中国机械工程

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2014, 25(22): 0.

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新型环面渐开线齿轮齿面生成和几何特性研究

曹涛, 刘雷

2014, 25(22): 2983-2992.

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环面渐开线齿轮是一种对安装误差不敏感，无须修形就具有良好啮合性能，并且加工便捷的新型齿轮。根据环面渐开线齿轮的加工原理，从产形齿条的齿面方程出发，推导了凸环面渐开线齿轮和凹环面渐开线齿轮的完整齿面方程；利用MATLAB编程计算出环面渐开线齿轮齿面上点的三维坐标值，生成了精确齿面，并在Pro/E中建立了齿轮的实体模型；基于齿面数学模型，通过计算仿真对环面渐开线齿轮的根切与尖化现象进行了分析，获得了环面渐开线齿轮的根切界限曲线、尖化初始点以及不发生根切与尖化现象的最大齿宽；根据已生成的齿面进行有安装误差条件下的齿轮接触分析，证明了环面渐开线齿轮对安装误差不敏感。

水下作业机具液压系统管路动态特性的简化建模

董春芳, 冯国红, 孟庆鑫

2014, 25(22): 2992-2996.

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针对一种具有长管路的水下作业机具液压系统，根据管路及其流体传输特点，基于流体传输管路动力学理论建立了考虑管路效应的液压系统数学模型，探讨了管路阻抗模型及其参数的选择。对照充液管路的质量-弹簧-阻尼模型,采用频域模型降阶方法对原管路模型进行了简化，给出了简化模型的参数计算公式并进行了仿真分析,结果表明,得到的简化模型对原模型有很高的近似度，比原模型更便于工程应用。

新型非圆齿轮分度装置

郑方焱, 张争艳, 陈定方, 刘有源

2014, 25(22): 2997-3002.

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结合非圆齿轮差动轮系的原理和分度装置的运动要求,提出一种新型非圆齿轮的分度装置。阐述了分度装置的数学模型,推导了分度装置中各齿轮的传动比函数;论述了分度装置中一对非圆齿轮的设计方法;对分度装置进行了相关分析,研制出了该分度装置,从而验证了该分度装置在原理和设计上的可行性。

基于给定工作空间的6R型机器人D-H参数优化设计

甘屹, 王均垒, 孙福佳

2014, 25(22): 3003-3007,3011.

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运用解析法分析并确定了影响6R型机器人工作空间的相关关节，进而运用图解法获得了6R型机器人工作空间边界曲线，并建立了6R型机器人工作空间的三维仿真模型。为了得到紧凑的结构，在给定工作空间的情况下，利用遗传算法对6R型机器人的D-H参数进行优化设计，得到了满足约束条件且使机器人连杆长度最小的最优解，并通过6R型机器人三维模型工作空间验证了优化结果的合理性。

新型环保抛光液的制备及其对软脆碲锌镉晶片的化学机械抛光

张振宇, 宋亚星, 徐朝阁

2014, 25(22): 3008-3011.

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针对软脆碲锌镉晶片的传统加工工艺“游离磨料-抛光-化学机械抛光”存在的缺点，提出“固结磨料研磨-新型绿色环保抛光液化学机械抛光”新方法。固结磨料研磨工艺为：采用3000号刚玉防水砂纸，压力为17kPa,抛光盘与抛光垫转速均为80r/min,研磨时间为5min。新型绿色环保抛光液含有双氧水和硅溶胶，采用天然桔子汁作为pH值调节剂。化学机械抛光工艺为:采用自行研制的化学机械抛光液，绒毛抛光垫，抛光压力为28kPa,抛光盘与抛光垫转速均为60r/min,抛光时间为30min。试验结果表明，经过上述加工可获得超光滑的表面，表面粗糙度算术平均值、均方根值、峰谷值分别可以达到0.568nm、0.724nm、6.061nm。

新型轮式载人月球车滑移转向初探

王春燕, 段婷婷, 赵万忠, 于蕾艳, 吕泽炜

2014, 25(22): 3012-3017.

