电设备维护效率。
机械基础工程
双锥对置锥螺杆海水液压泵流场数值模拟分析
王新华, 高燕, 龚志奔, 蔡娇艳
2014, 25(13):  1755-1759. 
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为了深入分析泵压对双锥对置锥螺杆海水液压泵特性的影响，建立了该液压泵系统的三维模型及其流体动力学分析模型，运用CFD软件对液压泵的内部流场进行仿真分析，分别得出了不同进出口压差条件下和不同转子位置时的腔室液体压力分布以及转子受到的液压力。分析表明：新型海水液压泵腔室压力分布以啮合线为界限，由入口处到出口处交叉分布，且压力值逐级递增；左右转子受到的轴向液压力大小相等，方向相反；转子受到的液压力的方向沿转子自转的相反方向转动，而液压力大小基本不变。
多重分形去趋势波动分析在滚动轴承损伤程度识别中的应用
林近山, 陈前
2014, 25(13):  1760-1765. 
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为了评估多重分形去趋势波动分析(MFDFA)在滚动轴承损伤程度识别中的性能，采用MFDFA计算了轴承故障信号的多重分形谱，多重分形谱的左右端点和极值点可以近似描述多重分形谱的形状和位置，提取这三个特征点的坐标作为刻画轴承动力学行为的特征参数。将MFDFA、4个常用的时域统计参数、小波变换(WT)方法和经验模态分解(EMD)方法分别用于识别轴承滚动体和外圈损伤的严重程度，然后分别采用马氏距离判别法、BP神经网络和支持向量机对WT、EMD和MFDFA所提取的特征参数进行分类，并比较了这些方法在故障分类中的效果。结果表明，马氏距离判别法与MFDFA的组合以及支持向量机与WT或EMD的组合可以获得较好的轴承损伤程度识别结果。研究结果进一步验证了早期工作的结论。
填充β-环糊精/油酸包合物的酚醛树脂磨具的自润滑性能研究
彭伟, 关集俱, 黄亦申, 李伟, 许雪峰
2014, 25(13):  1766-1772. 
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制备了β-环糊精与油酸的包合物，以包合物为填料制备了一种酚醛树脂磨具。研究了包合物的填充量和摩擦实验条件对磨具力学及摩擦学性能的影响，分析了包合物在树脂磨具中的存在形式及其在摩擦过程中释放油酸并产生自润滑作用的机理。结果表明，当包合物的填充量小于20%时，磨具的抗拉强度和硬度能够完全满足磨具的实际使用条件，且包合物的填充可有效降低磨具摩擦因数和磨损率。在不同的转速和载荷条件下，填充包合物都能减小磨具的摩擦因数，且转速和载荷越高时作用越明显，但相应地，磨损率也越大。磨具中的包合物在摩擦过程中释放出油酸，油酸与β-环糊精的摩擦产物共同作用于对磨面上形成自润滑层，从而产生减摩、抗磨和提高表面质量的效果。
半导体电火花加工爬坡式电流现象研究
潘慧君, 刘志东, 邱明波, 田宗军
2014, 25(13):  1773-1778. 
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对单晶硅电火花加工过程中的电流爬坡式上升现象进行了研究,结果表明，爬坡式电流主要是由加工过程中接触电阻的变化引起的，而接触电阻主要由高温区的接触面积决定。对爬坡式电流曲线的性质进行了研究，分析了温度、热导率和相变能量对接触电阻和放电电流变化的影响。最后，研究了电参数对加工效率的影响，结果表明采用大脉宽、高电压和小占空比能够大大提高加工效率。
单层钎焊金刚石砂轮的修整实验研究
张贝, 傅玉灿, 苏宏华
2014, 25(13):  1778-1783. 
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为满足单层钎焊金刚石砂轮高效精密加工的性能要求,对磨粒有序排布单层钎焊金刚石砂轮的修整进行了实验研究。采用磨粒有序排布的钎焊金刚石修整工具对钎焊砂轮进行了修整，该修整方法通过修整工具粒度的变化以及修整速比的调整来控制砂轮形貌，从而使氧化锆的磨削表面粗糙度达到了精密加工的水平。对砂轮形貌进行了观测统计,数据表明,砂轮磨粒的等高性得到明显改善且避免了磨粒端部的严重钝化。
智能制造
基于约束关系网的膜片离合器装配设计缺陷辨识与最优修正
吕刚, 范守文, 何欣骆, 周连绪
2014, 25(13):  1784-1790. 
