中国机械工程

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2017, 28(03): 0.

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高炉布料溜槽抗磨损结构设计及优化

马财生, 任廷志

2017, 28(03): 253-257,266.

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针对高炉布料溜槽的磨损失效，对溜槽进行了抗磨损结构设计和优化。在分析炉料运动和溜槽磨损的基础上，确定采用料磨料式和光面式衬板相结合的溜槽结构，并采用离散单元法分析了不同厚度料垫的炉料缓冲效果，根据高炉装料制度对溜槽耐磨衬板的结构参数进行了优化。结果表明：溜槽磨损属于磨料磨损，在炉料冲击区域设置不小于60mm厚的料垫，能够有效分散炉料对溜槽的冲击，减少磨料磨损，优化后的料磨料式衬板在溜槽底部多储存了32.13%的炉料，溜槽总过料量增加了15.5%。

三平移混联机构型综合

葛姝翌, 曹毅, 周睿, 朱景原, 丁泽华,

2017, 28(03): 258-266.

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针对三平移三自由度混联机构，基于分形理论和机构拓扑图，提出了一种有效的型综合与分析方法。首先，介绍了机构拓扑图和分形理论的概念及联系；其次，叙述了机构的运动特征和运算法则；再次，建立了混联机构与分形的关系模型，从而归纳出混联机构构型综合的具体步骤，并综合出具有三平移运动特征的混联机构；最后，提出了混联机构运动特征的分析方法，并按该方法分析了所综合出的三平移混联机构的末端运动特征，从而验证了该构型的正确性，证实了所提出方法的可行性。

基于试切误差补偿的斜齿插削技术与实验

吴震宇, 赵大兴, 钟瑞龄, 许万

2017, 28(03): 267-272.

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为了提高数控插齿机插削斜齿精度，提出了一种基于试切误差补偿的数控加工方法。首先，在分析斜齿螺旋线偏差产生机理的基础上，采用线段逼近理论主运动曲线，计算满足加工精度要求的线段最大许用步长和曲柄转角；然后，通过试切齿轮，测取螺旋线偏差并反求出主运动曲线偏差，获得更准确的新理论主运动曲线；最后，在生产用G代码中，重新用线段逼近新理论主运动曲线。实验结果表明：加工的斜齿轮螺旋线偏差达到7级精度，结果符合预期，验证了技术方案的可行性。

旋转锯片空气动力学噪声特性计算与分析

田永军, 段国林, 夏晓光, 张萼

2017, 28(03): 272-278.

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为分析旋转刀具在气流作用下的声学特性，基于多场耦合计算方程建立了流场-结构-声场联合仿真模型，通过弹性体与流场的动力学计算得到了结构强迫振动响应，利用边界元法将振动响应信息作为声学边界，获取了锯片的声场辐射信息，噪声预估值与实测结果吻合良好。研究了锯片旋转过程中周围流场媒介的层流、湍流特性对锯片振动的影响规律；揭示了流-固耦合作用对声场时域、频域影响作用机制；确定了锯片空载噪声辐射的方向特性；分析了锯片尺寸结构对噪声的影响规律，为低噪声锯片的设计提供了参考依据。

基于TOPSIS法的大型床身优选设计

李宇鹏, 孙洪胜, 许亚钢

2017, 28(03): 279-285,293.

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以球形蜗杆砂轮磨齿机的床身为研究对象，设计了不同的床身结构作为备选方案，并建立了各方案参数化模型，对其进行了灵敏度分析和多目标优化计算确定其最优尺寸参数，通过对其进行有限元分析获得了优选决策的初步数据。建立了床身优选评价的TOPSIS数学模型，经计算求解优选出最佳方案。对比分析了优选前后床身的静态和动态性能，验证了床身的优选结果的有效性，完成了球形蜗杆砂轮磨齿机床身的优选设计。

翼型对水下滑翔机滑翔性能影响分析

徐世勋, 刘玉红, 朱亚强, 王延辉,

2017, 28(03): 286-293.