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载人月球车转向系统设计的好坏直接影响月球车的平稳性、路径跟踪及紧急避障能力。将滑移转向技术与载人月球车有效结合,提出了一种新型载人月球车滑移转向系统，研究其动力学与运动学建模方法。在分析载人月球车滑移转向的纵向行驶特性、方向稳定性及原地转向特性的基础上，设计了载人月球车滑移转向系统横摆角速度PID闭环控制控制器，实现了车辆自主横摆角速度的跟踪控制。仿真结果表明，载人月球车滑移转向系统具有较好的原地转向能力，在转向过程中不仅兼顾了滑移转向车辆低速时的转向轻便性，而且有效地改善了车辆的操纵性能和跟踪性能。

基于移动最小二乘法的渐开线齿轮齿廓曲线拟合方法

孙永厚, 肖威, 黄美发, 胡汝凯

2014, 25(22): 3017-3021.

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针对现有渐开线齿轮齿廓曲线拟合方法精度不高的缺点，提出了一种用移动最小二乘法(MLS)拟合齿廓曲线的新方法，并通过齿距偏差的计算对该方法进行了实例验证。利用三坐标测量机对某齿轮进行测量，得到齿廓数据点和齿距偏差;根据移动最小二乘法原理和实验数据,用MATLAB编程实现了齿廓曲线的拟合;根据拟合结果,利用图解法计算出了左齿廓齿距偏差。与最小二乘法(LS)的拟合结果的对比表明,用移动最小二乘法拟合齿廓曲线精度更高，误差更小，具有良好的拟合效果。齿距偏差计算结果表明,单个齿距偏差和齿距累积偏差与实测值一致,表明该方法准确、有效。研究结果可为齿廓曲线的拟合和齿距偏差的计算提供参考。

螺旋铣孔工艺的切削稳定性及工艺参数规划

刘长毅, 唐治安, 杨生, 路远东

2014, 25(22): 3022-3027,3065.

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以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给，沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃的瞬时受力特性;动力学模型中同时包含了主轴自转和螺旋进给两种周期对系统动力学特性的影响，并分别建立了轴向切削稳定域和径向切削稳定域的预测模型,求解了相关工艺条件下的切削稳定域叶瓣图。在切削力和动力学模型基础之上，研究了包括轴向切削深度、径向切削深度、主轴转速、周向进给率、轴向进给率等切削工艺参数的多目标工艺参数规划方法。最后通过试验对所规划的工艺参数进行了验证，试验过程中未出现颤振现象，表面粗糙度、圆度、圆柱度可以达到镗孔工艺的加工精度。

高阶变性偏心共轭非圆齿轮的凹凸性及根切判别

陈建能, 叶军, 赵华成, 徐高欢, 王英

2014, 25(22): 3028-3033.

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为满足一个运动周期内传动比有多个非对称变化的要求,提出了一种新型非圆齿轮形式——高阶变性偏心共轭非圆齿轮，建立了高阶变性偏心共轭非圆齿轮节曲线方程。依据微分几何原理,推导建立了主从动轮节曲线的凹凸性判别条件和加工过程中不发生根切时齿轮模数与节曲线最小曲率半径之间的关系。运用VB语言编写了高阶变性偏心共轭非圆齿轮的设计与仿真程序，并通过算例予以验证。

负压活门特性

郑新华, 谢利理, 刘丽卓, 杨亮璞

2014, 25(22): 3033-3037.

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介绍了CYT-xx压力调节系统的组成,解释了负压活门的结构和工作原理。将薄片材料的形变理论应用于负压活门的膜片,得出膜片活动范围内活门开度与压差之间存在线性关系的结论，给出了活门有效气流面积的计算方法，推导出活门取得最大名义气流面积应满足的条件。在分析活门动态特性时，仅考虑膜片形变过程的外部特性满足不了系统的稳定性要求，于是，从高分子材料内部特性出发，建立了描述膜片形变过程的动态方程，并据此分析了系统稳定所必须的条件，指出满足稳定性要求条件下提高快速性的方向。试验结果表明，活门半径越大，泄压过程越快。

基于双NURBS参数混合插补算法的五轴联动交叉耦合控制器研究

董伯麟, 刘洋, 王治森

2014, 25(22): 3038-3044.

