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2014年 第25卷 第18期    刊出日期：2014-09-25
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版权页和目次
2014, 25(18):  0. 
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相关文章 | 计量指标
机械基础工程
平面连杆机构运动精度可靠性及灵敏度分析
庞欢, 喻天翔, 宋笔锋
2014, 25(18):  2415-2421. 
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针对平面连杆机构传动路线长,存在较大的积累误差,对机构的运动精度产生的影响不容忽视的问题,提出了加工误差、结构变形、装配间隙及铰链磨损多因素耦合作用下运动机构精度可靠性分析的建模方法及求解流程。用动量交换法建立铰链间隙的碰撞模型后对机构进行动力学分析，基于动力学分析结果,利用胡克定律及有限元法分析部件变形，利用Archard磨损模型分析铰链的磨损量。在此基础上，给出了加工误差与部件变形影响下杆长的分布参数以及装配间隙与铰链磨损影响下铰链间隙的分布参数，然后将铰链间隙用无质量连杆模型替换，建立并求解机构的运动方程。通过对飞机舱门收放机构的算例分析，得到了该机构在不同收放次数下的运动精度可靠度及对应的可靠性灵敏度,并给出了制造维护建议，证明了方法的可行性。
基于参数对比的凸轮转子伺服马达优化设计
徐川辉, 王旭永, 张文俊, 苗中华
2014, 25(18):  2421-2426. 
摘要 ( )   PDF (623KB) ( )  
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针对目前用于连续回转伺服驱动的液压马达品种类型不多的特点，对一种新型的凸轮转子叶片马达进行了研究，提出了基于参数对比的伺服马达优化设计方法。通过对过渡曲线压力角、马达排量公式、马达瞬时流量脉动率以及凸轮正压力的解析式推导及分析，得出了压力角与凸轮大小半径、马达排量与凸轮轴向长度、流量脉动率与叶片厚度以及凸轮正压力与叶片径向长度之间的关系。通过仿真时的参数对比，得到了马达最关键的两个零件即凸轮转子和叶片的优化参数。基于该优化参数设计的液压凸轮转子叶片马达被成功地应用到连续回转电液伺服系统中,并得到了良好的伺服精度，从而证明了马达参数优化设计的可行性和有效性。
螺旋锥齿轮精密数控加工误差补偿策略
邢元, 张建勋, 张连洪, 何柏岩
2014, 25(18):  2427-2431,2438. 
摘要 ( )   PDF (575KB) ( )  
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为了更好地实现螺旋锥齿轮精密数控加工，结合螺旋锥齿轮加工特点，在欧式线性空间中建立了数控加工模型及误差补偿模型。补偿模型为二级补偿机制，以齿面误差作为判断依据，通过对机床安装调整误差的补偿和加工过程中运动误差的补偿及时修正加工质量。由此，通过逐齿动态补偿，使得加工过程中机床误差得到修正，齿面加工精度得到提升。经仿真实验验证，该方法可实现连续轨迹运动中的多轴协调，有效提高螺旋锥齿轮数控加工机床的加工精度。
磨料流微去除力学分析与可控因素影响
张克华, 闵力, 丁金福, 许永超, 程光明
2014, 25(18):  2432-2438. 
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研究了磨料流抛光中磨粒微去除力学建模方法以及可控因素影响抛光效果的问题。以力为纽带,提出磨粒去除工件表面微凸材料的动力来源于三个方面——介质作用力、磨粒挤压载荷和磨粒冲击载荷。利用建立的力学模型,分析了磨料流加工的内在因素，其中可控因素包括：加工温度、加工压力、活塞的移动速度、磨料黏度、磨粒物理性质（如尺寸、硬度）等;研究了各可控影响因素与工件表面抛光质量及效率的关系;量化了可控因素的大小对磨粒作用在工件表面的力的影响程度;将磨粒作用在工件表面的力合成并分解为与活塞运动方向相同的轴向力和垂直于工件壁面的切向力，指出微去除效果随轴向力与径向力的比值改变而发生变化，设计出简易的测量轴向力和径向力的方案。用试验验证了所建模型和可控因素对抛光效果影响，以及工件表面的加工纹理方向直接影响工件表面粗糙度的减小率和材料去除率的正确性。
智能制造
基于TRIZ的机械产品突破性创新设想产生过程研究
平恩顺, 檀润华, 孙建广
2014, 25(18):  2439-2446. 
