中国机械工程

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2017, 28(07): 0.

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基于SH模态导波杆的电站高温结构壁厚测量方法

徐鸿, 郭鹏, 李鸿源, 田振华, 邓博

2017, 28(07): 757-763.

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提出了一种基于SH模态导波杆的电站高温结构壁厚测量方法，该方法使用导波杆将压电传感器与高温被测结构隔开。通过研究发现非频散SH模态导波能通过矩形横截面导波杆将导波信号由传感器导入到高温被测结构中。实验验证了通过特定夹具以干耦合方式将导波杆固定在被测结构表面可以获得较好的信号。使用2MHz中心频率下的汉宁窗调制正弦波信号实现了对处于不同温度被测结构壁厚的监测，室温（25℃）时，壁厚测量值与实际厚度相差0.016mm，高温被测结构实验信号也非常好，波速测量值与拟合曲线所得速度值误差范围为0.1%～2.5%。

双螺杆压缩机转子啮合线与型线关系研究

何雪明, 姜振钢, 武美萍, 张荣, 纪小刚

2017, 28(07): 763-770.

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从双螺杆压缩机转子啮合线出发，详细介绍了啮合线法，利用啮合关系与型线坐标转换关系推导出阴阳转子型线的方法。给出了啮合线法中的连续性要求并提供了相应的求解步骤，解决了啮合线法设计转子型线过程中的连续性问题。研究了啮合线的3个关键控制点，并总结了其位置变化对转子型线（阴阳转子的齿心角、齿厚以及齿间面积）的影响。最后利用啮合线法设计了一条新型线，并演示了通过改变关键控制点位置的方法提高了新型线排量的方法，提高了设计效率。

机械解耦自标定并联六维力传感器设计及仿真

赵延治, 焦雷浩, 牛智, 鲁超, 赵铁石,

2017, 28(07): 771-778.

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针对传统多维力传感器研制后均需繁冗的加载标定这一现状，提出了多维力传感器“自标定”设计理念，通过钢球滚动机械解耦，设计了一种弱耦合全压向力自标定正交并联六维力传感器结构。论证了该六维力传感器的滚动解耦原理，分析了其自标定原理。基于螺旋理论建立了该六维力传感器理想数学模型，计算得到其一阶静力影响系数矩阵。考虑分支弹性变形，基于高次超静定结构力学求解原理，对该六维力传感器进行了受力分析与仿真计算，结合数值算例论证了其自标定特性，从而为该新型六维力传感器的研制奠定基础。

一种产品退化试验的仿真与优化方法

方峻, 魏星, 赵森森

2017, 28(07): 779-784.

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提出了一种基于性能退化模拟数据的退化试验参数优化方法，该方法适用于已知失效机理并可建立退化数据预测模型的情况。首先采用Bootstrap法建立了可靠寿命置信区间预测模型;然后以可靠寿命置信区间最小为目标，以试验预算费用为约束建立了试验参数的优化模型;接着以某型号武器身管为例，分析了生成模拟退化数据的一般方法，并对身管的退化试验参数进行了优化设计;最后探讨了仿真与优化效果的验证分析方法，通过对相应算例的分析证明了该方法的有效性。

核电站低压安注泵轴-散热器-轴承系统的热平衡分析

吴明哲, 孙德臣, 王晓冬

2017, 28(07): 785-789.

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为保证核泵轴承安全可靠地工作，泵转子与轴承之间的转轴上设置有散热器，以降低轴承的工作温度。采用局部热平衡计算方法，建立了核泵轴-散热器-轴承系统的热计算模型。采用VC语言编制了计算程序，对轴-散热器-轴承系统进行了热平衡计算，获得了温度沿转轴的分布，分析了散热器结构对轴承工作温度的影响。计算结果表明，在轴-散热器-轴承系统中，散热器对轴向传热量影响较大，但设置轴上的散热器对轴承工作区温度下降不显著。为更大程度地降低轴承工作温度、提高可靠性，还需要强化电机支架的换热能力，通过强制风冷来实现降温。

基于B样条的凸轮式开关机构轮廓线设计方法

王伟, 姚华忠

2017, 28(07): 789-793.

