中国机械工程

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2015, 26(20): 0.

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换向阀启闭特性对流量测量试验的影响分析

谢苗, 刘治翔, 鲁启通, 田丰旭, 毛君, 黄增平

2015, 26(20): 2699-2704,2710.

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针对航空液压泵流量测量系统中换向阀的启闭特性对流量测量准确性影响较大、启闭过程耗时不等造成测量误差等问题，分析了换向阀在测量系统中的工作原理，针对换向阀建立了流量及阀芯的力平衡数学模型。利用AMESim软件建立了系统仿真模型并对其进行仿真研究，得到了不同系统压力和不同转速下，换向阀启闭过程对系统流量测量的影响,为进行现场测试提供了理论依据。同时,对不同型号、不同工况下被试液压泵的大量试验结果与仿真结果进行了比较,发现两者基本一致，试验结果为航空液压泵流量测量系统的设计提供了理论依据以及实际测试数据的支持。

基于Deform3D的齿轮高速干式滚切过程模型及性能分析

周力, 曹华军, 陈永鹏, 杨潇

2015, 26(20): 2705-2710.

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齿轮高速干式滚切工艺取消了切削油/液的使用,是一种绿色高效的齿轮制造工艺,其成形过程分析是提升该滚齿工艺性能的有效途径。基于金属切削工艺仿真软件Deform3D建立了齿轮高速干式滚切过程的有限元仿真模型;进行了齿轮高速干式滚切材料去除过程的数值仿真分析,获得了不同参数条件下齿轮高速干式滚切过程中切屑的变形规律,以及切削力与切削温度的分布规律,分析并确定了影响滚切性能的主要参数。研究结果为齿轮高速干式滚切工艺参数优化提供了理论和方法支撑。

圆柱正弦活齿传动扭转振动系统刚度研究

周思柱, 曾运运, 袁新梅

2015, 26(20): 2711-2715,2720.

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针对圆柱正弦活齿传动过程中的受力情况,基于弹性小变形和变形协调假设,提出了理论状态下啮合作用力分析模型；根据赫兹理论和啮合副的几何关系，建立了啮合副的啮合刚度模型，推导出接触点处主曲率和啮合副啮合刚度计算公式；依据能量不变原理建立了系统扭转振动模型，给出了等效扭转刚度计算公式，形成了一套完整的系统刚度矩阵计算分析方法;结合具体实例进行了分析,发现该扭转振动是一个时变系统且系统刚度矩阵呈现周期分布的特点，求出了周期计算公式，并提出了两种简化求解该扭转振动系统固有频率的方法。分析结果可作为圆柱正弦活齿传动机构的结构设计、振动分析的基础。

飞机翼面结构自顶向下关联设计

唐家鹏, 席平, 张德宇

2015, 26(20): 2716-2720.

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介绍了面向关联设计的飞机翼面结构多层级骨架模型，实现了设计意图自顶向下的传递；为进行骨架模型与下游零件间的关联的控制和管理，采用了新的元素发布方式，并开发了元素发布管理工具，提高了设计的效率和质量；结合自顶向下的建模思想和关联设计自动更新的特点，提出了基于骨架模型的飞机翼面结构自顶向下关联设计方法，通过选择飞机翼面结构骨架模型的设计基准和上下翼面约束曲面，输出的结构件以绝对坐标系装配在父部件下，无需进行再次装配，并基于骨架模型与结构件间的关联，实现对飞机翼面结构件的实时自动更新和快速重建。最后，以机翼盒段翼肋为例验证了方法的可行性和有效性。

聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理

王奔, 刘东玺, 王明海, 印文典, 郑耀辉

2015, 26(20): 2721-2729.