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针对零件复杂曲面高速高精度数控加工的需求，分析五轴联动数控加工系统刀具运动轨迹中的轮廓误差和方向误差，建立了该轮廓误差和方向误差的实时计算模型，从而得出系统跟踪误差计算模型；在此基础上设计出一种基于双NURBS参数混合插补算法的五轴联动数控系统交叉耦合控制器,并对其进行仿真,仿真结果表明,使用该交叉耦合控制器能有效提高五轴联动数控系统的零件加工精度。

基于旋转变换的鞋楦变翘曲面重构CAD技术

胡小春, 赵宝, 张晴晴, 董亮

2014, 25(22): 3044-3049.

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为推动鞋楦设计的快速化、个性化、多样化发展，提出并实现了一种基于旋转变换的鞋楦变翘曲面重构CAD技术。交互选定两变换截面,通过旋转变换将鞋楦前翘高、后翘高等参数值变换到个性化设计需求值；对变换后的鞋楦进行均化处理，实现两变换截面处的鞋楦曲面平滑过渡;对楦底腰窝部中轴线进行微调并将微调量映射到鞋楦模型上来设计与变换后鞋楦相匹配的鞋楦腰窝段。利用提出的曲面重构过程在MATLAB软件平台上设计了参数化和可视化交互式两种方法进行鞋楦变翘设计的CAD模块，其界面具有操作简单方便、易于实时编辑的特点。通过对算法实现结果的高斯曲率和体积进行分析,rhf 验证了重构后鞋楦模型能很好地保持原鞋楦的合脚性及曲面光顺性特征。

大刚体姿态计算及多轴同步协调控制技术

屈稳太, 应蓓华, 董凤莲

2014, 25(22): 3050-3055.

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大刚体的姿态计算及其高精度控制是飞机、舰船等大型机器总装生产线的关键技术。针对一种六自由度的大刚体的姿态控制系统提出一种快速的姿态计算方法和高精度的多轴协调控制方法。以基础平台建立固定坐标系，以大刚体的中心建立连体坐标系，在此基础上建立大刚体姿态计算数学模型，通过测量大刚体上4个靶标的初始位置和目标位置，就可计算出大刚体4个支撑柱的三坐标的位移增量；在多轴同步控制技术中，引入同步误差积分补偿方法(CSEI)，通过同步误差在相反方向的控制作用，可显著提高大刚体姿态调整的速度和精度。仿真表明,所提出的姿态计算方法和CSEI控制方法快速有效，对工程应用具有指导意义。

钛合金Ti6Al4V高速磨削试验研究

田霖, 傅玉灿, 杨路, 赵家延

2014, 25(22): 3056-3060.

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为实现难加工材料钛合金的高效磨削,进一步发挥高速磨削的潜力,开展了钛合金Ti6Al4V高速磨削工艺试验研究,对磨削过程的磨削力、磨削比能以及磨削温度随单颗磨粒最大切屑厚度agmax的变化特征进行了分析。研究结果表明：不同砂轮线速度vs条件下,磨削力、磨削比能及磨削温度三者随单颗磨粒最大切屑厚度agmax变化的特征曲线略有不同，具体表现为，单颗磨粒最大切屑厚度agmax一定条件下，磨削力及磨削比能随着磨削速度的提高呈减小趋势,磨削温度则呈上升趋势,同时钎焊CBN砂轮的磨削力、磨削比能低于陶瓷结合剂及电镀CBN砂轮的磨削力、磨削比能，因此，利用钎焊CBN砂轮磨料有序排布的优势,选择合理的单颗磨粒最大切屑厚度,可在提高砂轮线速度的同时提高进给速度，从而提高磨削效率，实现钛合金的高速高效磨削。

MEMS中变截面梁弯曲数学模型的建立

孙江宏, 易源霖, 赵秋玲, 刘旭

2014, 25(22): 3061-3065.