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针对凸轮式开关机构轮廓线与力值曲线定量关系复杂、轮廓线形状描述困难的问题，采用B样条方法，依据能量理论研究了开关机构轮廓线的设计方法。给出了开关机构B样条曲线描述方程及其微分表达式，建立了机构内部弹性势能与外力功的关系式，提出了轮廓线逐步迭代设计算法。利用MATLAB设计了雨刷开关机构轮廓线，结果表明根据能量关系设计开关机构轮廓曲线能达到预期的力值要求,采用B样条曲线方程比高次多项式拟合方程更能有效提高轮廓线设计精度和开关设计质量。

手术缝合线涂层工艺中张力自稳定系统的设计

文静, 何永义

2017, 28(07): 794-880.

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为保持手术缝合线涂层工艺过程中丝线张力的稳定性，通过分析传统张力的控制方式及其局限性，提出了一种基于速度跟随原理的张力自稳定系统。该系统采用主动放线方式，从动力学角度建立放线系统张力控制模型，设计弹簧-张力杆机构。通过实时检测走线过程中张力的波动，改变主动放线速度，从而减小走线过程中丝线张力的波动幅度，提高系统稳定性。构建了虚拟样机，在ADAMS中进行动力学仿真，仿真结果表明该弹簧-张力杆机构能将张力的波动幅度减小70%。最终以与强生（中国）医疗器材有限公司共同研制的四头上蜡机作为测试对象，与传统设备相比，该方案可将张力的波动幅度减小53%。

飞机舵面液压助力器及舵面系统建模与性能仿真

陈剑, 邓支强, 乔晋红

2017, 28(07): 800-805.

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以某型飞机飞行操纵系统典型液压助力器为研究对象，建立了液压助力器及舵面系统仿真分析模型。综合考虑油液刚度、结构刚度、摩擦、泄漏等非线性因素对系统的影响，推导出包含负载、活塞、缸体和阀芯动态的系统模型。针对助力器及舵面系统稳定性和静动态特性展开分析研究，阐述了关键参数对系统性能和稳定性的影响。仿真结果表明，该系统稳定性良好，响应迅速，具有良好的静动态性能。

基于压缩信息特征提取的滚动轴承故障诊断方法

孟宗, 李晶, 龙海峰, 潘作舟

2017, 28(07): 806-812.

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压缩感知作为一种新型压缩采样方法，利用信号稀疏特性以远低于奈奎斯特采样定理的采样速率压缩采集信号，减小数据采集、传输、存储的硬件压力。基于压缩感知框架下压缩采集的信号，提出了一种滚动轴承故障诊断新方法。该方法选择部分hadamard矩阵作为测量矩阵，将峭度因子、方差、波形因子作为敏感特征参量，不重构压缩测量量，直接利用压缩采集信息，提取敏感特征，然后通过PSO-SVM算法进行模式识别从而实现故障诊断。研究结果表明，在一定压缩比范围内，利用该方法能够在降低平均采样速率的同时用更少的数据量表现故障特征，实现滚动轴承故障诊断。

基于方位特征方法的串联机构型综合的计算机自动生成

孙驰宇, 沈惠平, 朱小蓉, 杨廷力

2017, 28(07): 813-822.

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研究了基于方位特征（POC）集方法的串联机构型综合的算法及其计算机自动化实现方法。建立了串联机构型综合的算法，提出了一种新的串联机构末端构件方位特征集移动/转动维数及方向的表述方法；详细说明了基于C语言的n-DOF串联机构型综合的算法及其程序自动实现过程；使用MATLAB设计该程序的界面，优化了该程序人机交互的友好性;以4-DOF串联机构型综合为例说明，该程序可自动生成理论上存在的10种1T3R、23种2T2R、85种3T1R串联机构构型。使用该程序进行串联机构型综合，仅需用户键入期望生成机构的方位特征集，即可自动生成符合预期要求的串联机构，操作简单、方便，具有较好的实用性。

基于假设检验和支持向量机的旋转机械故障诊断方法

赵宇, 李可, 宿磊, 陈鹏

2017, 28(07): 823-829.

