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2014年 第25卷 第20期    刊出日期：2014-10-25
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2014, 25(20):  0. 
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机械基础工程
飞机装配高精度测量控制网精度分析与构建准则
朱永国, 黄翔, 李泷杲, 杨国为
2014, 25(20):  2699-2704. 
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为满足飞机装配大尺寸、高精度、测量点分散的测量要求，提出了飞机装配高精度测量控制网的构建方法。该方法利用激光跟踪仪在飞机装配车间地面上布设长期保存的公共基准点，由公共基准点构成飞机装配测量控制网，建立飞机装配全局坐标系。结合近似坐标系变换和最小二乘原理，推导测量控制网的7参数误差计算式。综合利用二范数和不等式变换，研究布设误差与测量控制网精度的关系，推导布设误差传递系数。借助法方程和正定矩阵性质，证明了测量点数与测量控制网精度的关系。最后利用蒙特卡洛仿真实验给出了飞机装配高精度测量控制网的布设准则。
集群磁流变效应抛光垫的磨粒“容没”效应机理研究
白振伟, 阎秋生, 路家斌, 徐西鹏
2014, 25(20):  2705-2710. 
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针对集群磁流变抛光加工方法,研究了集群磁流变效应抛光垫对磨粒的“容没”机理。通过建立磨粒“容没”模型,并在磁流变抛光工作液中掺杂大尺寸磨粒对K9光学玻璃与硅片进行抛光加工实验，发现在粒径为0.6μm的磨粒中掺杂粒径为1.8μm的金刚石粉进行抛光后的表面质量优于粒径为1.1μm的磨粒加工的表面质量,且发现随着掺杂磨粒尺寸的增大，加工表面的Ra、Rv值虽有增大,但增长幅度远小于同等状况下游离磨粒加工的增长幅度。研究结果表明:集群磁流变效应抛光垫的磨粒“容没”效应能够使粒径不同的磨粒均匀作用于工件表面,显著减小甚至消除大尺寸磨粒对加工表面造成的损伤。
D-H法建立连杆坐标系存在的问题及改进
郭发勇, 梅涛, 赵江海
2014, 25(20):  2710-2714. 
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广泛使用的标准D-H法允许坐标系建立在轴线的延长线上,会导致不能针对所有关节连杆进行建模、建立的机器人模型与实体不一致，以及无法进行局部关节位置分析等问题。为了得到统一、直观、准确的模型建立方法，提出了一种统一的实体建模方法——坐标系固定在实体上的D-H表示法（简称CFDH法)。说明了CFDH法坐标系建立的方法、参数获取过程。以一个六自由度机械臂作为仿真对象,分别用D-H法和CFDH法对其进行建模,然后采用Newton-Raphson求逆解,比较两者计算复杂度并对两种建模方法进行整体对比。仿真和实验结果表明,CFDH法满足机器人运动学建模的需求,解决了D-H法存在的问题。
对称腔非同步排气涡旋空气压缩机热力学研究
王俊亭, 刘国平, 余廷芳, 肖根福, 宋红滚
2014, 25(20):  2715-2718. 
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为了研究对称腔非同步排气涡旋空气压缩机的热力学特性,结合其几何特点对热力学过程进行了计算。计算过程分为两排气腔压力不等和相等两个阶段，分别建立了热力学拓扑结构，避免了排气腔容积较小时引起的热力学计算误差放大。给出了与计算过程相适应的排气量、温度计算方法。热力学计算结果与实验结果相一致。对一个压缩过程中的压力和温度曲线进行了详细分析。
一种双足驱动压电直线电机
李海林, 王寅, 黄卫清, 梁宇
2014, 25(20):  2719-2723. 
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为研制高精度、大行程、大推力的压电直线电机，设计了一种基于叠层压电陶瓷的步进式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足振幅与电压成线性关系,且最大振幅可达2.9μm,电机最大无负载速度为796μm/s,最大输出推力为4.8N,达到了预期的目的。
节流调速液压系统动态特性研究
杨红艳, 崔昭霞
2014, 25(20):  2724-2728,2739. 
