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2015年 第26卷 第22期    刊出日期：2015-11-25
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2015, 26(22):  0. 
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机械基础工程
用于肩关节康复训练的单输入三转动输出并联机构及其运动学设计
沈惠平, 杨梁杰, 邓嘉鸣, 张晓玉, 沈晓军
2015, 26(22):  2983-2988. 
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根据人体肩关节的运动生理特点和康复机理,将三转动并联机构运用于人体球窝肩关节的康复训练,设计了一种单输入三转动输出并联式肩关节康复训练机构；通过分析该机构的拓扑结构特性，计算出了该机构的耦合度为零，因此，可以直接推导出其位置正逆解析解，而无需复杂的代数消元推导计算；在ADAMS环境下进行了运动仿真，仿真结果证实了设计的可行性；应用UGNX软件设计了该肩关节的康复训练虚拟样机，为实体样机的设计与研制提供了参考。
新型高阶非圆锥齿轮的设计及其节面修形方法研究
吕刚, 范守文, 李光辉, 童水光, 肖人源
2015, 26(22):  2989-2995. 
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将帕斯卡曲线和阿基米德螺线应用到非圆锥齿轮的设计中，推导了该新型非圆锥齿轮节面的数学模型。针对非圆锥齿轮设计过程中可能存在的节面尖点问题，将产形刀具的部分节面作为非圆锥齿轮节面尖点处的节面，依据产形刀具节面与高阶非圆锥齿轮节面之间的运动关系，建立了新型非圆锥齿轮的节面修形模型，开发了非圆锥齿轮的齿廓产形算法。并采用该方法对实例中的高阶阿基米德螺线锥齿轮和二次曲线锥齿轮的节面尖点进行了修正。
构件内微粒声悬浮操控方法研究
王亚星, 吴立群, 林志朋, 叶玅宏, 庄龙
2015, 26(22):  2996-3001. 
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为了实现构件内部微小结构的直接加工，提出了利用超声悬浮技术建立内部微粒运动的声悬浮操控加工方法。建立了超声悬浮操控微粒运动模型，设计了试验系统并进行了构件内通道悬浮微粒的运动操控试验，建立了悬浮力与微粒直径、内部通道尺寸、透射厚度的关系。结果表明，提出的方法可以在三维空间内实现悬浮微粒较高速度的跟随移动和较高的运动精度控制，微粒能在构件内部可靠悬浮且连续运动形成运动轨迹。研究结果为直接加工内部结构提供了可行的运动操控方案。
考虑不完全保护的复杂系统可靠性评估
阮渊鹏, 李晓, 崔剑
2015, 26(22):  3001-3007. 
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鉴于已有研究在处理由部件失效传播引起的共因失效的复杂系统可靠性评估问题时存在的缺陷,借鉴元胞自动机并行计算的优势以及蒙特卡罗模拟技术在处理复杂问题中的灵活性,提出了一种基于元胞自动机思想的蒙特卡罗模拟方法，该方法考虑了不完全保护对系统可靠性产生的影响,不受系统结构、部件数目的限制。最后，通过两个算例分别说明了该方法的正确性以及在可靠性分析中的具体应用。
多轴车辆第三轴电控液压转向系统及其PID控制
钱立军, 胡伟龙, 邱利宏, 刘少君
2015, 26(22):  3008-3013. 
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为了改善多轴车辆后轴轮胎的磨损,设计了一种第三轴电控液压转向系统。重点研究了该系统的液压执行机构和对中自锁油缸的工作原理,拟合出了符合阿克曼转角定理的第三轴预期转角,建立了电控液压转向系统的模型，设计了分数阶PID控制器并提出了该分数阶PID控制器参数的选取方法,最后进行了仿真分析、台架试验、实车试验。拟合结果表明,第三轴预期转角在车速为10m/s和20m/s时,期望值和实际值的残差平方都在0.16以内,拟合度都在0.985以上。仿真分析结果表明,分数阶PID控制系统比整数PID控制系统具有更小的超调量和更短的调节时间。台架试验结果表明,第三轴预期转角在车速为10m/s和20m/s时,期望值和实际值的误差都在±0.3°以内。由实车试验可以定性看出,安装该第三轴电控液压转向系统比不安装该系统在空载和满载时轮胎磨损情况都有所改善。
干式磨抛用钎焊金刚石磨抛盘制备与试验
王波, 肖冰, 邵明嘉,
2015, 26(22):  3014-3020. 