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针对旋转机械故障诊断中存在的早期非平稳微弱故障信号特征提取困难、故障诊断不准确等问题，提出了一种基于自适应假设检验滤波和支持向量机（SVM）的故障诊断方法。该方法采用统计学假设检验原理来评估参考信号(噪声信号)和原始信号(故障信号)在频域上的相似性，删除具有高相似性的频域成分；通过粒子群优化算法获得最佳的显著性水平α；定义评估因子Ipq来评价假设检验滤波的效果。最后通过SVM来逐次诊断轴系构造异常。验证结果表明该方法能够有效地诊断出传动轴不对中和不平衡的故障类型。

测量不确定度引起的抽样检验误判率计算

王汉斌, 陈晓怀, 李红莉, 程银宝, 程真英

2017, 28(07): 829-834.

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为合理配置测量资源，提高产品检验结果的可靠性，对抽样检验中测量不确定度引起的误判风险进行了量化评估。分析了抽样检验中可能存在的各种风险，重点对测量不确定度的影响进行了讨论；分别针对检验前误判率预估和检验结果误判率计算两种应用情况，提出了误判率计算公式；以产品尺寸合格性检验为例，进行了误判率计算和分析。结果表明，抽样检验误接收和误拒收概率均随测量不确定度的增大而增大，产品检验前应根据可接受误判率合理选择测量方法；对具体产品批的合格性判定结果，应同时计算对应的误判率，以保证产品检验结果的可靠性。

新型球面并联人形机器人踝关节机构静力学性能分析

杨龙, 周玉林, 马秋明

2017, 28(07): 835-841.

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采用拆杆法建立机构的静力学平衡方程，考虑构件弹性，利用小变形叠加原理建立机构的变形协调补充方程，进而完成二自由度并联人形机器人踝关节机构的静力学分析。通过数值计算，得到在三种外载荷下构件上的各力与机构位姿的关系图。结果表明:外载荷为纯力时，支链1的受力很小，支链2的受力近似为零，而中心球面副支链的受力近似等于外载荷;外载荷为纯力矩时，三个支链的受力情况相似;外载荷为力和力矩时，支链1、支链2的受力情况与外载荷为纯力矩时的受力情况相似，中心球面副支链的受力为前两种情况的叠加。外载荷中的力成分主要由中心球面副支链承载，力矩成分由三个支链共同承载。该研究为该人形机器人踝关节机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学参考。

基于混合算法的薄壁件铣削加工工艺参数优化

曾莎莎, 彭卫平, 雷金

2017, 28(07): 842-845,851.

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结合神经网络法和遗传算法的优点，提出了一种以倒传递神经网络法为基础的加工工艺参数优化方法，对薄壁件铣削加工工艺参数进行优化。将田口实验所得数据经倒传递神经网络进行训练与测试，来建立薄壁件铣削加工的信噪比预测器，并通过最大化信噪比，将铣削过程变异降至最低，进而找出最佳加工工艺参数组合。通过数值模拟与加工实验，验证了所提方法在薄壁件铣削加工工艺参数优化中的有效性。

综掘巷道超前支架相似实验样机理论与实验研究

谢苗, 刘治翔, 毛君, 卢进南

2017, 28(07): 846-851.