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为解决机械产品突破性创新设想产生的问题,将发明问题解决理论（TRIZ）应用于新产品开发的模糊前端阶段。在建立产品技术系统主功能物质-场模型的基础上，提出了机械产品突破性创新的方法;基于TRIZ全局理想化，对实现产品主功能的技术子系统进行了功能裁剪及可用资源分析，进而利用技术进化理论对实现产品主功能的技术子系统进行了技术预测，并应用计算机辅助创新软件（CAI）工具建立了机械产品突破性创新设想产生过程模型。中药滴丸机创新设想的产生验证了该方法的有效性。
机械基础工程
不平衡磁拉力作用下电机柔性转子非线性振动研究
刘清, 李琨, 王肖锋, 张昆鹏, 曹树谦,
2014, 25(18):  2446-2450. 
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建立了电机柔性转子非线性动力学模型，并使用多尺度法计算了系统的一次近似主共振响应。通过定常解分析发现转子主共振响应中存在幅频曲线左偏这一软非线性现象，并且不平衡磁拉力的线性部分使系统固有频率下降，非线性部分使主共振峰左偏量增大。使用MATLAB软件中的“ode23”函数绘制出系统的时间历程图及相图，数值积分的结果验证了解析解的正确性。从理论上揭示了转子长度、转子外径以及平均气隙长度等电机参数对非线性振动的影响,为电机的优化设计和控制提供了理论依据。
旋转惯性压电电机最优驱动方案分析
邢继春, 许立忠
2014, 25(18):  2451-2455. 
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提出了一种新型旋转惯性压电电机，推导了旋转惯性压电电机在非对称信号激励下的惯性冲击力矩方程以及电机平均输出力矩方程;分析了系统参数对激励信号突变时刻惯性冲击力之差的影响规律;给出了旋转惯性压电电机可输出速度与转矩的最优驱动频率区间。最后通过实验系统验证了理论计算与分析的正确性。
车用摆销链式CVT驱动系统设计及实验
张沂阳, 李少波, 程, 越, 程乃士
2014, 25(18):  2456-2460. 
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通过设计开发摆销链式CVT机械实验系统，研究了摆销链式CVT的传动原理和工作特性;研究了液压驱动系统的调速能力及其控制策略;通过建立摆销链式CVT轴向推力模型，探索了摆销链式CVT调速原理与驱动特性，并在此基础上设计开发了摆销链式CVT的液压驱动系统。通过台架实验，深入探索了摆销链式CVT的工作特性，对所建立的理论模型进行了进一步的验证。解决了车用摆销链式CVT控制理论及其控制系统中的关键技术问题。
基于有限元法的成形磨齿机立柱增量化设计及优化
孙国栋, 李, 欢, 赵大兴, 彭, 玲
2014, 25(18):  2460-2466. 
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以某成形磨齿机立柱为研究对象，分析了立柱受偏重心载荷后的静力学特性,同时对立柱进行了模态分析,发现立柱在X方向上受力情况较差。在此基础上,提出了增量化设计概念,对立柱进行增量化配重设计。研究表明:该设计方法可有效减小立柱X方向上的位移与应力;使得立柱第4阶模态发生振动转移。为获得最佳的立柱静刚度以及最小的立柱增量,对增量化设计方法的参数进行了多目标优化，获得了一组最优增量化设计参数。
基于伪极值点假设的经验模态分解及其在转子故障诊断中的应用
郑近德, 程军圣, 曾, 鸣, 罗颂荣
2014, 25(18):  2467-2472. 
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针对经验模态分解(EMD)的模态混淆问题,提出了一种新的抑制模态混淆的方法——基于伪极值点假设的经验模态分解(PEEMD)。与总体平均经验模态分解(EEMD)通过添加白噪声再进行总体平均的方式不同,PEEMD通过定义最小极值尺度,并用其度量其他极值尺度,通过增加伪极值点的方式来均匀化尺度,有效地抑制了模态混淆的产生。详细介绍了PEEMD方法,并通过仿真信号将其与EMD和EEMD进行了对比,最后,将PEEMD应用于转子碰摩故障的诊断中。仿真和实测信号结果表明，PEEMD在分量的精确性和抑制模态混淆的产生等方面要优于EMD和EEMD,是一种有效的信号分解方法。
刀具磨损早期故障智能诊断研究
曹伟青, 傅攀, 李晓晖
2014, 25(18):  2473-2477. 