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选用NACA 4位数翼型，采用计算流体力学方法分析了翼型对水下滑翔机滑翔经济性和稳定性的影响。研究结果表明，合适的翼型可以极大地提高滑翔经济性，但对滑翔机静稳定性的提高并不明显；对于非对称翼型，翼型的弯曲程度和弯曲方向对滑翔经济性和静稳定性的影响均很大。在此基础上，并结合工程实际，提出了变后缘柔性机翼方案，通过数值模拟试验验证了所提出方案的可行性。研究成果为水下滑翔机柔性机翼的设计提供了理论参考。

基于齿面网格节点变形量的齿廓修形计算方法

李剑敏, 吴跃成, 宣海枫, 陈文华, 潘晓东, 王威, 周新腾

2017, 28(03): 294-299.

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针对重载齿轮修形计算问题，提出了按照齿顶、齿面在载荷作用下的变形量进行修形的方法，以有限元动力学计算结果为依据，提取轮齿相关节点的位移，处理得到其弹性变形，作为齿轮最大修形量进行修形；编制了计算程序，实现了齿轮修形轮廓线的自动计算；某风电齿轮箱三级齿轮经该方法修形后，齿轮最大应力减小约20%，延长了齿轮寿命，提高了齿轮可靠性。

含气油液有效体积弹性模量理论模型研究

唐东林, 吴凡, 贾品元, 曾志春

2017, 28(03): 300-304,333.

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为准确预测含气油液在空气分离压下有效体积弹性模量的值，基于油液体积弹性模量定义和质量守恒定律，依据含气油液中气相成分随压力的变化过程，推导出含气油液有效体积弹性模量理论模型。数值计算结果表明：含气油液有效体积弹性模量理论模型B-p曲线与现有理论模型及实验数据拟合曲线基本吻合，验证了理论模型的正确性，特别是在低于大气压的极低压区，有效体积弹性模量预测值更加接近实际情况。分析了初始含气量、压力、升压时间对有效体积弹性模量的影响，结果表明：在低于空气分离压范围内，初始含气量增大，有效体积弹性模量减小；在一定范围内，升压时间增大，有效体积弹性模量小幅度增大。

一种对称式光纤束差压传感器结构及性能

胡浩, 钟丽琼,

2017, 28(03): 305-309,315.

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对一种对称式光纤束差压传感器的结构及性能进行了研究。提出了一种两相同结构检测探头与桥式光路组成的对称式光纤束差压传感器，传感器探头采用机械式封装；对传感器进行理论研究，建立了强度调制数学模型，并对其进行仿真计算与分析；最后试制出实验样机，进行实验研究，实验结果表明：探头与膜片在不同设计尺寸下，传感器具有不同的量程、输出灵敏度、检测分辨率、线性度与重复性精度。研究结果表明，光纤束差压传感器具有较好的检测性能，能满足不同检测场合的需要。

基于ADMM字典学习的滚动轴承振动信号稀疏分解

孙占龙, 佟庆彬

2017, 28(03): 310-315.

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在稀疏分解过程中，字典模型构建的结果会直接影响稀疏分解的效果。为获得结构更好的字典，提出了一种基于交替方向乘子法(ADMM)的字典学习方法，在字典学习过程中采用交替方向乘子法逐个更新字典中原子，得到的字典具有良好的结构。将该字典学习方法应用到滚动轴承振动信号稀疏分解中，能获得更快的字典学习速度和更好的稀疏分解效果。与K-SVD字典学习方法相比较，证明了所提方法在轴承信号稀疏分解中的优越性。

基于网格包络的工业机器人仿真碰撞检测算法

赵亮, 张义德, 胡旭晓

2017, 28(03): 316-321.