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为了在实验室条件下，对综掘巷道超前支架进行动静力学实验分析，根据物理学相似关系，建立了超前支架原型机与实验样机的相似准则，确定了实验样机的主要参数，建立了实验样机。通过线性系统振型叠加的理论方法对实验样机进行了模态分析，并与模态实验结果进行了对比。通过理论方法对顶板在无支护、超前支架单组支护和双组支护下的力学特性进行分析，并与建立的实验平台得到的实验数据进行了对比分析。研究结果表明，模态分析的理论与实验结果误差最大值为12.57%，支架与顶板耦合力学的理论与实验结果误差最大值为14.80%，均低于20%，满足研究误差要求，验证了研究结果的可靠性。

基于粒子群算法的多目标可重构设施布局方法

丁祥海, 姚文鹏

2017, 28(07): 852-861.

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提出了一种多目标可重构设施布局方法。该方法引入了空间填充曲线来表征设施位置，可以实现任意两个设施之间的互换；考虑了柔性面积需求和设施形状约束系数等因素，保证布局方案的可行性；建立了以成本(物料运输成本和设施重构成本)和在制品库存为目标的多目标可重构设施布局模型；设计了该模型的改进粒子群算法，该算法在全局极值和个体极值的选取、Pareto解集的更新策略方面相对于标准的粒子群算法有改进。最后用算例说明了该方法的有效性。

基于响应面法的单点增量成形过程变形能优化

姚梓萌, 李言, 杨明顺, 张敬冲, 张成兴

2017, 28(07): 862-866.

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单点增量成形过程中的变形能对加工成本控制及工具头与材料之间的热效应和摩擦效应有直接影响。以典型圆锥形制件为研究对象，采用BBD实验方法，设计四因素三水平实验方案，利用响应面法研究工具头直径d、层间距Z、板厚t和成形角α对变形能的影响，并得到变形能的多元二次预测模型，最后以变形能最小为目标对该模型进行优化。实验结果表明：板厚对变形能的线性影响最显著，随着板厚的增大变形能增大，工具头直径越大所需变形能越大，成形角增大时所需的变形能增大；变形能最小的工艺参数组合是工具头直径4.0mm、层间距0.95mm、板厚0.57mm、成形角45°。

凸环管件颗粒介质内高压成形工艺理论解析

杨卓云, 赵长财, 董国疆, 张鑫, 陈晓华

2017, 28(07): 867-876.

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离散体颗粒介质使颗粒介质内高压成形工艺中的传压具有非均匀性、颗粒介质与管件之间摩擦作用显著等特征,基于此，建立了颗粒介质非均匀载荷传压模型，对凸环管件胀形工艺过程进行了理论推导和数值解析，探讨了内压状况和摩擦条件对管件成形性能的影响，并通过工艺试验对理论分析结果进行了验证。分析结果表明，颗粒介质内高压成形工艺所具有的内压非均匀性、介质与管坯摩擦作用显著两大特征可有效减小胀形过程中的壁厚减薄和成形压力。对比试验与理论分析结果表明，壁厚分布和成形压力的理论计算结果与试验结果一致，颗粒介质非均匀载荷传压模型的构建策略可用于管件成形的预测和分析。

聚合物气体辅助挤出中气体流动对熔体截面的影响

黄益宾, 余忠, 熊爱华, 章凯

2017, 28(07): 877-881.

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将聚合物熔体和低速热空气均视作不可压流体，针对一聚苯乙烯（PS）片材的全气体辅助挤出，建立了描述其气体-熔体两相分层流动的三维有限元模型，采用黏弹应力分离法（EVSS）和非协调流线迎风法（SU）等有限元方法，利用PolyFlow求解器对气体辅助流道中气体和熔体流动进行了计算，分析了熔体截面变化的规律及原因。研究结果表明：气体辅助流道内，气体对熔体有拖曳作用；沿挤出方向，熔体速度逐渐增大，而截面积逐渐减小，都在口模出口面上达到极值，同时截面形状有微小改变；口模出口面上熔体沿挤出方向的速度随入口气体体积流率的增大而近似线性增大，熔体截面积则近似线性减小。

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2017, 28(07): 882.

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