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2016年 第27卷 第03期    刊出日期：2016-02-10
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版权页和目次
2016, 27(03):  0. 
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相关文章 | 计量指标
机械基础工程
数控机床温度敏感点变动性及其影响
苗恩铭, 刘义, 高增汉, 刘辉
2016, 27(03):  285-289,322. 
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数控机床热误差补偿技术中的核心问题是建立能够反映机床温升与热误差之间的数学模型，其精度和稳健性则取决于模型自变量能否准确地反映机床温度场分布特性，即温度敏感点选择结果是否准确和稳定。通过对Leaderway-V450型数控加工中心主轴Z向的多批次空转数据进行分析发现，温度敏感点存在变动性特征，导致自变量间多重共线性程度发生变化，进而对模型的预测精度和稳健性产生严重影响。由于主成分回归算法具有消除自变量共线性影响作用，故提出采用该算法进行建模，并通过实际机床进行实践检验。结果表明，采用主成分回归算法建模，显著降低了温度敏感点变动性对模型预测精度的影响，能保证模型具有很好的预测精度和稳健性。
随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动载荷计算及统计分析
徐芳, 周志刚
2016, 27(03):  290-295. 
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针对风力发电机齿轮传动系统在随机风作用下失效率高的问题，在模拟真实风速的基础上，建立考虑外部随机风载及内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型，通过对动力学模型进行仿真计算，得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。结合有限单元法和赫兹接触理论，得到关键零部件的应力时间历程，采用雨流计数法对应力时间历程进行统计分析，得到传动系统各关键零部件承受载荷的应力谱及概率分布函数。研究结果为风力发电机齿轮传动系统的动态可靠性分析和疲劳寿命预测奠定基础。
基于结合部的HSK主轴-刀柄系统动态特性分析
陈建, 王贵成, 田良, 沈春根, 郑登升
2016, 27(03):  296-301. 
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建立了HSK主轴-刀柄结合部的有限元模型(FEM)，利用弹性理论和黏性阻尼理论辨识结合部内各位置的刚度和阻尼参数。提出将HSK主轴-刀柄系统分为HSK主轴、主轴-刀柄结合部和刀柄三部分:HSK主轴与刀柄简化为多段Timoshenko梁，并使用响应耦合法来计算其频响函数;主轴-刀柄结合部简化为多点弹簧-阻尼模型，采用多点响应耦合法来计算其频响函数;将各个部件的频响函数进行刚性耦合，进而获得基于结合部的HSK主轴-刀柄系统频响函数。分别假定HSK主轴-刀柄结合部为刚性连接、5点弹性连接和7点弹性连接,计算其频响函数,并与实验结果相比较得到相应的结论。
带锯动态锯切负载建模与验证
倪敬, 李璐, 许静, 吴参
2016, 27(03):  302-307,314. 
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针对现有带锯的锯切负载模型误差较大且无法预测动态特性等问题，将锯切负载特性分为稳态特性和动态特性进行研究。引入锯齿的锯削与刮削并存原理和斜锯齿等效原理，提出等齿距工况下单个锯齿的锯切负载稳态特性模型;引入锯切进给过程的微位移等效原理，优化锯切负载的锯削部分负载动特性;引入套齿周期特性和锯带传动的周期特性，建立了变齿距工况下单锯齿锯切负载的动特性模型。结果表明，单齿、套齿以及锯带传动的周期特性与实验结果吻合，并且3个主要锯切负载频率的误差不超过4%，因此，提出的模型可以较好地预测实际锯切负载动态特性。
弹簧式快速落刀研究硬态42CrMo锯齿形切屑
庆振华, 左敦稳, 杨海东, 雷小宝, 徐锋
2016, 27(03):  308-314. 
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试验研究了硬态切削42CrMo（52HRC）中碳高强度合金结构钢锯齿形切屑形成过程。采用高速相机记录弹簧式快速落刀装置刀杆运动轨迹，计算落刀速度、加速度，定量分析该装置性能;在车床上直角自由切削盘状试样，以不同参数进行快速落刀试验，将获得的切屑根部制作成金相标本;考察“冻结”的切削区，着重考察剪切带上裂纹源、裂纹扩展以及绝热剪切带，分析锯齿形切屑形成过程。结果表明：裂纹源产生于自由表面，在切屑形成过程中向材料内部扩展，导致切屑分离的最终因素是裂纹扩展;硬态切削42CrMo切屑形成过程可划分为4个阶段。
可变动力传动机构型综合分析方法研究
邸立明, 赵永生, 杜丹阳
2016, 27(03):  315-322. 