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提出了机械产品装配设计参数与其约束判定函数的关联方法，研究了装配约束关系网中节点的数据结构，给出了装配约束关系网的构建方法，描述了装配约束关系网的禁忌表访问方式，在此基础上提出了基于装配约束关系网的装配设计缺陷的辨识模型与方法。从装配约束关系网中的设计缺陷节点出发，以约束路径的权值之和为目标函数，采用蚁群算法对装配设计缺陷的修正路径进行了优化。以膜片离合器的装配设计为实例进行了装配设计缺陷的辨识与修正，结果表明，提出的装配设计缺陷辨识模型与修正方法不仅能够快速辨识出装配设计缺陷，而且能够有效地提高装配设计缺陷的修正质量和效率。
机械基础工程
球/平面接触表面形貌变化的试验研究
王爱彬, 刘焜, 王宏涛, 刘小君
2014, 25(13):  1790-1794. 
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基于试验探究了球/平面接触过程中,正压力、润滑条件及原始表面形貌对试验后表面形貌的影响。试验中,采用不同原始表面,在不同压力、不同润滑条件下，完成了一系列球面与粗糙面的接触试验。试验前后分别使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对试样表面进行了测量，并用ISO25178定义的参数对三维表面形貌进行了表征。研究结果表明,正压力、润滑条件和工件的原始形貌对试验后的表面形貌具有显著的影响，并给出了具体压力、润滑条件及原始表面形貌对塑性变形后表面形貌的影响关系。
基于双树复小波变换的三维粗糙表面评定方法研究
任志英, 高诚辉, 林建兴, 申丁
2014, 25(13):  1795-1799. 
摘要 ( )   PDF (558KB) ( )  
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针对目前用于提取三维粗糙表面基准面的第一和第二代小波存在的平移变动性与方向性差等缺点，以及最优小波基的选取和小波分解次数的确定等难点，提出将第三代小波变换——双树复小波变换（DT-CWT）用于三维粗糙表面的评定。通过比较三代小波实际重构图像以及仿真三维粗糙表面的误差和最大重构误差，得出了DT-CWT最优的结论；采用频带能量法确定DT-CWT的分解次数，并用仿真三维表面表征参数均方差S来验证得出的分解次数的正确性。最后用DT-CWT对具有分形特征的三维非平稳随机粗糙表面进行基准面的提取，结果验证了所提出方法的有效性。
巨型模锻液压机同步控制系统建模及仿真
刘忠伟, 邓英剑
2014, 25(13):  1800-1806. 
摘要 ( )   PDF (687KB) ( )  
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为了提高巨型模锻液压机同步控制系统的快速响应性,在300MN模锻液压机的基础上,针对800MN模锻液压机的特点重新设计了同步控制系统,并基于液压基础理论和动力学理论,联合建立了活动横梁运行时同步控制系统的整体数学模型。将原方案和现有方案进行了对比仿真,结果表明:新设计的800MN同步控制系统的响应特性较原方案的响应特性有较大幅度的改善,响应速度和动静态精度均有较大提高。
先进材料加工工程
基于离散辅助闭环的轧辊偏心补偿法
杨阳, 王益群, 陈刚,
2014, 25(13):  1807-1811. 
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利用闭环控制原理,构建了一个辅助的闭环系统,提出了基于离散辅助闭环的轧辊偏心补偿法。在进行轧辊偏心补偿时,根据计算或检测得到的相位，通过从离散存取矩阵中读取对应的偏心补偿量进行补偿；根据控制期望值、实际输出值及原偏心补偿量对厚度的补偿影响量计算出补偿偏差，经辅助闭环控制器计算出修正偏心补偿量,并用修正偏心补偿量代替离散存取矩阵中对应相位处的原偏心补偿量，实现对偏心补偿量的滚动优化，从而改善补偿效果,提高补偿精度。通过在生产的轧机上分别使用常规偏心补偿法和基于离散辅助闭环的轧辊偏心补偿法在相同工况下厚控效果的对比，验证了基于离散辅助闭环的轧辊偏心补偿法比常规偏心补偿法更为有效、可靠。
机械基础工程
基于全局敏感性分析和Kriging代理模型的汽车乘员约束系统多参数优化研究
马桃, 张维刚, 唐婷, 张扬
2014, 25(13):  1812-1816. 
