中国机械工程

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2015, 26(6): 0.

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航空钛合金结构件铣削刀具性能模糊综合评判

赵威, 王盛璋, 何宁, 李亮, 杨吟飞

2015, 26(6): 711-715.

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目前国内航空制造业对钛合金铣削刀具的选择仍缺少系统的评价方法，往往造成实际加工过程中刀具成本增加、加工质量不稳定、加工效率低下等问题。为此，根据航空钛合金结构件的工艺特点，应用模糊数学理论构建了面向航空钛合金结构件粗精加工的铣削刀具性能的模糊综合评判模型；设计了考虑航空钛合金结构件典型难加工特征的基准件，制定相应的加工工艺并进行铣削加工试验；最后应用所构建的模糊综合评判模型进行了刀具性能评判。结果表明，所构建的模糊综合评判模型可以快捷、有效地评判刀具性能，为航空钛合金结构件铣削刀具的合理选择与刀具性能的综合评判提供了一条新途径。

新型点磨削砂轮磨削参数对磨削温度影响研究

尹国强, 巩亚东, 王超, 崔权

2015, 26(6): 716-720.

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提出了一种带有粗磨区倾角θ的陶瓷结合剂CBN点磨削砂轮，这种新型砂轮具有磨除率高、加工精度好等优点。研究了磨削热产生与分配理论和红外测温原理。分别用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削QT700材料的阶梯轴,用Thermovision A40M热像仪测量砂轮磨削工件时接触区的平均温度,得出了偏转角α、磨削深度ap、工件轴向进给速度vf和砂轮速度vs在磨削过程中对磨削温度的影响规律，并且比较了在同一组磨削参数下,三种不同θ角砂轮对磨削温度的影响情况。

基于公理设计的机械系统稳健性分析及应用

程贤福, 李骏, 徐尤南, 朱启航

2015, 26(6): 721-728.

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以用户需求为切入点，对产品的功能语义和功能需求进行元模型描述,将用户需求转化为功能要求。以公理设计为指导框架，基于独立公理和Z字形映射方式,寻找并确定设计参数，明确功能要求之间及其与设计参数的相互关系，建立完整设计矩阵。将公理设计矩阵转换为设计结构矩阵并对其进行重构，生成几个相互之间具有较小依赖度的聚类耦合模块，得到系统稳健关联矩阵。然后将各个模块之间的关联参数作为可控因素，通过试验设计分析其对目标影响的重要程度并实施针对性的控制与调整，从而提升机械产品系统的稳健性。基于所提出的稳健性分析方法进行了起重机小车的设计，说明了该方法的应用过程,证明该方法是可行性的。

液压型风力发电机组主传动系统压力控制特性研究

艾超, 叶壮壮, 孔祥东, 廖利辉,

2015, 26(6): 729-732.

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液压型风力发电机组主传动系统为定量泵-变量马达闭式系统，风机并网后依靠变量马达变排量机构对系统进行控制。研究了系统压力控制特性，建立了并网后主传动系统数学模型,得出了系统压力对马达斜盘摆角的传递函数。利用MATLAB辨识工具箱，根据实验数据，对系统压力控制模型进行数据辨识，并与理论模型进行对比，验证了理论模型的准确性，为液压型风力发电机组通过压力控制实现最佳功率追踪控制奠定理论与实验基础。

光刻旋涂中的膜厚分析与数值模拟

刘学平, 郑钢,

2015, 26(6): 733-736,742.

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旋涂法是光刻工艺中涂胶的重要方法,在旋涂经典EBP方程和考虑挥发与转速关系的溶剂挥发模型基础上，通过数值模拟对溶剂挥发模型提出的过渡点增加了动态参数因子补偿，得出更合理的膜厚拟合方程。通过自制的旋涂验证装置进行光刻涂胶实验并采集相关实验数据来验证拟合方程的正确性。利用该优化的拟合方法来指导实践,可制定更为合理的实际工艺参数。

刀具几何参数对钛合金铣削力和表面完整性的影响

谭靓, 张定华, 姚倡锋, 任军学

2015, 26(6): 737-742.