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基于可变循环发动机模式切换的功能需求，提出一种针对相位和速比的可变动力传动机构的型综合设计分析方法。首先利用双排行星轮系架构设计出一种具备相位和速比同时可变特征的通用传动机构方案;然后通过构型设计、拓扑分析，得出功能结构相似的系列化机构方案，并利用粗糙集理论结合聚类分析法开展其型综合与分类研究;最后分析得到一类前排为单行星轮系、后排为双行星轮系的串联传动机构方案。此类方案可满足变循环发动机切换工作模式的需求，且具有紧急情况下中断动力传递的功能。研究表明，该设计分析方法能有效提高机构设计过程中的型综合与分类研究效率。
RV减速器扭转振动的固有特性及灵敏度分析
刘柏希, 王文军, 聂松辉
2016, 27(03):  323-327. 
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以RV减速器为研究对象，综合考虑系统刚度和摆线轮偏心角度对扭转振动特性的影响，采用集中参数法，建立了该系统13个自由度的修正扭转动力学模型。通过求解自由振动方程得到系统固有频率及主振型，分析了摆线轮偏心角度对系统固有频率的影响。利用偏导数法分析了系统固有频率对转动惯量和刚度的影响。研究结果表明，轴承刚度为系统固有频率的关键影响因素。
智能制造
三臂机器人在轨动力学仿真
黄晋英, 杜为民, 李辉, 蒋志宏, 杨欢
2016, 27(03):  328-333. 
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根据航天机器人太空作业的需要，设计了三臂机器人简化模型，应用D-H方法建立了坐标变换矩阵，推导了该机器人的运动学方程。基于ADAMS虚拟样机技术，分别在三种重力场环境下，对机器人的爬杆过程进行仿真，得到了机械手攀爬过程受力曲线，分析了影响机械手夹持力的主要因素，从而为这类机器人的设计提供参考。
机械基础工程
炮弹维修表面综合处理系统研究
张怀智, 赵大兴, 张颖江, 谢俊磊, 曹宏安, 谢全民
2016, 27(03):  334-337. 
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为了解决炮弹维修表面处理手工脱脂技术落后、效率低、质量差等问题，研制了一种炮弹表面综合处理系统。针对炮弹维修主要技术要求，提出了一种炮弹表面自动化综合处理系统设计方案，介绍了多功能炮弹表面处理剂、自动喷淋装置、自动输送装置、红外烘干装置、自动控制系统的设计及性能，并分析了该处理系统的作用原理及作用可靠性。实验表明，该系统自动化程度高，适用弹种广，安全可靠，可实现炮弹表面“脱脂、除锈、磷化、钝化”综合处理。
基于小波半软阈值消噪的盲源分离方法
孟宗, 马钊, 刘东, 李晶
2016, 27(03):  337-342. 
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为了有效提取含噪机械故障信号中的故障特征信息，研究了一种基于小波半软阈值消噪的盲源分离方法。利用小波半软阈值对故障信号进行消噪处理;采用联合近似对角化算法对信号进行盲源分离;考虑在噪声干扰下预消噪常常不足以消除全部噪声，因此在盲源分离后再进行适当的消噪处理，以提高其分离性能。实验验证了所提出方法的有效性和可行性。
波形曲率延拓在局域均值分解中的应用
魏永合, 牛保国, 刘雪丽, 赵旭宁
2016, 27(03):  343-348,354. 
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局域均值分解（LMD）是一种能够将复杂的调幅调频信号自适应地分解为一系列单分量的调幅调频信号的处理方法，其分解过程存在端点效应，分解结果有一定程度的失真。针对此问题，提出根据波形曲率特征对信号端点进行极值延拓，通过特征波的曲率波动来筛选与边界波形最为相似的数据段，在此基础上将波形匹配曲率估计应用于LMD分解过程中, 并与镜像延拓及自适应波形匹配延拓方法相比较，验证了所提方法的优点。使用仿真信号与实际的齿轮故障数据进行试验与检测，结果表明，所提方法可以有效改善LMD分解过程的端点效应，提高分解精度。
蜗轮减速器振动信号特征提取与状态识别
白国振, 周海宁
2016, 27(03):  349-354. 