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针对刀具的早期故障监测中因存在强烈的背景噪声而难以提取故障特征的问题,提出了基于二次采样随机共振消噪和B样条神经网络智能识别的故障诊断方法。首先利用在随机共振过程中，噪声增强振动信号的信噪比特性,将刀具振动信号进行随机共振输出,提取有效特征,再输入到B样条神经网络进行智能识别,进而获得刀具的磨损值。同时,为了得到与输入信号最佳匹配的随机共振参数,提出了基于遗传算法的多参数同步优化的自适应随机共振算法,克服了传统随机共振系统只实现单参数优化的缺点。实验结果表明，该方法能实现弱信号检测，能有效地应用于刀具磨损故障诊断中。
大型复杂钢管焊接结构损伤识别方法研究
马立元, 李世龙, 王维峰, 李永军
2014, 25(18):  2478-2483,2531. 
摘要 ( )   PDF (634KB) ( )  
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将支持向量机引入响应面重构计算中,利用支持向量机对小样本数据优秀的拟合和泛化能力,提出了一种最小二乘支持向量机响应面新方法,并将其应用于大型钢管焊接结构的模型修正及损伤识别中。对最小二乘支持向量机响应面的核函数进行了加权,提出一种综合了一次多项式核函数的线性模拟能力和高斯核函数非线性拟合能力的线性-高斯组合核函数。同时对训练样本进行了尺度变换，并对训练样本的选择方法进行了改进。通过损伤识别数值仿真及实验验证，与传统灵敏度方法进行了对比,结果表明改进响应面方法的识别效果更好,且收敛性及精度也大大提高了,为解决大型复杂结构的损伤识别问题提供了新的思路。
温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的设计方法研究
刘志峰, 詹一飞, 李新宇, 成焕波
2014, 25(18):  2484-2489. 
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目前的主动拆卸结构的拆解一般应用单一物理场激发,在极端环境或意外环境中可能会发生主动拆解,产品可靠性不高,针对此，研究了温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的激发原理和特点，提出了温度-压强耦合并行激发主动拆卸结构的设计方法，并通过案例分析，验证了该设计方法的可行性。研究结果表明:应用温度-压强耦合并行激发的主动拆卸结构作为连接单元的产品,其可靠性大幅度提高。
等温容器放气过程中对流换热模型的研究
杨丽红, 沈航明, 宋元明
2014, 25(18):  2489-2495. 
摘要 ( )   PDF (717KB) ( )  
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为了提高等温容器的性能,对等温容器放气过程中的对流换热模型进行了研究。用4个已知流量特性的电磁阀分别对4种等温容器进行了放气实验,采集放气过程中的压力曲线,并采用“停止法”得到放气过程中的温度曲线。基于等温容器放气过程的热力学模型,结合放气过程中的压力曲线和温度曲线,确定了放气过程中的对流换热系数,最后利用相似原理拟合得到了放气过程中声速阶段和亚声速阶段的对流换热经验关系式。声速阶段和亚声速阶段的经验关系式不仅体现了放气速度对对流换热的影响,还反映了铜丝填充密度,也就是孔隙率对换热的影响;声速阶段的经验关系式中还引入了空气压缩比,体现了空气在高压缩状态下压缩性对对流换热的影响。
智能制造
基于质量屋与排序组织法的产品概念决策方法
郭茜, 王增强, 蒲云
2014, 25(18):  2496-2500. 
摘要 ( )   PDF (451KB) ( )  
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为了在选择概念设计方案时实现顾客需求与专家经验知识的协调决策，提出基于质量屋与排序组织法的产品概念决策方法。通过模糊质量屋的关联矩阵与自相关矩阵进行顾客需求向产品技术特征的转换，将概念方案决策矩阵建立于质量屋的输出结果之后，利用所输出的技术特征权重值进行模糊排序组织法的综合排序，排序组织法所使用的偏好函数由专家根据产品的技术特点构造。以实例说明了所提方法的可行性和有效性。
机械基础工程
基于MOSA算法的电控喷油器磁路结构优化设计
程强, 张振东, 郭辉, 朱希
2014, 25(18):  2501-2505. 
摘要 ( )   PDF (587KB) ( )  
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以车用电控汽油喷油器为对象，从电磁学、机械动力学的基本原理出发建立了电控汽油喷油器工作过程的计算模型，依据通电后线圈电流的变化特点得出了动态响应特性与磁路结构参数的函数关系。以提高动态响应特性为目标，采用多目标模拟退火算法（MOSA）对磁路结构参数进行了优化。电磁场仿真结果表明，优化后的磁力线和磁感应强度分布更加合理。实验测试结果表明,优化后的汽油喷油器的开启延迟时间和关闭延迟时间分别比优化前缩短29.41%和29.23%。仿真和实验结果均验证了优化算法的有效性。
利用约束螺旋理论综合的空间对称2-DOF并联机构
刘平安, 槐创锋, 胡长锋
2014, 25(18):  2506-2510. 