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针对各向同性热解石墨切削过程中刀具磨损过快的问题，采用聚晶金刚石（PCD）刀具进行了切削加工试验。研究了切削过程中PCD刀具的磨损形式、磨损规律以及刀具磨损对表面加工质量的影响。试验结果表明：PCD刀具磨损主要发生在后刀面上，磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损。磨损区域可以分为平行沟槽和严重磨损两种形貌。初始磨损阶段，磨损带长度急剧增大，并在切削1200m后进入正常磨损阶段。切削过程中还出现了石墨切屑在磨损区域的黏附堆积和刀具崩刃现象。切削初期,随着切削距离的增大，加工表面粗糙度值急剧增大,切削距离为600m时表面粗糙度达到最大值1.7μm。

一般样条滤波器及其在表面计量中的应用

朴伟英, 袁怡宝, 林海军, 许景波

2015, 26(20): 2729-2732.

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提出了样条滤波器的一般化表达式，由该表达式可以构造线性样条滤波器、稳健样条滤波和一般样条滤波器。一般样条滤波器保留了部分线性样条滤波器的特性，又具有稳健性。采用Tucky估计,分别采用一般样条滤波器、线性样条滤波器与稳健样条滤波器在表面计量中进行了对比实验,实验结果表明:当表面存在明显的深谷和尖峰时，采用稳健样条滤波器更为合适；当表面近似服从正态分布时，三种滤波器得到的表面粗糙度参数比较接近。

基于SMO-SVM的单点金刚笔钝化监测

岳泰, 李郝林, 迟玉伦

2015, 26(20): 2733-2739.

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针对单点金刚笔在砂轮修整过程中易于钝化且难以检测的问题,使用支持向量机建立智能模型。为了得到建立模型所需的样本库,使用小波包分析等方法在线提取修整时声发射信号中的特征信息,并引入钝化平台直径定义钝化临界值。模型本身选用基于串行优化算法的支持向量分类机,使用交叉验证法搭配遗传算法以达到优化模型参数的目的。实验结果表明,该模型在分类精度和计算时间上均优于一般的智能模型,可以有效地监测金刚笔的钝化。

考虑两粗糙面分形特性的接触模型

陈立锋, 李奇, 蔡志华, 谷金良

2015, 26(20): 2740-2745.

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基于M-B分形接触模型,通过构建接触系数建立了考虑两粗糙面分形特征的接触模型。分析结果表明,修正模型能较好地与实验数据相吻合,并适用于更大的载荷,修正模型综合考虑两粗糙面的特性,其计算结果与实际接触情况更相符,为摩擦磨损预测、磨粒分析以及不同粗糙度表面的接触分析提供了参考。

纳米TiN对润滑油性能的影响及其在柴油发动机上的应用

阮亭纲, 刘吉华, 谢先东, 刘启跃

2015, 26(20): 2746-2750,2756.

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控制纳米TiN添加量处于0.25%~1%范围内，利用MRS-10A四球摩擦试验机研究其对润滑油性能的影响。利用磨斑测量系统、激光共聚焦扫描显微镜OLS 1100和EDX能谱仪测试分析含纳米TiN润滑油的摩擦磨损及修复性能。在柴油发动机试验台上考察含有0.5%纳米TiN的润滑油对发动机运转性能的改善，在不同转速条件下检测润滑油添加剂对发动机外特性的影响。试验结果表明：含有0.5%纳米TiN的润滑油比基础油的抗磨减摩及自修复性能更好。纳米TiN润滑油添加剂能显著提高润滑油质量，减小发动机摩擦功，降低机油温度，改善发动机的运转性能，提高发动机的功率和转矩，降低耗油率，从而达到延长发动机的使用寿命和节约能源的目的。

融合小波分解与时频分析的单通道振动信号盲分离方法

孟宗, 王晓燕, 马钊

2015, 26(20): 2751-2756.

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针对单通道振动信号盲源分离是一个病态问题，且传统的振动信号盲源分离方法往往忽略信号的非平稳性的问题,提出了一种融合小波分解与时频分析的单通道振动信号盲源分离方法。首先利用小波分解与重构将单通道信号转化为多通道信号，解决了盲源分离的欠定问题;然后利用基于时频分析的盲源分离算法分析非平稳信号，得到源信号的估计信号,实现了非平稳信号盲源分离。仿真和实验结果表明，该方法可以有效地解决单通道非平稳振动信号的盲源分离问题。

基于OE-CM算法的机床主轴热误差建模与补偿分析

要小鹏, 殷国富, 李光明

2015, 26(20): 2757-2762.