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为实现蜗轮减速器运行状态识别，首先结合小波包分解和矩阵理论的特点，提出基于参考信号的小波包能量矩阵构造方法，分析了矩阵的最大奇异值（特征值）与运行状态的物理联系，并验证了所提方法比以往方法提取出的特征参数敏感度更高;然后改进思维进化算法（MEA）用于优化BP神经网络，实现对运行状态的智能识别，将提取的特征参数构成神经网络的输入向量，结果表明识别正确率提高了17.93%，从而验证了改进算法的优越性;最后提出了一种快速分类方法，该方法可以较好地区分故障与正常状态，解决了对实时性要求较高的在线诊断问题。
大型复杂结构安定性数值分析的新方法及其应用
邹宗园, 郭宝峰, 金淼, 毛春燕
2016, 27(03):  355-360. 
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大型复杂结构承载后普遍存在局部高应力区，特别是某些巨型结构，由于受几何尺寸和制造能力的限制，其局部高应力往往会接近甚至超过材料的屈服极限，因而成为弹性范围内的设计难题。应用安定性分析设计准则，则可通过利用材料的塑性承载能力很好地解决这类问题。为此，在大型复杂结构的强度分析中引入安定性理论，应用Melan安定下限定理，通过将峰值载荷下的弹塑性应力场与弹性参考应力场相减，构造定理要求的自平衡应力场，并推导了相应的安定性判定条件。在此基础上，结合弹塑性增量有限元技术，通过不同载荷水平下的加载-卸载计算，计算相应载荷水平下的残余应力场。根据加载-卸载得到的残余应力场与构造的自平衡场的关系，按照安定性判定条件确定安定极限载荷，从而建立了一种适合于大型复杂结构安定性数值分析的新方法，并应用该方法对某125MN锻造液压机的主液压缸缸体结构进行了安定性分析。
基于自适应模糊滑模变结构的采煤机自动调高控制策略
毛君, 杨振华, 潘德文
2016, 27(03):  360-364. 
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针对采煤机自动调高和采煤工作面无人化存在的问题，提出了基于电液位置伺服系统的自适应模糊滑模变结构控制系统。分析了采煤机自动调高的依据条件，建立了采煤机调高系统的数学模型，得到了采煤机调高系统的控制变量。采用自适应模糊滑模变结构控制策略，设计了采煤机自动调高控制器，并分析了其稳定性。利用MATLAB对采煤机调高控制器进行了仿真，仿真结果表明，采用自适应模糊滑模变结构的控制系统可以实现采煤机截割预定轨迹的准确跟踪，相对于PID控制技术，其跟踪误差较小，控制效果较理想。
GDI喷油器针阀动力学特性研究
孔祥栋, 张振东, 王小燕, 程, 强
2016, 27(03):  365-369. 
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针阀动力学行为是影响GDI(汽油直接喷射式）喷油器工作稳定性和可靠性的关键因素。为了揭示不同参数对针阀动力学特性的影响机理，以某款GDI多孔喷油器为对象，依据针阀的受力特点建立了针阀动力学模型和GDI喷油器AMESim工作过程仿真模型，仿真分析了阀座锥角、阀座与钢球的接触方式、阀针运动质量等参数对针阀动力学特性的影响规律。结果表明：适当减小阀座锥角、增大阀座与钢球的接触面积、减小针阀运动质量可有效抑制开启或落座过程中针阀的振荡幅度。根据仿真分析结果对GDI喷油器的结构进行了综合改进，结果表明，结构改进后，GDI喷油器针阀的动力学特性得到显著改善。
并联6-RUS卫星相机像移补偿机构建模与分析
赵延治, 赵飞, 杨建涛, 李兴兴, 赵铁石,
2016, 27(03):  369-375. 
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将并联6-RUS机构作为卫星相机像移补偿机构，以补偿在轨卫星多维耦合运动引起的像移。基于影响系数理论，利用旋量速度、旋量加速度建立了卫星相机像移补偿机构的运动学模型。利用基于旋量理论的牛顿-欧拉方程，在非惯性系建立了该机构的动力学模型，并分析了非惯性系运动对机构输入的全域影响。该种基于旋量的机构建模方法，利用坐标不变性直接在非惯性系建模，简化了机构建模过程。
薄板装配工艺系统可靠性建模与分析
文泽军, 刘继军, 赵延明, 胡忠举, 刘, 湛, 陈立锋
2016, 27(03):  376-382. 