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为获得节流调速系统在不同工作状态下的瞬态特性,对进油、回油节流阀节流调速系统进行了数字与实验研究。建立了系统流体流动和各部件受力相互作用的动力学模型,仿真分析了系统参数——节流阀通流截面积At、负载F和油液体积弹性模量E对节流调速系统的动态特性影响;讨论了进油、回油节流阀节流调速系统的动态响应特性;通过试验验证了所设计的动力学模型的正确性。其研究方法可为设计液压系统时选择调速系统参数提供借鉴和参考。
螺旋铣孔主轴单元的精度分配
王海艳, 秦旭达
2014, 25(20):  2729-2734. 
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基于螺旋铣孔的加工原理设计了螺旋铣孔专用主轴单元,为提高整个单元的精度,对主轴单元的关键部件在设计阶段早期进行了精度分配。对影响孔精度的主要因素进行了分析，分别使用改进的统计方法和遗传算法建立了精度分配模型，统计模型中考虑了权重影响系数和精度储备系数，从刀尖的位置和定位误差角度对主轴单元进行了精度分配。
螺旋锥齿轮齿顶旋分倒棱技术研究
李佳, 石将, 陈新春
2014, 25(20):  2734-2739. 
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针对实际生产中螺旋锥齿轮主要依靠工人操作砂轮完成齿顶倒棱加工的问题，提出一种旋分倒棱加工方法。首先给出螺旋锥齿轮齿顶旋分倒棱加工原理;然后以旋分倒棱加工原理为指导,设计理论砂轮中心轨迹和实际砂轮中心轨迹生成规则,并给出计算方法;最后基于其原理和规则,建立了理论砂轮中心轨迹和实际砂轮中心轨迹的逼近模型，并通过剖析各参数对逼近误差的影响进行了有针对性的砂轮中心轨迹优化。用具体计算实例证明了螺旋锥齿轮齿顶倒棱加工工艺方法的可行性，为深入研究其加工工艺提供了可资借鉴的理论和方法。
湿式多片离合器热机耦合温度场及应力场分析
杨亚联, 张喀, 秦大同
2014, 25(20):  2740-2744,2781. 
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建立了湿式多片离合器三维有限元模型,在湿式多片离合器的热流、热传导、对流方程的基础上建立了边界条件;采用热-机耦合仿真方法，在不同的内外半径差、接合时间和接合次数等参数或工况下对钢片的温度场和应力场进行了分析。研究结果为湿式多片离合器优化设计及离合器热管理系统的建立提供了参考。
智能制造
模糊环境下基于Vague集的虚拟企业伙伴选择研究
黄彬, 余国杰, 彭育辉, 陈亮
2014, 25(20):  2745-2750. 
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为解决模糊完工时间和交货期下的虚拟企业伙伴选择问题，提出一种基于Vague集的伙伴选择方法。在给出基于Vague集的交货时间满足度概念的基础上，建立了以极大化交货时间满足度指数为优化目标的虚拟企业伙伴选择模型，该模型考虑了交货时间满足度、成本和任务间的时序关系等因素。为解决标准粒子群优化算法容易陷入局部极值的问题,引入混沌搜索方法,设计了一种混沌粒子群优化算法进行模型求解。实例分析表明，混沌粒子群优化算法比标准粒子群优化算法具有更强的局部搜索能力。
基于MapReduce和多目标蚁群算法的制造云服务动态选择算法
倪志伟, 王会颖, 吴昊,
2014, 25(20):  2751-2760. 
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基于云计算技术和云服务技术研究了云服务的动态选择问题,给出了云制造服务层次化模型,提出了一种基于MapReduce和多目标蚁群算法的制造云服务动态选择算法(CSSMA)。依据CSSMA设计了多目标蚁群算法、Map函数、Reduce函数和优化策略等,并将其分布式并行运行于制造云平台中。仿真实验结果表明:CSSMA具备良好的处理大规模问题的能力,适用于制造云服务动态选择问题的求解。
面向瓶颈漂移的制造车间生产过程优化关键技术
唐娟, 刘志, 龚本刚, 费志敏
2014, 25(20):  2761-2768. 