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针对机床热误差建模过程中，误差信息不透明、数据特性不全面等不利因素，根据机床主轴热误差实验数据，分别采用GM(1,n) 模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型建立主轴热误差预测模型并进行线性叠加，然后采用预测有效度算法调整模型加权系数，建立了最优有效度复合预测模型（OE-CM）以获取最佳预测效果。在VXC-560型三轴数控机床上进行在线实验建模,实验结果表明：OE-CM具有预测精度高、鲁棒性好等特点,整体预测效果优于灰色GM(1,n)模型和LS-SVM模型，适合在复杂工况条件下对机床主轴热误差进行预测和补偿,为提高机床热误差补偿精度建立了理论模型。为了验证该预测模型的有效性,对所研究的机床主轴进行热误差在线补偿,机床主轴Z向最大误差从23.8μm减小到8μm,减幅达到66.4%,较好地提高了机床精度，具有一定的工程化推广前景。

面向复合意象的产品形态多目标优化

陈国东, 陈思宇, 王军, 孙守迁, 倪益华

2015, 26(20): 2763-2770.

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为了使产品开发人员和企业开发新产品时符合用户的多维度感性需求，提出了一种面向用户复合意象的产品形态多目标优化设计方法。首先，应用语义差异评价和因子分析法抽取用户的复合意象维度；然后，采用形态分析法提取产品部件和外形单元要素；最后，在构建产品形态的BP意象预测模型的基础上，采用多目标遗传算法NSGAII求解最优方案。豆浆机实例表明，该方法适用于复合意象的产品形态优化设计，成功得到分布均匀的Pareto最优解，产品开发者可根据具体情况在多个目标之间交互选择优化方案，具有很好的指导作用和实际应用价值。

多核处理器数控系统的全局调度算法

彭浩, 张建军, 韩江洪, 杨帆

2015, 26(20): 2771-2777.

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提出了面向多核处理器系统的限制抢占调度算法，通过在任务的末尾设置高优先级(抢占阈值)的限制抢占区，减少任务运行过程中被抢占的次数，提高调度效率。建立了限制抢占调度的可调度性判定条件和限制抢占区设计方法。仿真结果表明，限制抢占调度的调度性能较抢占调度和延迟抢占调度的调度性能有明显提高。

基于主成分分析和支持向量机的滚动轴承故障特征融合分析

古莹奎, 承姿辛, 朱繁泷

2015, 26(20): 2778-2783.

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为有效降低滚动轴承故障特征的维数并提高诊断准确率，将主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）方法应用到轴承故障特征的融合分析中，给出了相应的决策流程。应用基于小波包分解的特征提取算法及特征向量的构造方法对不同状态下的振动信号进行分解，得到用于表征轴承运行状态的8维特征集合；应用PCA提取累积贡献率达到95%的特征主成分并输入SVM分类器中进行识别。结果表明，将滚动轴承故障特征从8维降低到5维，仍可有效表征轴承的状态，但大大降低了计算的复杂性；故障诊断的准确率达到97%以上，诊断时间也相对较短；4种轴承状态识别的准确率从高到低依次为正常、外圈剥落、滚动体剥落和内圈剥落，可为确保设备安全运行和快速故障诊断提供理论依据。

基于改进PSO算法的数控机床主轴优化设计

朱成实, 勾延生, 李铁军, 李尚帅

2015, 26(20): 2784-2788.