摘要 ( )   PDF (626KB) ( )  
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提出一种计入销/孔(槽)公差面向产品质量的薄板装配工艺系统可靠性建模方法。综合考虑定位销公差、零件孔(槽)公差和定位销磨损量，构建薄板装配偏差统计数字特征模型;分析推导定位销过程磨损模型，探讨装配质量与工艺系统可靠性之间的关系，综合考虑定位销故障率和过程磨损量对工艺系统可靠性的影响，建立工艺系统结构可靠性模型和面向装配质量的可靠性模型，继而形成薄板装配工艺系统可靠性建模方法;以车身侧板装配为例，应用提出的建模方法分析车身侧板装配工艺系统可靠性。结果表明：定位销磨损、夹具布局和销/孔(槽)公差是影响车身侧板装配工艺系统可靠性的重要因素。该方法为薄板装配工艺系统可靠性研究提供了一种新的思路。
航空发动机风扇叶片脱落仿真分析大规模并行计算方法研究
侯亮, 张晓云, 王志强, 柴象海,
2016, 27(03):  383-386. 
摘要 ( )   PDF (466KB) ( )  
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针对航空发动机风扇叶片脱落数值仿真的问题，分析了并行计算模式与网格区域分解策略对并行计算效率和一致性的影响。在保证计算结果一致性前提下，提出了高效率区域分解和并行模式配置策略。最后通过工程算例进行了验证。
修边机器人的夹紧机构优化设计及运动分析
李峰平, 张正亚, 周斯加
2016, 27(03):  387-390,412. 
摘要 ( )   PDF (547KB) ( )  
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针对修边机器人夹紧机构的优化设计开展研究。通过分析夹紧机构的机构组成原理，建立了以夹紧机构工作半径最大化为优化目标，以各转动副位置、支撑底座质量、极限位置、工作半径范围、压杆运动稳定性和驱动杆推程为约束条件的机构优化设计数学模型。模型验证实验中，以夹持直径d=40cm的圆形塑料制品为例，得到了压杆位移、压杆与驱动杆速率比随驱动杆位移变化的曲线，并对驱动杆的运动速度曲线进行了规划。仿真结果显示，优化及运动分析结果满足设计要求，从而为修边机器人的优化设计与自动控制提供了设计参考。
先进材料加工工程
汽车高强钢纵梁热冲压实验研究
王敏, 张春, 张宇, 李少兵, 王琼霜
2016, 27(03):  391-397. 
摘要 ( )   PDF (899KB) ( )  
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通过在自主研制的热冲压实验线上开展汽车纵梁热冲压实验，探明并对比了无涂层和不同润滑条件下Al-Si涂层22MnB5板对复杂零件热冲压成形质量和组织性能的影响。结果表明：①相比于无涂层板，涂层板能有效改善氧化脱碳现象，但涂层中形成的孔隙和裂纹容易导致零件在成形时产生破裂;采用水基石墨润滑不能消除破裂;采用玻璃润滑能有效避免破裂。②无涂层板的抗拉强度和屈服强度较高，无润滑和石墨润滑涂层板次之，玻璃润滑涂层板的抗拉强度和屈服强度较低;无涂层板的延伸率较涂层板的延伸率大。③玻璃润滑涂层板的表面粗糙度较小，无涂层板次之，无润滑和石墨润滑涂层板的表面粗糙度较大。
小型桥壳液压胀形初始变形条件分析及成形试验
王连东, 徐永生, 陈旭静, 吴娜,
2016, 27(03):  398-402. 
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介绍了小型汽车桥壳的液压胀形工艺,提出了初始胀形内压的表达式,预测了初始胀形内压与轴向推力的匹配关系（即经向应力比的大小）对预胀形时各部分变形顺序的影响。在普通液压机上进行了两种加载路径下的液压胀形试验，在初始经向应力比小于零并保持恒内压的条件下，预胀形管坯先变形成两侧高、中部低的双鼓形，经增压后将中部胀起;在初始经向应力比大于零且内压恒定的条件下，预胀形管坯中部沿轴向胀裂;两种加载路径下，管坯扁锥体凸起与胀形区之间均产生了明显内凹缺陷。理论分析与试验结果均表明，初始变形条件对小型桥壳的预胀形有重要影响。
机械基础工程
X80管线钢焊接接头TEM观察下的断裂行为对比
许宁, 王峰会, 罗金恒, 陆勇俊
2016, 27(03):  403-407. 