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为解决传统树脂砂轮片干式磨抛高强度钢存在的磨抛效率低、火花大、粉尘多、安全性低等问题，分析了利用钎焊金刚石技术的优势制备新型磨抛盘的可行性，并提出了解决对策。结合新型金刚石磨料排布工艺，利用Ni-Cr合金焊料,真空钎焊制备了钎焊金刚石磨抛盘。对AH36船用高强度钢进行了干式磨抛对比试验。试验表明:与传统树脂砂轮片相比，钎焊金刚石磨抛盘磨削效率提高40%左右,磨削寿命是前者的12倍以上;磨屑平均体型较大且种类多,无熔融状磨屑存在,磨粒表面基本无磨屑粘附,证明了新型磨抛盘干式磨削时可有效控制磨削温度。
智能制造
汽车FlexRay网络静态段帧封装机制研究
王跃飞, 张恒, 张亚生, 刘红军
2015, 26(22):  3021-3027. 
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在分析FlexRay消息帧格式和帧编码的基础上,推导出静态时隙长度和总线利用率计算公式,分析了影响总线利用率的主要因素;提出帧封装的前提条件，给出了帧有效负载段上下限精确计算方法；在此基础上，以超周期内总线利用率最高为优化目标，建立了解决帧封装问题的整数线性规划模型，并给出求解该模型的启发式算法。SAE实验结果证明该方法不仅能够提高总线利用率，而且可有效缩短算法执行时间。
机械基础工程
基于奇异值融合的机械设备盲信息提取
毋文峰, 李浩, 朱露
2015, 26(22):  3028-3033. 
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针对机械设备的故障特征信息提取问题，提出了基于奇异值融合的机械盲信息提取方法。首先,由机械振动测量信号分离振动源信号，并进行包络解调组成包络信号矩阵，进而进行奇异值分解,提取矩阵的奇异值均值和奇异值熵作为故障特征信息;然后,针对分离矩阵直接进行奇异值分解，提取奇异值作为故障特征信息；最后，将包络信号矩阵奇异值均值、奇异值熵和分离矩阵奇异值进行特征层信息融合作为机械设备的故障特征信息。将该方法应用于液压齿轮泵可以有效地提取机械设备盲特征信息。
侵彻弹体频率特性分析及过载信号处理
赵海峰, 张亚, 李世中, 郭燕
2015, 26(22):  3034-3039. 
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为解决硬目标侵彻过载信号降噪问题,提出融合总体经验模态分解（EEMD）和小波变换（WT）的联合滤波方法。首先对实测信号进行总体经验模态分解，获得信号的本征模态函数（IMF）分量,然后计算各分量功率谱并与原信号比较,得出信号的有效分解尺度和弹体的过载响应频率，接着对高频IMF分量采用小波阈值降噪,最后将降噪后的高频分量与分解后的低频分量组合重构获得侵彻特征信号。实验证明,这一方法可以有效提取弹体响应频率，消除侵彻过程中弹体的高频振动信号和外部噪声，且处理后的加速度曲线具有更高的信噪比，积分所得速度和位移时程曲线也与实验结果相近。
基于超声复合场的空间悬浮微粒任意点输运方法
庄龙, 吴立群, 杜锡标, 张俐楠
2015, 26(22):  3040-3045,3050. 
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提出了基于超声复合场驱动微粒悬浮输运方法。首先从超声相控阵列的延时聚焦原理出发，建立了空间任意点聚焦模型和作用力公式，然后利用超声驻波场辐射力计算方法，建立了微粒在超声复合场下的运动控制模型和驱动力公式。通过MATLAB模拟复合声场，分析了影响聚焦性能和控制性能的因素，给出了初步实验验证结果。最后提出了任意控制微粒运动的超声复合场驱动方案。
基于蚁群优化UKF算法的汽车状态估计
张凤娇, 魏民祥, 赵万忠
2015, 26(22):  3046-3050. 