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针对TC18钛合金铣削过程，采用正交试验研究了硬质合金刀具几何参数对铣削力和表面完整性的影响，建立了铣削力经验模型，并分析了铣削力对刀具前角、后角和螺旋角的绝对灵敏度和相对灵敏度；采用田口法分析了刀具几何参数对表面粗糙度和表面残余应力的影响。结果表明：大前角、小后角、大螺旋角的条件下铣削力较小，铣削力对刀具螺旋角的变化最敏感，对后角次之，对前角最不敏感；铣削表面均为残余压应力，刀具螺旋角对表面粗糙度的影响显著，刀具后角对表面残余应力的影响显著。

齿轮成形磨削砂轮廓形优化研究

丁国龙, 张颂, 赵大兴, 赵迪, 赵东雄

2015, 26(6): 743-748,755.

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砂轮廓形优化对齿轮成形磨削精度和效率的影响至关重要。从齿轮端面建立了完整齿廓数学模型，其中非渐开线过渡部分采用圆弧曲线，利用无瞬心包络法求解了磨削一个齿槽的完整砂轮廓形，推导了左右固定弦齿间点解析式。调整了砂轮安装角以改变砂轮与工件的左右齿面的接触线形状和位置，使左右更对称；调整了固定弦齿间点在齿面上的位置，使之靠近分度圆，接触线分布集中，发散小。基于线性加权和法建立了多目标优化模型，以磨削效率高、左右接触线对称、单齿接触线长度最短为优化目标，利用MATLAB开发优化程序对砂轮廓形进行了优化。通过实例计算验证了调整砂轮安装角和固定点位置对砂轮廓形优化的有效性。

基于变频调节的快锻液压系统节能与控制研究

姚静, 李彬, 宋豫, 孔祥东, 张哲

2015, 26(6): 749-755.

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针对快锻时不足5%的传动效率造成的液压传动系统高能耗问题，提出由变频直驱泵与蓄能器结合起来而构成的新型泵-蓄能器复合动力源系统，并以泵口压力为控制目标，通过模糊自整定压力闭环控制策略，实现低装机功率下动力源的无溢流稳压输出，也为锻造液压机电液比例控制系统提供了稳定的动力输入。为减少节流损失，压下时利用差动回路。建立了泵头单元的数学模型，给出了确定蓄能器工作参数的基本原则。实验研究表明，基于变频调节的快锻液压系统位置误差可达0.2mm，较电液比例阀控系统总能耗降低65.3%，传动效率提高13.4%。

组合式螺旋桨重心误差评价与修正

梁延德, 孙捷夫, 何福本, 鲁亚恒

2015, 26(6): 756-761.

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由于桨叶在成形加工过程中受制造精度、材料缺陷及装配误差等非设计因素的影响，导致组合式螺旋桨的实际重心位置与理论设计重心位置不一致，对其力学性能会产生不良影响，因此需要对相关桨叶进行重心误差评价和去重处理以修正重心误差。提出了重心最小包容球和重心公差球的概念和算法，并以此为依据判断桨叶是否需要进行重心修正。同时根据重心组合原理，分别以修正质量最小和桨叶重心离散程度最小为标准，提出了相应的修正方案，并利用理论分析和仿真实验相结合的方法验证了方案的可行性。

振动挖掘系统流量控制参数分析

韩军, 肖伟, 冯继新, 徐亮, 顾俊

2015, 26(6): 762-765.

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振动挖掘系统流量控制参数决定了振动挖掘力的特性，对振动挖掘作业效能具有重要的影响。建立了振动挖掘多连杆机构的运动学模型，推导了铲斗油缸伸长量与振动挖掘振幅的灵敏度计算公式,给出了振动挖掘力和铲斗油缸压力的求解方法，在流量控制信号输入模型中，应用傅里叶级数解决了方波、三角波振动控制信号求导问题，用数值分析方法对流量振动控制中的波形、灵敏度系数和油缸压力分布进行了分析,最后通过试验对流量振动控制模型进行了验证。

“天河一号”工业设计仿真云平台中间件研究

邓子云, 章兢, 刘杨兵, 肖久如

2015, 26(6): 766-772,798.