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在MEMS结构中采用变截面梁来减小应力集中的影响。建立的变截面梁弯曲数学模型可为MEMS器件加工工艺提供理论依据。以增加空间利用率且保持最大转角和最大挠度不变为前提条件，分别构建了最大转角尺寸刚度Kφ和最大挠度尺寸刚度KW表达式；对比原设计参数的尺寸刚度，创建了梁长度和端面高度与尺寸刚度的关系式，从而为MEMS结构中梁的设计提供了理论支撑。

基于多域特征与高斯混合模型的滚动轴承性能退化评估

张龙, 黄文艺, 熊国良, 曹青松

2014, 25(22): 3066-3072.

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视情维修可避免维修不足与维修过剩等问题,滚动轴承性能退化程度量化评估是实现视情维修的基础。提取滚动轴承早期无故障振动信号的时域、频域特征构建多域特征矢量，建立无故障轴承高斯混合模型(GMM)。将轴承后期振动信号的多域特征矢量输入该GMM模型，得到测试样本与无故障样本之间的量化相似程度，以此建立多域对数似然概率(MDLLP)值作为滚动轴承性能退化定量指标。MDLLP的取值上限为1,便于实际使用中确定轴承性能退化状态。轴承疲劳试验表明，该方法能及时发现轴承早期故障，并能很好地跟踪故障发展趋势，最优特征的选择与变换对评估效果具有较大影响。

Zwicker时变响度的一种计算方法

周明刚, 董琦飞, 刘阳, 陈源

2014, 25(22): 3073-3076.

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根据德国标准DIN 45631/A1,在Zwicker稳态响度模型的基础上,模拟了频域和时域掩蔽效应，通过引入一个时间常量来描述响度的动态行为,设计并基于MATLAB实现了Zwicker时变响度的计算算法。选用国内某汽车持续加速时的噪声样本为算例进行计算,计算结果与B&K公司的声品质软件Sound Quality的计算结果具有良好的一致性,从而验证了该时变噪声响度计算方法的准确性。

基于单激发端多接收端压电阵列的板内损伤检测

田振华, 徐鸿, 李鸿源, 常愿

2014, 25(22): 3077-3080,3087.

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基于超声导波技术研究了板状结构的损伤检测。理论分析了平板中Lamb波的传播特点;利用有限元耦合场模拟方法模拟了平板中Lamb波的传播及裂纹对Lamb波的影响;根据有限元模拟结果，分析了裂纹尺寸对Lamb波传播的影响;为检测损伤的位置,建立了单激发端多接收端的压电阵列;结合概率成像算法,建立了损伤分布场,该分布场的成像结果直观地反映了损伤的位置和严重程度。

基于贝叶斯运行模态分析法的砂轮架动态特性分析

胡育佳, 徐琳琳, 李郝林

2014, 25(22): 3081-3087.

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为了研究砂轮架的固有模态和在工作环境中的谐波模态，运用贝叶斯理论和运行模态分析相结合的模态参数识别技术——分步测试的贝叶斯运行模态分析法对环境状态下的砂轮架进行模态识别,获得了结构的动态特性，包括固有频率、振型以及阻尼特性等，并对外激励和预测误差水平以及信噪比进行了评估;将该模态识别结果与传统试验模态分析结果进行对比,验证了贝叶斯运行模态分析法的应用可行性；进一步在工作环境下对砂轮架进行了振动测试，对比开机前的模态识别结果和开机后砂轮架的功率谱密度图，成功地区分出砂轮架的固有模态和实际工作环境中由结构周期激励引起的谐波模态。

宏微运动平台连接架的多工况动力学特性分析

张璐凡, 隆志力, 念龙生, 方记文,

2014, 25(22): 3088-3092,3108.

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为探究宏微运动平台连接架在多工况下的动力学特性，针对宏微运动过程中的连接架进行了多工况受力分析。利用有限元方法，对各个工况下的连接架开展静态和动态分析与计算，得到了相应的应力和变形分布，并获得了连接架最大应力和变形随载荷变化的规律。通过计算振动模态，得到了前6阶固有频率和振型。利用锤击法进行测振实验，实验结果验证了仿真数据的正确性。

异型截面构件一模多腔充液成形模具布局研究

郎利辉, 张帆, 程鹏志, 王韬

2014, 25(22): 3093-3097.