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针对汽车状态估计中过程噪声和观测噪声的时变特性，提出一种新的自适应滤波算法。该算法基于三自由度非线性汽车动力学模型，在利用UKF对汽车状态量进行估计的同时，引入蚁群优化算法，根据目标函数对过程噪声和观测噪声进行寻优，实现了过程噪声和观测噪声的自适应作用，估计精度的大幅提高。虚拟实验验证了蚁群优化UKF算法的鲁棒性和精度。研究结果对汽车主动控制系统的开发具有重大的理论指导意义。
基于视嗅觉认知的虚拟嗅觉生成装置
杨文珍, 吴新丽, 余岭, 祝盼飞
2015, 26(22):  3051-3056,3063. 
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研发了一种基于视嗅觉认知的虚拟嗅觉生成装置，可用于虚拟环境中视嗅觉融合认知的人机交互，该装置由机械本体及其控制系统组成，可单独或同时输出3种气味。首先，分析按压气味瓶所需的作用力，设计定量送气机构，并研制装置的机械本体;然后,依据装置的驱动部件和视嗅觉交互界面，开发基于串口通信的控制系统。初步实验结果表明，所研制的虚拟嗅觉生成装置在响应时间和控制精度等方面都能满足用户需求，可为虚拟环境提供逼真的视嗅觉感知。
基于GTN细观损伤模型的激光拼焊板成形极限预测
马向东, 官英平
2015, 26(22):  3057-3063. 
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建立了从细观损伤角度预测拼焊板成形极限的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型,用有限元逆向法确定了损伤模型中的各损伤参数。采用有限元软件ABAQUS耦合基于Mises屈服准则的弹塑性GTN损伤模型，对拼焊板半球凸模胀形过程进行了数值模拟。设计了拼焊板半球凸模胀形物理试验，试验过程中通过改变试件的宽度得到了不同应变状态下完整的拼焊板成形极限图，并与GTN细观损伤模型预测到的拼焊板成形极限图进行对比分析，验证了GTN细观损伤模型预测拼焊板成形极限图的准确性。
可持续制造
机械产品回收与再制造系统中绿色影响因子关联仿真模型
邓乾旺, 李卫明, 李珣, 刘霞辉
2015, 26(22):  3064-3075,3115. 
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从系统工程的角度分析提炼了系统的绿色影响因子，从技术、过程、主体等多维度归纳了控制因素集，从经济、资源、环境、人因等维度归纳了绿色绩效输出集。提出关联规则并进行关联仿真，结合仿真结果对绿色绩效输出集进行聚类分析，最终得到了50个系统因素。建立了系统结构有向图，基于解释结构矩阵建立了整体结构，分析了要素之间的层级关联以及对比关系，为回收与再制造系统绿色绩效输出提供了优化方向。
机械基础工程
激光宽带熔覆光内送粉喷嘴研制
雷定中, 石世宏, 傅戈雁
2015, 26(22):  3076-3081. 
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针对现有光外送粉宽带熔覆中金属粉末受热不均匀、光粉同轴耦合精度不高的问题，设计了一种光内送粉激光熔覆喷头。送粉装置位于激光熔覆喷头内部,四周被激光束包裹。为了实现在宽带激光束内部均匀地对熔池送粉,保证粉末受热均匀,粉末速度方向始终垂直于熔池,设计了一种分粉流道;应用FLUENT软件对粉束发散情况进行了数值分析,确定了出口粉管的间距尺寸;应用FLUENT软件对粉管内部流场进行分析,确定了装置内部分粉管路的尺寸,减少了出口处的紊流,达到了较佳的送粉效果。最后利用所研制的送粉装置进行了送粉实验,验证了其效果。
气压砂轮光整加工的振动分析及预测
蔡东海, 计时鸣, 张鹤腾, 金明生
2015, 26(22):  3082-3086. 