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对X80管线钢焊接接头3个区域的试样在透射电子显微镜（TEM）下进行原位拉伸试验，通过观察各个区域裂纹的萌生与扩展过程，对其微观断裂行为进行了研究和分析。结果表明：母材区中，裂纹萌生扩展主要以多裂纹起裂为主，表现为沿晶扩展的断裂形式，最后造成在切应力作用下的剪切脆性断裂;热影响区内，主裂纹首先在切应力作用下以45°方向起裂，整个扩展过程是主裂纹钝化、位错发射、主裂纹前方无位错区形成、微裂纹形核、主裂纹与微裂纹连接扩展这一多尺度过程不断重复的过程，最后导致准解理穿晶断裂;焊缝区中，从主裂纹分支出多条裂纹，裂纹均以与拉伸轴成45°的方向起裂，表现为沿晶与穿晶混合的断裂模式，最后造成穿晶脆性解理断裂。
车用增压器涡轮的超速可靠性增长研究
王正, 王增全, 何洪, 郭凯, 王晋伟, 赵力明
2016, 27(03):  408-412. 
摘要 ( )   PDF (525KB) ( )  
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针对某型车用增压器涡轮存在的超速可靠性不高的问题，分析涡轮超速破坏应力与失效危险部位，运用涡轮超速破坏可靠度计算模型对原涡轮的超速可靠性进行评价。在此基础上，从结构优化的角度出发，研究涡轮的可靠性增长措施。根据改进后涡轮的超速应力与强度参数，研究改进后涡轮的超速可靠性，分析涡轮的超速可靠性增长效果，并通过涡轮增压器结构耐久性考核试验进行定性试验验证。研究结果表明，改进后的涡轮超速可靠性明显提高，能够满足涡轮增压器的使用要求。
增程式电动拖拉机及其旋耕机组仿真平台开发
刘孟楠, 徐立友, 周志立, 刘卫国
2016, 27(03):  413-419. 
摘要 ( )   PDF (789KB) ( )  
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针对电动拖拉机研究领域常用仿真方法通用性较差、涉及机组作业的仿真平台尚不完善等问题，以东方红500(YTO-500)拖拉机为研究对象，设计了电动拖拉机结构方案和驱动系统参数，基于CRUISE建立了增程式电动拖拉机仿真平台。仿真分析了电动拖拉机与传统拖拉机的牵引性能，以及低速循环工况下拖拉机的地面特性和能耗情况，结果表明，建立的电动拖拉机仿真模型能够较好地模拟拖拉机行驶状况。通过分析拖拉机动力系、行走系与动力输出轴之间的转矩耦合关系，提出了一种旋耕机组等效模型，建立了电动拖拉机旋耕机组仿真平台，仿真结果表明，机组作业速度处于3.65km/h附近，旋耕机主轴转速保持在200r/min，符合东方红500拖拉机旋耕机组试验结果，车速提高了14%，燃油消耗下降了34.4%。
基于LVQ工况识别的混合动力汽车自适应能量管理控制策略
邓涛, 卢任之, 李亚南, 林椿松
2016, 27(03):  420-425. 
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为提高混合动力汽车的燃油经济性，选取6种典型行驶工况代表“市区”、“郊区”和“高速公路”3类主要工况，采用基于规则的模糊能量管理控制策略，以整车燃油经济性为目标，在3类主要工况下用改进型粒子群优化算法优化发动机联合工作曲线与发动机关闭曲线系数，得到相应的优化后的隶属度函数的参数;运用学习向量量化(LVQ)算法识别车辆运行工况，动态选择相应的模糊控制策略，使混合动力汽车控制策略对选定的几种代表性工况具有自适应性，从而提高整车的燃油经济性。仿真对比结果表明，相比于传统混合动力汽车，燃油经济性提高了3.4%。
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2016, 27(03):  426. 
摘要 ( )   PDF (80KB) ( )  
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