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为提高工业机器人在复杂作业环境下的碰撞检测效率，提出了一种网格包络的碰撞检测算法，以大量等尺寸的立方体网格来包络模型本身，并在网格内部建立网格子模型的AABB树结构。该算法在建模过程中将网格的空间坐标进行有序存储，在遍历阶段可快速搜索到相交的网格，之后遍历网格内部的树结构来进一步判断模型是否碰撞。该算法网格内部的子模型几何数据量远小于整体模型几何数据量，其网格内的检测速度远快于以整体模型建模的传统层次包围盒方法的检测速度。实验结果表明，在大型复杂模型碰撞检测仿真中，该算法在不同网格数量下的检测效率比传统的Solid算法的检测效率快数倍到数十倍。

一种多轴数控机床末端静刚度快速辨识方法

陈光胜, 郑庆振

2017, 28(03): 322-326.

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提出了一种基于可加载式球杆仪的圆运动对多轴机床末端（刀具和工作台）静刚度进行辨识的方法。设计了一种特殊的可加载式球杆仪，能同时测量仪器两端所承受的力和发生的位移，利用该仪器能测量出数控机床末端在不同载荷下所产生的变形误差。将加工空间内机床末端静刚度分解为沿坐标轴x、y和z的方向刚度，建立了一种基于圆运动的刚度辨识模型，利用球杆仪在机床oxz、oyz和oxy平面内进行圆运动轨迹测试，得到机床末端在不同载荷下的变形误差，进而通过刚度辨识模型得到机床的方向刚度。三轴数控铣削机床刚度测试实验结果和仿真结果的一致性证明了所提出方法的有效性。该测试方法简单，仪器轻便，不需要大型和重型的加载设备，适合于工业现场条件。

基于双树复小波和自适应权重和时间因子的粒子群优化支持向量机的轴承故障诊断

张淑清, 胡永涛, 姜安琦, 吴迪, 陆超, 姜万录

2017, 28(03): 327-333.

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提出了一种基于双树复小波和具有自适应权重和时间因子的粒子群算法优化支持向量机的轴承故障诊断方法。首先对机械振动信号进行DTCWT变换，提取能量熵作为特征向量。然后采用AWTFPSO算法优化SVM，实现轴承故障诊断。不同方法的对比实验及分析结果表明，该方法速度快、准确率高。

脉冲光纤激光诱导氧化硬质合金的温度场分布

姚晨佼, 李亮, 何宁, 赵国龙, 吴贤

2017, 28(03): 334-339.

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利用ABAQUS建立了三维瞬态传热模型，计算了激光诱导下的温度场分布情况，并研究了激光参数对温度场的影响。仿真结果表明，工件最高温度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大，热影响区的最大深度和宽度随着单脉冲能量的增大以及扫描速度和光斑直径的减小而增大。研究结果为优选激光诱导氧化硬质合金材料时的激光参数提供了重要依据。

基于流固耦合的换热管道污垢超声回波检测数值模拟与实验

孙灵芳, 徐曼菲, 朴亨, 李霞

2017, 28(03): 340-348.

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对换热管道污垢的有限元建模、耦合边界处理进行了分析与讨论，以压力声学与固体力学为理论基础，基于COMSOL Multiphysics中的PDE模式构建平面辐射声源下的声波振动控制方程，采用超声回波法对换热管道污垢厚度进行无损检测，求解不同振动频率下的回波振型和响应时间历程，为检测多层管材时模态和频率选择提供理论依据。针对多组不同管材污垢厚度回波特性，将有限元仿真与测点检测结果进行对比，验证了模型的准确性。基于换热污垢动态模拟实验装置进行了污垢定量实验。结果表明：采用实验和有限元结合的方式实现换热管道污垢超声回波检测的方法是可行的，数值模拟与实验结果吻合，超声波对管道沉积污垢的检测误差在±4%左右，该结果对工程在役换热集输系统的运行和清管具有实际意义。

基于AR模型和谱熵的自适应小波包络检测

何翔, 高宏力, 郭亮, 吴远昊

2017, 28(03): 348-352.