摘要 ( )   PDF (450KB) ( )  
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首先按运动功能对两自由度空间并联机构进行分类,得到了空间2Ryz型（绕y轴和z轴转动)和1Rz1Tz型(绕z轴转动和沿z轴移动）的两自由度机构;给出了两类并联机构的分支约束螺旋系和机构约束螺旋系,以及保证所有分支约束螺旋的合成是期望的机构约束螺旋系的几何条件。对这两种空间并联机构运用约束螺旋综合理论进行系统的型综合,得到了可实现连续运动的具有绕定平台平面内两轴转动的并联机构以及沿着定平台法线方向移动和绕其转动的两自由度并联机构;得到了两自由度并联机构各种类型的分支链结构,以及两类机构的结构约束特性。将少自由度对称并联机构类型由原来的9类扩充到11类,丰富了机构类型。
基于有限元分析的斜齿轮搅油功率损失测算及实验验证
梁文宏, 刘凯, 崔亚辉
2014, 25(18):  2510-2515. 
摘要 ( )   PDF (647KB) ( )  
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引入流体力学的两相流理论、轴流风机和径流风机的动量定理，对单个斜齿轮的搅油功率损失进行了有限元数值估算。考虑流体的黏性、密度，齿轮的螺旋角、模数、齿数、转速，周边工作温度,箱体尺寸,重力加速度和润滑油浸没深度等参数的影响，使用有限元流体力学软件Fluent对多组不同参数斜齿轮的三维搅油流场和搅油功率损失进行了数值仿真。进一步通过实验数据对数值仿真结果的部分参数进行了验证和比对，证明了中低转速条件下可以使用仿真的方法预估搅油功率损失的数值。研究结果也为后续啮合状态下的斜齿轮组搅油功率损失的数值计算提供了方法依据和理论参考。
振动压路机压实过程中的频率稳定性分析
李雨, 赵丽萍, 沈建军, 张晓波
2014, 25(18):  2516-2519. 
摘要 ( )   PDF (490KB) ( )  
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通过对压路机振动频率波动现象及其产生的原因进行分析，得出了振动频率随振动负荷变化的基本规律;通过数学分析，从理论上推导出影响压路机振动频率稳定性的相关因素。通过对某国产全液压单钢轮压路机进行试验，验证了结论的正确性。提出了改善发动机性能、调整液压系统配置等提高振动压路机压实过程中频率稳定性的方法。
连接件振动疲劳寿命分析的名义应力法
崔泗鹏, 姚卫星, 夏天翔
2014, 25(18):  2519-2522. 
摘要 ( )   PDF (473KB) ( )  
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提出了采用名义应力法估算振动载荷下连接件疲劳寿命的方法。综合考虑连接件孔边的应力均方根集中程度、孔表面状况和填充系数的影响，给出了连接件在振动载荷激励下的应力均方严重系数，然后结合连接件孔边的动态特性给出了振动疲劳缺口系数的计算公式。设计并完成了两种激励谱下304不锈钢的连接件振动疲劳试验，结果表明该方法可以很好地预测连接件的振动疲劳寿命。
三向应力度对船用钢三明治板激光焊焊接接头等效断裂应变的影响
李金梅, 曹睿, 陈永, 朱亮, 陈剑虹
2014, 25(18):  2523-2526. 
摘要 ( )   PDF (572KB) ( )  
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为使船用钢CCS-B三明治板激光焊焊接接头在拉伸初期处于不同应力状态，设计了不同尺寸及缺口半径的试样，分别在平面应变、平面应力状态下获得不同的初始三向应力度，进而获得不同应力状态下的力学性能。试验结果表明：在进行拉伸试验时，试样无论是处于平面应力状态下还是平面应变状态下，随着初始三向应力度的减小，等效断裂应变增大，塑性变好;三向应力度与等效断裂应变之间均满足指数关系，即等效断裂应变随着三向应力度的增加呈现指数减小;断口形貌均为韧窝的韧性断裂形貌。
先进材料加工工程
基于鱼群BP神经网络的板料成形分块压边力优化
王新宝, 谢延敏, 乔良, 王杰
2014, 25(18):  2527-2531. 