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针对汽车碰撞乘员约束系统优化设计中多参数与高度非线性的问题，提出了基于Kriging模型的设计参数全局敏感性分析方法，通过计算各设计参数对系统响应方差的贡献来评估各参数的敏感性。在此基础上，选取对响应影响大的设计参数作为优化变量，运用多岛遗传算法进行优化求解。优化结果表明，人体综合损伤WIC值相比初始设计值降低11.9%。研究结果为实际工程设计提供了参考。
四轮驱动汽车车轮驱动防滑的牵引力控制仿真分析
胡建军, 杨振辉, 刘辉, 葛鹏
2014, 25(13):  1817-1823. 
摘要 ( )   PDF (809KB) ( )  
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为提高全时四轮驱动汽车的整车动力性和行驶稳定性，建立了发动机、轴间/轮间电控限滑差速器及相应的液压控制系统数学模型，设计了发动机目标转矩模糊控制器、轴间电控限滑差速器模糊控制器以及轮间电控限滑差速器PID控制器，提出了基于驱动防滑的全时四轮驱动汽车牵引力控制策略。应用所制定的牵引力控制策略，分别在低附着均一路面、对接路面、分离路面及上坡分离路面上对整车加速性能进行了仿真分析，结果表明，所制定的牵引力控制策略能够根据各驱动轮的滑转状态调节驱动轮的驱动力矩，有效地抑制了驱动轮的过度滑转，提高了汽车在恶劣路面的动力性和行驶稳定性，并有较好的适应性。
履带车辆液压机械差速转向机构转向性能研究
曹付义, 周志立, 徐立友
2014, 25(13):  1823-1827. 
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采用机械系统动力学分析与建模通用方法，考虑车辆转向时履带滑转（滑移）及转向中心偏移等因素，在对车辆转向受力状况进行分析与计算的基础上，建立了履带车辆液压机械差速转向机构转向动力学模型，采用Newton-Raphson方法对模型进行了求解。根据提出的转向性能评价指标，结合实例样车，采用仿真与试验方法研究了履带车辆转向性能，行驶试验的结果表明，所建模型能反映履带车辆转向性能的变化趋势。研究结果为履带车辆液压机械差速转向机构设计及行驶控制提供了理论基础。
学科发展
电磁热止裂及其在焊接接头强化中的应用研究进展
付宇明, 郑丽娟, 李艳芳, 向龙
2014, 25(13):  1828-1837. 
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从理论分析、数值模拟、实验研究三个方面综述了近年来国内外学者关于电磁热止裂及其在焊接接头强化应用研究方面的进展情况。利用ZL-2型超强脉冲放电装置对含有裂纹的焊接接头进行电磁热止裂，发现脉冲放电能够遏制焊接裂纹的快速扩展，修复焊接接头内部裂纹缺陷，提高接头的力学承载性能。最后对未来电磁热焊接接头止裂强化在工程上的应用前景作了展望。
空间站用大型末端执行器研究进展综述
谭益松, 任立敏, 张海波
2014, 25(13):  1838-1845. 
摘要 ( )   PDF (669KB) ( )  
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介绍了国内外空间站用大型末端执行器的研究和应用现状，着重对航天飞机机械臂末端执行器、加拿大SSRMS末端执行器、日本JEMRMS末端执行器以及欧洲航天局ERA末端执行器的工作原理、性能特点、适用范围和典型应用场合等关键技术进行了深入的分析，并对比了上述末端执行器的性能。总结了空间站用大型末端执行器的共性技术特点，指出了空间站用大型末端执行器未来可能的发展趋势，为从事空间站用大型末端执行器研究工作的科研人员提供一定的借鉴和参考。
英文目次
2014, 25(13):  1846. 
摘要 ( )   PDF (86KB) ( )  
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