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针对生产过程优化决策因被动响应瓶颈动态变化而无法保证系统性能最优的问题，构建面向瓶颈漂移的生产过程优化方法，并对其关键技术进行研究，以实现优化的主动性、全局性和时效性。首先，建立包含最佳瓶颈位置判定、瓶颈预测、瓶颈漂移因素组合优化和生产调度优化的生产过程优化流程;其次，以系统全局效益最大化为目标，运用Flexsim 建模仿真技术，确定系统的最佳瓶颈位置，进而为瓶颈漂移因素的组合优化提供依据;在分析瓶颈漂移因素重要度的基础上，构建面向最佳瓶颈位置的瓶颈漂移因素组合优化方法，以促使瓶颈在制造单元能力/负荷相对平衡的条件下固定于系统最佳位置;构建差额全局效益数学模型，以实现瓶颈漂移影响度的准确度量，并以此为基础，构建生产调度驱动机制，以确定瓶颈漂移环境下生产调度启动的最佳时机，进而过滤不必要的生产调度优化过程，提高系统的稳定性;最后，通过优化汽车某部件装配过程，以验证该方法的有效性。
机械基础工程
大型模锻液压机极低速运行泄漏补偿
黄明辉, 宋文举, 李毅波, 潘晴
2014, 25(20):  2769-2774. 
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针对等温锻造中模锻液压机低速运行时液压系统泄漏影响模锻液压机稳定性的问题,运用AMESim和MATLAB/Simulink软件建立了考虑系统泄漏模型的模锻液压机极低速驱动液压控制系统的联合仿真模型，并通过实验验证了该仿真平台的有效性与精确性。分析了系统泄漏对低速性能的影响，提出了常规PID泄漏补偿控制方法和基于PID的复合泄漏补偿控制方法，并对两种方法的补偿效果作了比较。仿真结果表明基于PID的复合泄漏补偿控制方法效果更好，超调量降低至3.4%,最大系统稳态误差减小至0.686%。
高速开关阀控液压缸的位置控制
高钦和, 刘志浩, 牛海龙, 唐媛丽
2014, 25(20):  2775-2781. 
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为了研究高速开关阀在液压缸位置控制系统中的应用,在分析高速开关阀流量特性的基础上,针对高速开关阀流量控制存在的死区和饱和区,利用脉频调制(PFM)和脉宽调制(PWM)相结合的控制方式对高速开关阀进行补偿，使其流量线性化。在液压缸控制过程中,针对纯反馈的滞后性和前馈控制抗干扰性差的特点,提出了前馈-反馈的控制策略,即对高速开关阀提前给定一定频率和占空比的脉冲信号,利用模糊算法实时调整高速开关阀的工作频率和占空比,对液压缸中活塞的位移误差进行修正,以达到对液压缸中活塞位置的精确控制。利用节点容腔法建立了液压缸的进油和回油支路的流量与力学方程，并在Simulink环境下建立起仿真模型，通过FESTO液压实验平台搭建油路进行实验验证，得出了仿真与实验情况下的液压缸中活塞位移及高速开关阀的频率、占空比特性曲线。仿真与实验对比结果表明：综合运用模糊控制修正的前馈-反馈控制策略与PWM-PFM相结合的控制算法，可有效实现液压缸中活塞位置的精确控制，其误差可控制在-0.3~0.3mm内。
可变磁路式永磁悬浮系统的动力学特性研究
孙兴伟, 路英园, 孙凤, 金俊杰, 王可
2014, 25(20):  2782-2787. 
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介绍一种由伺服电机、盘状径向磁化永磁铁和导磁体组成的可变磁路式永磁悬浮系统。该系统中永磁铁提供悬浮力,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的磁通量，实现悬浮力的实时控制。该悬浮系统可以实现零吸引力,避免接触吸附问题,可以实现稳定状态下的零功率悬浮,达到节能减排的目的;可以任意改变磁极特性，实现在多自由度系统上的灵活应用。在综合考虑系统漏磁特性的条件下建立系统的参数化模型，分析系统的动力学和控制特性,然后进行系统的悬浮特性仿真研究,结果表明该系统在一定外扰下可实现稳定悬浮，并且具有较理想的时域和频域响应特性。
车辆稳定性系统与四轮转向系统集成控制研究
宋宇, 陈无畏, 陈黎卿,
2014, 25(20):  2788-2794. 