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针对传统故障诊断的包络问题，提出了一种基于自回归（auto regressive,AR）模型和谱熵的自适应复解析小波包络检测方法。通过AR模型从数据内在规律性上剔除机械振动信号中可线性预测的平稳成分，提取共振衰减的非平稳成分，在不同频带下进行复解析小波包络，结合谱熵在频域内与通带滤波的相关性选定最佳包络。仿真和试验数据分析结果表明，该方法能有效地提取故障特征频率，较传统方法自适应性更强，鲁棒性更高，包络效果更好，在工程应用中具有良好的前景。

采用小弯曲半径弯头反向推直与正向推弯的管坯设计方法

陈清根, 徐雪峰, 马媛媛, 李玲玲, 赵爽, 徐龙

2017, 28(03): 353-358.

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采用数值模拟技术对小弯曲半径弯头（1D）进行反向推直以获得弯头推弯成形时管坯的近似尺寸，并进行优化；在此基础上，采用正向成形法对优化管坯进行推弯模拟与试验验证，最终得到较为精确的管坯尺寸。以管径为32mm×1mm的LF2M铝合金管材进行小弯曲半径弯头成形为例，首先对弯头产品尺寸进行反向推直模拟，获得推直管坯尺寸后，进行优化与正向推弯模拟验证，最终对优化的精确管坯进行推弯成形试验，结果显示：通过反向推直与正向推弯模拟相结合获得小弯曲半径弯头推弯成形管坯尺寸的方法具有较高的可靠性，并得到了管径为32mm×1mm的LF2M铝合金管材进行高难推弯成形时的管坯尺寸与成形零件。

汽车零部件热成形极限裕度云图的构建与应用

崔俊佳, 胡明, 李光耀,

2017, 28(03): 358-365.

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在热冲压工艺中，热冲压钢板处于高温状态，不同位置温度分布有明显差异，传统方法难以评价冲压件的成形性，考虑温度的三维成形极限图能有效评价热冲压件的成形性能，但无法判断热冲压件的安全裕度。针对上述问题，在考虑温度的三维成形极限图的基础上，首先提出了成形裕度的计算方法；然后结合数值模拟和理论分析手段，构建了适用于评价高强钢板热冲压的安全裕度云图；最后对某汽车B柱热冲压不同工艺过程进行了仿真分析，并与试验进行了对比。结果表明，在不同工艺参数和板料尺寸下，构建的裕度云图均能有效预测高强钢板热冲压件的开裂部位和程度。

基于变论域模糊控制的车辆半主动悬架控制方法

王大勇, 王慧

2017, 28(03): 366-372.

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针对车辆半主动悬架系统，提出了一种基于变论域模糊PID控制方法，目标是提高车辆在随机路面激励作用下的平顺性。通过将变论域方法与模糊PID控制器相结合来解决模糊PID存在的因模糊规则制定盲目性而产生的在线调节时间过长等问题。由仿真和实验研究对比可知，变论域模糊PID控制下的半主动悬架系统中的车身垂直振动速度和加速度比常规PID控制下的车身垂直振动速度和加速度分别减小了46.56%和29.21%，相比被动悬架系统的车身垂直振动速度和加速度分别减小了58.05%和49.74%。使用该车辆半主动悬架模糊控制方法可提高车辆的平顺性。

具有非对称力学特性的汽车磁流变减振器设计与控制

于建强, 董小闵, 张宗伦

2017, 28(03): 372-377.

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为降低汽车磁流变悬架系统中传感器成本，提高系统可靠性，提出了一种具有非对称力学特性的汽车磁流变减振器结构设计方案及分级控制方法。根据结构设计方案，对其力学输出特性进行了理论分析,并进行了样机加工与试验测试。为分析分级控制算法在相应半主动悬架中的控制效果，建立了1/4车辆悬架动力学模型，进行了动力学仿真分析。研究结果表明，所设计的磁流变减振器具有连续输出非对称阻尼力的工作特性，验证了设计思路和方法的有效性；采用分级控制算法的半主动悬架在适应道路条件的变化方面比被动控制下的悬架具有更大的优越性；虽然分级控制的控制效果在部分路面下没有天棚控制的控制效果好，但基于分级控制的减振控制系统可以节约成本并提高可靠性，具有较好的应用前景。

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2017, 28(03): 378.

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