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通过分析主轴结构和加工过程中受载变形情况, 建立了主轴优化设计的数学模型。根据邓克莱法计算得到的一阶固有频率近似值，引入动态约束条件。针对传统优化设计方法在解决主轴优化设计中出现的问题，引入粒子群优化 (PSO) 算法，并提出了一种惯性权重值适应性递减的粒子群（ADW）算法。将ADW算法用于数控机床主轴优化实例中，得到主轴结构参数优化组合。研究结果表明，运用所建立的主轴优化设计数学模型及改进粒子群算法可以得到主轴结构参数优化组合，充分显示了该研究方法的有效性。

奔跑仿生机构的运动学模型构建与分析

宋孟军, 丁承君, 张明路

2015, 26(20): 2788-2792.

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对猎豹的奔跑机构的骨骼肌肉系统的运动学模型及运动学特性进行了研究。基于已有数据,对猎豹的前后肢建立了机构模型,对其奔跑的运动过程进行仿真,计算并描述其趾端运动轨迹;结合骨骼肌肉的位置参数与已构建的运动学模型，对猎豹的骨肌坐标系统进行建模，对肌肉肌群的长度变化进行计算；进行骨肌坐标系统的运动仿真，并利用肌肉力计算模型，求解了猎豹前后肢各关节的力矩变化。基于已有解剖学数据对哺乳动物的高速运动特性从仿生学角度进行了分析，为高速奔跑机构仿生机理的实现提供了切实的数据支持，对猎豹高速奔跑的运动学特性进行了充分研究。

闭环双驱动混合输出六自由度并联机构运动分析

陈宇航, 赵铁石, 耿明超, 苑飞虎, 李二伟,

2015, 26(20): 2793-2800,2805.

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提出一种分支含闭环双驱动单元、可实现混合输出的六自由度并联机构。分析了动平台混合运动时驱动分支的等效形式，以及独立位姿运动和振动时驱动分支的等效形式;分析了混合运动关于位姿运动输入和振动输入的位置反解，对振动输入的位置反解设计了基于机构运动特点的逐次逼近法；运用螺旋理论求得动平台混合运动时关于全体12个独立广义坐标的一、二阶影响系数，得到从广义输入到动平台旋量速度、加速度的线性映射；通过数值算例分别对位姿运动输入和振动输入的理论分析结果进行了验证,算例仿真表明,提出的两种双驱动输入分配计算规则均能得到确定的混合运动输出。

基于硅模具的Zr基非晶合金微零件吸铸制备

朱志靖, 易传云, 史铁林, 文驰, 廖广兰

2015, 26(20): 2801-2805.

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基于硅模具提出了一种吸铸成形Zr基非晶合金微零件的方法。采用真空氩弧熔化吸铸炉进行了非晶合金微零件吸铸成形实验,用红外热像仪测量了合金熔液温度，发现合金熔液在1116℃下能够完全复制宽3μm、深3μm的硅方形微槽结构且具有较好的表面形貌。随后分别采用带有多型腔和双层型腔的硅模具进行了吸铸成形实验，成功制备了模数为50μm的非晶合金微齿轮零件，微零件的硬度及弹性模量分别为6.49GPa和94.9GPa。实验结果表明,基于硅模具吸铸成形Zr基非晶合金是一种制备高精度、高表面质量、高性能微零件的有效方法。

基于前馈补偿的效率优化异步电机直接转矩控制

李孟秋, 周志康, 黄守道, 廖武

2015, 26(20): 2806-2810.

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针对异步电机在轻载和高速运行时效率低的问题，提出了一种异步电机直接转矩控制技术的效率优化算法。建立了基于定子磁场定向下旋转坐标系的电机损耗模型，分析了电机损耗与转矩、转速与定子磁链的关系，从而导出稳态时最优的定子磁链幅值，实现电机在不同工况下以最优效率运行。为解决最优磁链计算模块引入后电机控制系统动态响应慢的问题，将伺服电机控制中常用的前馈补偿与速度外环PI调节器相结合，来提高效率优化算法引入后系统的动态性能。

含孔洞缺陷焊接接头电磁热强化及组织与性能分析

付宇明, 宋炳材, 李艳芳, 郑丽娟

2015, 26(20): 2811-2815.