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通过ADAMS/Car软件建立了车辆虚拟样机模型，车辆模型具有四轮独立制动和四轮转向的能力。在车辆稳定性系统和四轮转向系统的基础上，基于MATLAB设计了一种分层式集成控制系统，由上层控制器和下层子系统控制器组成。下层子系统控制器包括车辆稳定性控制子系统(以目标横摆角速度为控制目标)和四轮转向控制子系统(以车身质心零侧偏角为控制目标)。上层控制器为基于规则的系统管理控制器，考虑子系统间的相互耦合因素，协调子系统间的工作关系。理论分析和仿真结果表明，构建的分层式集成控制系统是一个行之有效的综合仿真和优化控制的系统，其性能优于单独控制和叠加控制，使车辆的操纵稳定性和安全性得到显著提高，所得结果为集成控制在车辆工程中的实际应用提供了参考。
蒙皮点阵结构参数化及力学性能优化
仲梁维, 李小伟
2014, 25(20):  2795-2800. 
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针对蒙皮点阵结构的拓扑参数设计困难的问题，提出了基于胞元拓扑结构的蒙皮点阵结构建模方法，构建了蒙皮点阵结构试件的参数化建模及力学性能协同优化系统。将5种胞元构成的试件的蒙皮厚度与胞元尺寸及支柱截面半径作为优化参数，试件质量、变形和应力等设定为优化目标，使试件在分别受到压缩、弯曲、扭转载荷时具有较好的力学性能，从而得到轻质、高强度的点阵结构材料。研究得到了在各种载荷下蒙皮点阵材料的设计与优化的分析方法及各种胞元结构试件力学性能的数据，并通过实例验证了该方法的正确性及可靠性。
基于RBF-HDMR的高强钢材料参数反求
殷为洋, 王琥, 冯慧, 李恩颖, 汤龙
2014, 25(20):  2801-2805. 
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将RBF(radial  basis  function)-HDMR(high dimensional model representation)近似模型技术应用到高强钢DP600的Johnson-Cook(JC)模型参数反求中，在落锤试验测得位移-时间曲线的基础上,建立了以计算机仿真结果与试验数据之间的误差为目标输出，待求参数为设计变量的近似模型。结合遗传算法反求出DP600钢板的JC模型参数，将反求的参数输入模型，计算得到的仿真位移曲线与试验结果对比表明，该近似模型方法具有较高的精度。
铝合金点焊拉剪接头疲劳性能及寿命分析
石燕栋, 郭海丁
2014, 25(20):  2806-2810. 
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研究了铝合金AA5754点焊拉剪接头的疲劳性能,获得了不同厚度试件的载荷寿命曲线。研究了铝合金焊点的疲劳失效模式，讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式，并测量了裂纹扩展路径与点焊熔核界面之间的角度。分析了点焊拉剪试件在同时承受I型和II型载荷时,疲劳裂纹的扩展方向,并与测量值进行了比较。利用疲劳破坏后沿铝板厚度方向的实际裂纹长度修正了裂纹尖端的局部应力强度因子,提出了评价焊点寿命的疲劳参量K(i),并对试验数据进行了分析比较。结果证明K(i)可以有效关联试件尺寸效应和焊点疲劳寿命,能够用于预测焊点疲劳寿命。
先进材料加工工程
汽车用第三代高强度钢QP980冲压成形性研究
郑德兵, 柳一凡, 吴纯明, 余欢庆
2014, 25(20):  2810-2813. 
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QP钢是一种高强度高塑性的第三代高强度钢,为了论证QP980的冲压成形能力,采用虚拟成形分析和冲压实验相结合的方法研究了汽车用第三代高强度钢板QP980的冲压成形性,并与汽车常用的CR340、DP600、DP800、DP1000四种高强度钢板进行了对比研究，研究结果证明QP980的强度略高于DP1000的强度,冲压成形性则是QP980比DP600略好。应用第三代QP钢可解决高强度且形状较复杂的零件成形问题,在汽车安全性和轻量化研究中QP980可发挥重要作用。
机械基础工程
主动前轮转向系统改进型变传动比曲线设计
周兵, 范璐, 吕绪宁
2014, 25(20):  2813-2818. 