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采用数值模拟和试验研究相结合的方法,优化了汽车底盘零件典型代表之一的悬架臂的充液成形多工步工艺路线;为了提高成形效率和成形质量的一致性,采用一模多腔模具结构研究了模具布局对零件充液成形的影响。研究结果表明：相比于其他布局方式，充液成形模具布局采用两个C型模具对称分布时,既可改善零件模具受力状况,保证零件质量,又能提高生产效率,是一种合理的布局方式。

径向锻造工艺参数对锻透性的影响

栾谦聪, 董湘怀, 吴云剑

2014, 25(22): 3098-3103.

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将轴类锻件径向锻造过程的锤迹投影到单位圆柱面上,分析了径向压下率、轴向送进率等工艺参数应满足的约束条件,推导了判断径向锻造锻透性的经验三角形法则与锻造工艺参数的关系,分析了锻造工艺参数对锻透率的影响；为了验证经验法则的有效性,对轴类锻件径向锻造过程进行了数值模拟,以等效应变应大于临界值以及不出现轴向拉应力作为锻透性的判断准则，分析了工艺参数对锻透率的影响。经验准则计算结果与数值模拟结果的比较表明:采用经验准则能够有效地判断轴类锻件径向锻造过程中的锻透性，其结果偏于安全。

铝合金焊点疲劳性能及其影响因素分析

石燕栋, 郭海丁

2014, 25(22): 3104-3108.

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研究了铝合金AA5754和AA6111-T4焊点的疲劳性能,获得了不同厚度及试件类型的焊点疲劳数据;研究了试件类型不同时焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式;分析了铝合金焊点疲劳寿命的影响因素。结果表明:焊点疲劳失效模式主要有两种,分别是母材“眉状”裂纹断裂和焊点熔核界面断裂;母材对焊点疲劳寿命影响不大;循环载荷比对焊点寿命有一定的影响,增大载荷比导致焊点疲劳寿命略有下降;试件类型对焊点寿命有很大的影响,应在设计中避免焊点承受剥离载荷。

动力总成悬置系统优化中悬置刚度灵敏度分析

刘达斌, 蒋胜强, 毛江, 罗玉宝

2014, 25(22): 3109-3113.

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针对某车动力总成悬置系统振动耦合严重的问题，建立了该车动力总成悬置系统六自由度模型，通过ADAMS/Insight模块对悬置元件的各刚度参数进行灵敏度分析。以分析找出的主要敏感参数为设计变量，结合振动解耦理论，以提高系统解耦率及使动力总成悬置系统的扭矩轴和弹性轴平行为目标,对该悬置系统参数进行了优化，并对优化前后车辆进行了路试验证。结果表明，优化后的悬置系统隔振能力有了较大提高,说明通过对相关参数进行灵敏度分析，减少设计参数，可提高优化效率。

汽车EPS和AFS衰减路面冲击集成控制

周兵, 范璐, 徐蒙, 胡晓岚

2014, 25(22): 3114-3118.

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为衰减车辆行驶时受到的路面冲击，建立了人-车-路闭环系统数学模型，设计了电动助力转向(EPS)和主动前轮转向(AFS)集成控制算法,运用阻尼补偿控制和最优控制分别设计了电动助力转向和主动前轮转向子系统。在MATLAB/Simulink中的仿真结果表明，单独主动前轮转向控制不能衰减驾驶员把持力矩振动,单独电动助力转向阻尼控制对转向盘角速度振动和车辆横摆角速度振动衰减效果不佳，而集成系统可以很好地同时抑制驾驶员把持力矩振动、转向盘角速度振动和车辆横摆角速度振动,提高了驾驶舒适性、操纵稳定性和行驶安全性。

悬架弹簧工作应力和刚度分析

骆振兴, 董明明, 曾荣兵

2014, 25(22): 3119-3123.

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根据螺旋线空间曲梁理论，对悬架弹簧进行了受力分析，得到了考虑剪切作用影响、转动惯量影响和螺旋升角的刚度计算公式。通过引入修正系数，提高了所得公式的计算精度，并根据公式讨论了螺旋升角对弹簧刚度的影响。有限元分析和试验方法验证了结论的有效性。

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2014, 25(22): 3124.

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