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通过自制的ZL-2型超强脉冲放电装置对含孔洞缺陷的A356铝合金焊接接头进行了电磁热强化实验,采用金相显微镜对强化前后焊接接头各区域微观组织和孔洞附近组织进行了对比分析,利用微机控制万能实验机对强化前后试件的拉伸性能进行了测试，并用SEM扫描电镜对拉伸断口进行了分析，采用型号为FM-700的显微硬度计对强化前后试件进行了硬度测试。结果表明:合适的脉冲电流有较好的晶粒细化效果，强化后的焊接接头各区域组织得到细化，焊接接头的力学性能得到改善，经脉冲放电后的抗拉强度平均提高了11%,延伸率平均提高了14.2%，且强化后接头的硬度明显较强化前高。

激光选区熔化近α钛合金开裂机理及抑制研究

周旭, 周燕, 魏青松, 朱伟

2015, 26(20): 2816-2820.

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研究了近α钛合金激光选区熔化(SLM)成形开裂机理及抑制工艺，利用扫描电子显微镜等研究了试件裂纹形貌及其扩展方向、裂纹源等问题。研究结果表明:SLM成形过程中在试样侧壁形成凹凸不平的缺口及Ti3O、TiO、TiC等硬脆化合物；在残余应力作用下，裂纹起源于侧壁缺口，在沉积层上沿硬脆化合物扩展。当工艺参数为激光功率140W，扫描速度450mm/s,铺粉层厚0.03mm,扫描间距0.07mm,SLM成形温度350℃,保温1h缓冷至室温时,可有效抑制试件开裂。

大型锻件内部缺陷演变行为的跨尺度模拟方法

祁荣胜, 康冬, 金淼, 郭宝峰, 刘鑫刚

2015, 26(20): 2821-2826.

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针对大型锻件内部缺陷，提出了一种跨尺度模拟计算方法，即体胞模型法。以孔洞缺陷为例，论述了该方法的原理及应用思路。利用该方法对某锻件的孔洞缺陷演变行为进行了模拟计算，分析了孔洞缺陷的演变规律及其周围应变分布情况，并进行了人工预制孔洞的铅块变形实验。研究结果表明，孔洞随锻件变形程度增加而逐渐趋向闭合，其闭合程度与锻件应变分布情况有关；物理实验与数值模拟结果吻合度较高，体胞模型法的模拟计算较为准确;体胞模型法能够较好地解决大型锻件成形过程中内部缺陷的跨尺度数值模拟问题。

基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法

王国春, 段利斌, 陈自凯, 陈佶思

2015, 26(20): 2827-2834.

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结合等效静态载荷的思想，提出了一种基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法，该方法引入专家系统，同时以车身造型和总布置参数为输入条件，从而使得到的拓扑优化结果尽可能满足工程实际要求。以某MPV的白车身传力路径规划为研究对象，对其进行考虑多种碰撞工况、顶压、多种刚度工况等的多学科拓扑优化方法研究，结果表明，基于渐进空间拓扑优化技术生成的车身拓扑优化结果能很好地满足工程设计要求，具有较高的工程实用价值。

一种新型汽车进气道被动式导流翼片

符欲梅, 黄微晏, 昝昕武, 李良波

2015, 26(20): 2835-2839.

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针对自然吸气式发动机,设计了一种新型被动式导流翼片。该翼片安装在节气门后端，用于改善进气道内气流的均匀性。仿真研究结果表明：对于自然吸气式发动机，安装了该翼片的节气门体在常用开度范围内，其后端流场以较小的流量损失换取了涡流比的大幅度提升，且流动更均匀。节气门性能实验和发动机外特性实验结果表明：节气门体后端流场在被动式导流翼片的作用下，基本没有流量损失，且燃烧室内燃烧更加充分、燃油利用率得到一定程度提高。仿真及实验结果表明：被动式导流翼片以低成本和高可靠性，使燃油利用率有一定提升。

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2015, 26(20): 2840.

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