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在“天河一号”超级计算机上搭建了工业设计仿真云平台，研发了该平台的核心部件——工业设计仿真云平台中间件,该中间件软件集成了多款大型CAE软件、SLURM作业调度软件、License管理软件、计算资源管理功能软件。提出了工业设计仿真云平台的总体架构，以及工业设计仿真云平台中间件的设计思想、体系架构，解决了作业状态转换、作业提交等关键技术问题。使用工业设计仿真云平台对火星着陆气囊的碰撞分析进行了仿真实验,结果表明利用工业设计仿真云平台中间件软件可以简便地使用“天河一号”超级计算机的计算资源。

通用量子门神经网络在齿轮故障诊断中的应用

李胜, 张培林, 李兵, 王国德

2015, 26(6): 773-777.

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为进一步提高齿轮故障诊断能力,结合目前神经网络机理的研究进展,建立了一种基于通用量子门的量子神经元模型,提出了通用量子门神经网络(universal quantum gate neural network,UQGN)算法。首先,该算法将转换后的量子态训练样本作为输入。然后,利用量子旋转门和通用量子门完成旋转、选择、翻转和聚合等一系列操作，并完成网络参数的更新。最后，将训练后的结果输出。在数学上，证明了UQGN算法的泛化能力。利用该算法对齿轮的正常、齿面磨损、齿根裂纹和断齿4种情况进行了模式识别。实验结果表明，与普通神经网络和普通量子神经网络相比，UQGN算法在泛化性能、鲁棒性、准确率和执行时间等方面具有较好的效果。

面向多学科交叉的液压滑阀动态数字化建模

吴小锋, 干为民, 刘春节, 胡少刚, 王晓军

2015, 26(6): 777-781.

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为了解决工程机械复杂工况下难以准确建立液压滑阀动态模型的问题，提出了面向多学科交叉的液压滑阀数字化建模方法。考虑内部流体动力学对滑阀系统的影响，利用CFD方法对滑阀工作时的内部动态耦合过程进行了解析，分析了滑阀动态工作过程中过流截面面积、流量系数、液动力随阀芯位移的变化规律,并将它们作为滑阀数字化设计系统的边界载荷和输入参数。同时，在流体动力学解析模型的基础上利用AMESim搭建了基于功率键合图的液压滑阀工作模型，对滑阀进行了数字化设计，分析了不同的结构和系统参数设置对滑阀性能的影响。最后，进行了液压滑阀的台架实验，验证了仿真模型的正确性。

NSFC机械工程学科2014年度管理工作综述

王国彪, 赖一楠, 宋建丽, 何柏岩

2015, 26(6): 782-789.

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介绍了2014年度国家自然科学基金委员会(NSFC)机械工程学科科学基金项目的申请、评审及资助情况；以机构学与机器人和微/纳机械系统两个领域的申报项目为例，对申请、评审和资助情况进行了分析。概述了2013年度科学基金项目的结题/进展情况，总结了项目执行过程中存在的问题。回顾了学科在“十三五”战略规划制定、重大项目立项、学术交流与合作、人才培养与团队建设和鼓励创新等方面的管理举措。综述了2014年度我国机械工程领域的国际学术影响和取得的最新进展；对2015年度学科工作进行了展望。

一种适于柔性RFID标签生产的微胶滴检测算法

陈建魁, 郭熙乾, 尹周平, 黄永安

2015, 26(6): 789-793.

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根据柔性射频识别（RFID）标签批量生产装备对点胶质量严格控制的需求，提出了一种基于胶滴二维图像信息的点胶质量在线检测算法。该算法通过差分、滤波去噪和Blob分析等图像处理过程所得的胶滴图像获取胶滴二维信息，再依据胶滴的面积等参量对点胶质量进行评价。对不同基板和点胶量柔性RFID标签生产进行实际测试实验,实验结果显示,该算法适应性较好、胶滴尺寸波动较小，可对点胶一致性作出定量评价与分析。

多颗粒金刚石小砂轮磨削仿真及实验

田欣利, 王龙, 王望龙, 吴志远, 唐修检

2015, 26(6): 794-798.

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建立了多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨削工程陶瓷的磨粒运动轨迹模型，通过改变砂轮转速、陶瓷件转速、轴向进给速度，揭示加工参数变化和磨粒运动规律的关系。通过不同加工参数下实际的陶瓷加工实验，分析了进给速度对边缘碎裂、磨削力、金刚石磨粒耗损的影响规律,得到的实验分析结果和仿真结果一致。实验运用了合适的实验方案和测力系统，并利用边缘检测和轮廓曲线拟合的方法实时追踪检测金刚石顶尖曲率半径变化来定性分析金刚石磨粒的磨损情况。研究结果为如何利用合理的进给速度控制陶瓷材料的边缘碎裂,减少工件和砂轮磨具的损伤提供了借鉴。

基于连续蚁群算法的3-RPS并联机构正解

谢志江, 梁欢, 宋代平

2015, 26(6): 799-803.