摘要 ( )   PDF (556KB) ( )  
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采用人工鱼群算法与BP神经网络相结合的方法建立了分块压边力与成形质量的映射关系。首先以分块压边力为设计变量，通过基于最大最小原则的拉丁超立方取样设计方法抽取了BP神经网络的训练样本，并将通过仿真软件获得的成形质量指标作为BP神经网络的训练输出;其次通过人工鱼群算法优化的BP神经网络建立了分块压边力与成形质量的映射关系;然后采用粒子群算法对该映射函数关系式进行优化，得到最优分块压边力;最后将该最优分块压边力成形效果与整体压边力成形效果进行对比，结果表明成形效果大大改善。研究表明，采用该方法可以快速计算最优分块压边力，克服了分块压边力计算困难的缺点。
机械基础工程
基于模糊控制的汽车路径跟踪研究
汪伟, 赵又群, 许健雄, 刘文婷
2014, 25(18):  2532-2538. 
摘要 ( )   PDF (713KB) ( )  
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汽车是一个非常复杂的非线性动力学系统，难以建立精确的数学模型，而模糊控制方法适用于难以建立精确数学模型的对象。将模糊控制理论引入汽车操纵逆动力学中，以汽车三自由度模型为研究对象，根据侧向偏差和偏差变化率设计了车辆的路径跟踪模糊控制器。对某车型跟踪给定双移线和蛇形路径行驶情况进行了仿真。结果表明，模糊控制方法可保证汽车准确地跟踪给定参考路径，可以作为车辆路径跟踪控制的一种有效控制方法。
软路面下矿用自卸车侧倾响应分析与优化
董志军, 谷正气, 徐亚
2014, 25(18):  2538-2543. 
摘要 ( )   PDF (607KB) ( )  
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矿用自卸车所处路况多为松软路面，地面与轮胎作用存在变形沉陷，这对整车行驶过程中的侧倾响应有很大影响。建立了弹性轮胎-变形地面相互作用模型，并将轮胎跳动自由度与整车结合，建立了十一自由度非线性整车动力学模型。在MATLAB/Simulink环境下搭建地面-轮胎-车辆耦合系统进行仿真分析，对仿真结果与实验数据进行对比，验证了模型的正确性，同时得出，软路面下侧倾角响应较之硬路面增加1.28°，增幅达23.81%，从而验证了软路面下轮胎沉陷变形对矿用自卸车侧倾有不容忽视的影响。采用遗传算法对油气悬架参数进行联合优化，优化后侧倾值下降了16.7%，明显提高了自卸车侧倾稳定性。
考虑阀片大挠曲变形的减振器建模与参数辨识
康雨, 赵亮, 郭孔辉,
2014, 25(18):  2544-2549,2555. 
摘要 ( )   PDF (695KB) ( )  
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为建立减振器参数化数学模型，基于圆薄板大挠曲理论和弹性力学原理，推导出了阀片大挠曲变形与半径的关系式。建立外半径不全相等时环形叠加阀片的力学模型，提出用大挠曲变形解析方法与有限元分析相结合的等效模型求解方式推导出该环形叠加阀片挠曲变形的解析式。根据活塞阀系叠加阀片与复原弹簧同时变形的串联原理，建立了该双筒式减振器在复原与压缩行程中阻尼特性的数学模型。采用NSGA-Ⅱ算法对模型中难以测量的参数进行辨识，辨识后的减振器外特性仿真结果与试验数据基本吻合，说明所建立的参数化模型比较可靠，对减振器的性能调试具有指导意义。
基于模糊控制的半主动油气悬挂系统在铰接式自卸车中的应用
张春辉, 赵静一, 田兴, 罗利军
2014, 25(18):  2550-2555. 
摘要 ( )   PDF (621KB) ( )  
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针对某铰接式自卸车转向过程中出现的侧倾现象,设计了具有抗侧倾功能的模糊控制半主动油气悬挂系统，对其原理进行了阐述并建立数学模型对其特性进行了分析。结果表明，非模糊控制下的半主动油气悬挂系统满足其基本的性能要求。在该基础上针对自卸车某一转向工况下的模糊控制抗侧倾性能进行了分析,并运用Simulink中的fuzzy工具箱进行仿真。仿真分析与现场试验对比研究表明，采用模糊控制方式的油气悬挂系统有效地提高了系统的抗侧倾能力，这为工程机械油气悬挂国产化的研发提供了新的思路。
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2014, 25(18):  2556. 
摘要 ( )   PDF (81KB) ( )  
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