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为提高低附着系数路面下的车辆操纵稳定性,基于拟合变传动比曲线，采用模糊推理方法，设计了自适应改进型变传动比曲线，把可变传动比功能拓展至稳定性控制层面。在MATLAB/Simulink中的仿真分析验证了所设计的改进型变传动比曲线的有效性。当在线估算的路面附着系数减小时，车辆系统的增益也相应减小,从而使车辆理想横摆角速度响应也减小，提高了车辆在低附着路面行驶时的稳定性和安全性。
基于刚柔耦合模型的电动轮自卸车平顺性分析与优化
伍文广, 谷正气, 米承继
2014, 25(20):  2819-2824. 
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为了分析和优化自卸车的平顺性,在国内某矿山上对某国产大型电动轮自卸车进行了平顺性试验，得到了其甲板、座椅等位置的振动加速度并进行了分析，结果表明，其行驶平顺性较差，应当对其进行优化。为了提高平顺性分析动力学模型的精确性,建立了包含柔性化车架的整车刚柔耦合多体动力学模型，并通过试验数据对模型进行了验证，结果表明，所建立的模型精度比纯刚体动力学模型提高了11.5%。针对非线性油气悬架的特点，以油气悬架结构参数为设计变量，以平顺性综合评价值为目标函数，建立了平顺性优化近似模型,采用Pointer算法对其平顺性进行了优化，结果表明，优化后自卸车的平顺性提高了27%。
智能制造
基于视觉的车位线识别算法
白中浩, 周培义, 王飞虎
2014, 25(20):  2825-2829. 
摘要 ( )   PDF (510KB) ( )  
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提出了一种自动泊车系统中采用视觉方法通过识别车位线来确定泊车位的算法。采用金字塔分层搜索策略，首先，在灰度直方图上应用K均值聚类法对图像进行二值化，提取车位线骨架，采用Hough变换检测骨架，并利用基于密度的无参数聚类方法对骨架线聚类，在金字塔高层图像上确定车位角点候选点;然后，在金字塔最底层图像上选择感兴趣区域，采用改进的基于距离变换的骨架提取算法提取骨架，使用遗传算法对车位角点骨架进行精确匹配，根据实际车位角点的分布特征确定目标车位;最后，在室外不同环境下采集多张车位图片进行算法的有效性和快速性验证实验。实验结果表明,采用基于视觉的车位线识别算法进行车位检测能较大地提高检测的效率和识别正确率。
机械基础工程
汽车动力总成悬置系统隔振性能仿真方法
陈克, 吕品
2014, 25(20):  2830-2834. 
摘要 ( )   PDF (543KB) ( )  
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针对动力总成悬置系统隔振性能的优劣影响整车的NVH特性,应用隔振原理,给出了由加速度均方根值定义的系统隔振传递率表达式;基于双层隔振机理,分别建立了动力总成6自由度悬置模型和包括车架的12自由度整车模型,并通过仿真分析比较了两种模型的固有特性和频域响应;在怠速工况下研究了悬置软垫处的加速度响应;最终获得各悬置点的隔振传递率曲线。研究结果表明,整车模型能够反应悬置系统的振动特性及其隔振传递率。
基于多目标遗传算法的扭转梁式后悬架分析与设计
赵亮, 晏海军
2014, 25(20):  2835-2839. 
摘要 ( )   PDF (547KB) ( )  
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通过推导扭转横梁的剪切中心，建立了某扭转梁式后悬架等效侧倾运动学模型，计算得到了前束角、轮距以及侧倾中心随侧倾运动时轮跳的变化关系。利用多目标遗传算法，将悬架横梁的位置、衬套中心位置作为设计变量，以车轮运动的前束角、轮胎侧向滑移量以及静态侧倾中心高度为目标函数对数学模型进行了优化，一次性获得了所有的非支配解。通过获得的Pareto解的边界，选择合适的悬架侧倾运动学特性，可以指导扭转梁式后悬架的设计，大幅提高扭转梁式后悬架的设计效率。
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2014, 25(20):  2840. 
摘要 ( )   PDF (80KB) ( )  
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