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为了有效抑制气压砂轮光整加工过程中的振动问题,对气压砂轮的加工过程进行了振动分析和预测。采用D-H法对六自由度机器人进行了运动学建模,求解了任意姿态下机器人各关节转角,获得了机器人的刚度矩阵,在气压砂轮受力分析基础上求解了气压砂轮位移,对比气压砂轮位移和振动测试结果,建立了振动预测模型。该模型为规避刚度过低的加工姿态提供了理论依据。
0.6MN自由锻造液压机力闭环控制系统性能分析
孔祥东, 骆洪亮, 权凌霄, 卢江辉, 张琦玮
2015, 26(22):  3087-3096. 
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为提高锻件性能和材料利用率,研究了锻造液压机的工作原理，并建立其数学模型，采用频域分析方法，研究负载刚度对力控系统特性的影响。利用AMESim与MATLAB/Simulink建立协同仿真平台，分析系统动态性能，同时分别引入PID控制器、积分分离控制器以及模糊PID控制器分析研究其对于0.6MN自由锻造液压机力闭环控制性能的影响，并通过实验验证仿真结果的正确性。
先进材料加工工程
陶瓷浆料微流挤压成形关键问题研究
周婧, 段国林, 卢林, 朱东彬
2015, 26(22):  3097-3102. 
摘要 ( )   PDF (588KB) ( )  
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利用流体力学理论，针对基于微流挤压成形的陶瓷浆料挤出过程的关键部件挤压凹模的流道形状进行了设计，使用ANSYS软件对挤压凹模出口横截面的流速和流道内部压力场的分布情况进行模拟，分析了四种不同流道形状挤压凹模内部压力场和出口流速的分布规律。研究结果为解决陶瓷浆料挤压成形工艺的难点问题提供了理论依据，具有重要的参考价值。
机械基础工程
核电汽轮机低压焊接转子模拟件接头高周疲劳性能研究
孙林根, 蔡志鹏, 潘际銮, 刘霞, 丁玉明, 许晓进
2015, 26(22):  3102-3107. 
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研究并对比了25Cr2Ni2MoV焊接转子模拟件埋弧焊和氩弧焊接头高周疲劳性能,发现氩弧焊接头高周疲劳性能优于埋弧焊接头高周疲劳性能。观察高周疲劳断口发现：埋弧焊接头高周疲劳裂纹启裂于气孔与夹杂物；而氩弧焊接头启裂于气孔。针对内部启裂源为气孔的情况，提出通过测量启裂区(不含启裂源)特征尺寸求得高周疲劳裂纹启裂速率的途径来评价高周疲劳性能。通过白光干涉形貌仪测量启裂区特征尺寸，发现埋弧焊接头高周疲劳裂纹启裂速率高于氩弧焊接头高周疲劳裂纹启裂速率，与实际高周疲劳性能测试结果一致。
学科发展
国产数控机床精度保持性分析及研究现状
马军旭, 赵万华, 张根保
2015, 26(22):  3108-3115. 
摘要 ( )   PDF (605KB) ( )  
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通过对国产数控机床精度的大量调研发现,非正常磨损造成机床精度衰退的数目占机床总数的比例较大。为了更清晰地找出精度下降的原因，从主轴精度、基础件几何精度和各轴的运动精度入手，分别在机床的设计、制造和使用三个阶段分析了造成国产数控机床精度保持性差的原因。针对不同类型机床精度，提出了提高机床精度保持性的方法。
磨料液体射流抛光技术研究进展
陈逢军, 苗想亮, 唐宇, 尹韶辉
2015, 26(22):  3116-3123. 
摘要 ( )   PDF (765KB) ( )  
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论述了磨料液体射流抛光过程中的材料去除机理，介绍了磨料液体射流加工系统平台的国内外研究成果。从速度变化、材料去除、表面演化、表面粗糙度、数值模拟五个方面阐述了磨料液体射流数学模型的构建状况。系统分析了主要工艺参数如磨粒动能、射流压力、磨料、喷射角度、喷射距离、添加剂对加工结果的影响规律,并总结了磨料液体射流抛光技术发展历程。最后针对其将来的研究方向与内容给出了进一步的建议与展望。
英文目次
2015, 26(22):  3124. 
摘要 ( )   PDF (77KB) ( )  
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