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为了避免传统数值方法求解并联机构正解问题的弊端,提出了一种将并联机构正解问题转化为目标函数优化问题的求解方法。并联机构正解的核心问题是求解一组多元耦合非线性方程组,以此为依据建立了并联机构正解的目标函数优化模型,并提出了一种简单的连续蚁群算法来求解该优化模型。以求解3-RPS并联机构正解为例进行了仿真分析。结果表明,该算法具有良好的全局寻优功能，能够避免初始值和局部极小值对计算结果的影响，不用计算雅可比矩阵及其逆阵，且计算精度满足并联机构正解的要求。

锂电池极片辊压机刚度分析与结构优化

马嵩华, 田凌

2015, 26(6): 803-808.

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在锂电池极片加工过程中，由于其高能量密度要求与涂覆材料力学性能存在矛盾，故需要根据极片所需压缩比严格控制辊压力的大小，而实际中,轧辊特性使两辊之间窄缝距离的直接测定不容易,因此难以通过物理样机试验的方式直接得到生产过程中辊缝与辊压力之间的关系。针对该问题，简化了辊压过程中的物理量,建立了整机和极片变形的数学模型，利用数学模型间接得到整机辊压力与辊缝变化之间的定量关系。采用仿真驱动设计的方式，基于响应面法和多目标优化算法得到整机的设计优化结果。测试试验表明,简化的数学模型可以数字化地描述辊压机的工作情况，便于指导生产中控制极片的制造工艺参数，同时基于响应面的设计优化提高了辊压机的设计生产效率。

蜂窝复合材料超声辅助切割工具设计

吴欣, 胡小平, 于保华, 纪华伟, 陆志平, 夏晓晴

2015, 26(6): 809-813.

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在蜂窝复合材料超声辅助切割系统设计中，针对大变幅系数超声变幅杆的设计及其与加工工具配合的问题，基于“代替法”，结合有限元评估技术，建立了超声变幅杆和加工刀具的连接结构设计方法。首先，基于超声辅助加工原理，设计了具有大变幅能力的阶梯-悬链型复合变幅杆。然后，基于“代替法”，研究变幅杆长度减小对变幅杆声学性能的影响规律。进而，基于有限元仿真技术，研究装配后声学系统的声学性能。最后，采用设计的超声辅助切割系统对蜂窝材料进行切割加工实验研究，发现切割面无毛刺，加工过程无粉尘产生，从而验证了设计的超声辅助切割声学系统的有效性。

磁力研磨法加工弯管内表面的工艺参数优化

韩冰, 刘立鑫, 陈燕

2015, 26(6): 814-817.

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利用磁力研磨法，使安装在六自由度机械手的磁力研磨装置带动弯管内部的磁粒刷沿弯管中心轴线往复运动，同时磁力研磨装置旋转，解决空间弯管内表面研磨加工的技术难题。选取了影响磁力研磨工艺抛光弯管内表面的主要工艺参数（磁极转速、加工间隙、磁性磨粒粒径、轴向进给速度）并应用正交试验设计法对钛合金弯管内表面进行了研磨试验，结合试验数据对工艺参数进行了分析和优化。通过对比钛合金弯管内表面研磨前后的表面粗糙度及形貌变化，验证了采用磁力研磨工艺对弯管内表面进行光整加工的可行性和可靠性。

基于参数识别的截割头纵向随机振动响应优化

李晓豁, 何洋, 焦丽, 沙永东, 李婷

2015, 26(6): 818-824.

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为减小纵轴式掘进机截割头的振动，利用Lagrange方法并结合虚拟激励法推导了该型掘进机的纵向运动微分方程，根据Daubechies小波函数多尺度逼近方法和最小二乘法原理，将掘进机在随机激励作用下系统的时变阻尼和时变刚度用多尺度函数的线性组合表示，从而将时变参数识别问题转化为时不变问题。将识别出的刚度和阻尼值作为初始条件，借助鱼群算法以截割头纵向振动的位移响应为目标函数对参数进行了优化。结果表明：参数优化后截割头纵向振动的位移响应的均值下降了18.3%。为验证优化结果的可靠性，利用ADAMS建立了整机的多刚体动力学模型。仿真结果表明，截割头的位移响应变化与理论计算的结果较接近，从而验证了优化结果的有效性。

一种毫米波天线反射面板精密成形的数值模拟

尉飞, 金超, 李金良

2015, 26(6): 824-827.

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天线反射面板的成形方法对面板精度有着重要的影响。根据具有大面积、主动反射面的毫米波天线对面板的成形要求，提出了一种基于高精度模具、蒙皮开缝、真空负压和胶粘背筋的成形方法。建立了该成形过程的有限元模型，并利用接触算法实现了该过程的数值仿真。研究发现蒙皮开缝后能有效降低蒙皮内的应力水平。面板回弹引起背筋的不均匀变形是面板成形误差产生的主因。分析了面板形面曲率、蒙皮开缝长度和背筋高度等面板结构参数对面板成形精度的影响规律，为合理设计该工艺过程和提高面板的成形质量提供了重要依据。

基于钴基合金覆层的多层金属热锻模原型制备与性能

王华君, 李相超, 赵堃, 谢冰

2015, 26(6): 828-830,836.

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基于功能梯度材料(FGM)的思想制备多层金属热锻模是提高模具寿命的有效方法。采用焊条电弧堆焊制备了多层金属热锻模的原型试样，试样经焊后热处理后，进行了金相组织分析、显微硬度测试、磨损实验和冲击韧性测试等实验。实验结果表明:钴基合金堆焊层与W6Mo5Cr4V2堆焊层界面冶金结合情况良好；截面显微硬度呈梯度分布，表面钴基合金硬度达到492HV;制备的多层金属试样耐磨性是H13钢耐磨性的2.5倍，冲击韧性处于合理范围。

基于CATIA的汽车覆盖件成形模拟后处理系统

李巧敏, 柳玉起, 章志兵, 杜亭

2015, 26(6): 831-836.

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基于CATIA平台提出了汽车覆盖件大规模后处理结果虚拟显示技术,采用CATIA CAA(component application architecture)动态响应技术、三角形面积坐标法和空间格搜索算法解决了大规模有限元模拟结果的查询响应难题,设计开发了完全集成于CATIA平台的汽车覆盖件冲压成形模拟后处理系统。该系统可以快速显示和动态查询大型汽车覆盖件冲压成形模拟中的应力、应变、厚度、收缩线、滑移线、回弹量等信息,解决了在CATIA平台上难以实现大规模CAE数据后处理的问题。

基于主断面刚度优化分配的车身正向概念设计

刘子建, 周小龙, 田海豹, 吕程

2015, 26(6): 837-843.

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提出了基于刚度优化分配的车身正向概念设计流程。根据车身结构拓扑与刚度分布紧密关联和相互影响的特点，提出了车身刚度链设计方法。建立了基于梁单元的车身简化模型，确定了18个主断面位置,建立了以主断面为节点的车身刚度链数学模型。针对车身刚度分布问题，研究了基于车身刚度链的整体刚度优化分布方法，建立了车身弯曲刚度优化分布问题的数学模型，利用遗传算法进行了求解，确定了各主断面的材料分布。与已有近似标杆车CAE模型的刚度仿真结果进行对比,验证了该刚度优化分布方案的合理性以及车身刚度链方法的有效性。

电动叉车势能回收系统控制策略研究

张克军, 陈剑

2015, 26(6): 844-851.

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提出了一种基于双能量源、变转速容积调速的电动叉车势能回收系统方案，建立了势能回收系统和势能回收效率的数学模型，设计了电机转速模糊PI控制系统，给出了势能回收系统的控制策略。利用AMESim和MATLAB软件进行了势能回收系统仿真分析，最后通过实车实验研究来检验仿真模型的有效性和仿真结果的正确性。研究结果表明，模糊PI控制系统的控制效果优于传统PI控制器的
控制效果，该控制策略能实现势能的高效率回收，达到控制目的。

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2015, 26(6): 852.

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