中国机械工程

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2017, 28(12): 0.

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新型张环式超越离合器的工作原理及自锁与超越条件

杜力, 彭斯洋, 魏东, 宋泽良, 吴振宏

2017, 28(12): 1387-1393.

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提出一种新型张环式超越离合器，其自锁构件呈环状，与输出构件成低副面接触，与传统的高副式超越离合器相比承载能力有所提高。对该张环式超越离合器自锁及超越条件进行分析，并研究了其自锁条件对滚柱磨损的敏感性，研究表明，在该项性能上该超越离合器优于滚柱式超越离合器。最后对新型张环式超越离合器进行了仿真及实验验证。

应用锥光偏振全息技术的航空叶片测量新方法

周阿维, 邵伟, 吴莹

2017, 28(12): 1394-1399.

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针对航空叶片型面复杂、曲率变化大的特点，提出一种应用锥光偏振全息原理的测量方法，该方法采用同一束锥光照明，允许被测表面的法向方向与光轴的夹角有较大的变动范围，从而避免叶片曲率变化对测量的影响。在此基础上，利用提出的基于隐式多项式的数据配准算法实现测量数据与CAD模型数据的同位姿化，获得叶片型面误差分布及相关几何参数的偏差，为加工工艺参数的调整提供精确的参数。实验结果表明，该方法测量重复性小于8μm，达到航空叶片自适应加工对测量的要求。

工程机械柔性机械臂振动的混合可靠性分析

曾光, 姜潮, 倪冰雨

2017, 28(12): 1400-1405,1412.

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基于概率-区间混合不确定性模型及结构可靠性分析方法，针对工程机械多关节柔性机械臂的振动可靠性进行研究。根据机械臂不确定参数的信息完备程度，通过概率变量和区间变量对不确定参数进行度量。基于柔性臂架有限元仿真数据，构建机械臂参数与结构固有频率关系的径向基函数代理模型，进而通过概率-区间混合可靠性分析方法对机械臂共振的失效概率进行区间估计。最后将该方法应用于实际产品，通过工程实例验证了方法的有效性。

迈步过程接触刚度变化对超前支架动态响应影响分析

谢苗, 刘治翔, 毛君

2017, 28(12): 1406-1412.

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通过数值仿真和实验方法对超前支架迈步过程的动态响应特性进行研究。使用块系覆岩理论构造超前支架与顶板的耦合动力学模型。以超前支架与顶板接触刚度变化模拟超前支架的迈步过程。将超前支架迈步过程与顶部接触刚度设定为阶跃突变方式、指数型、直线型和对数型方式进行变化，研究此过程顶板、第一和第二支撑组的动态响应。使用MATLAB建立超前支架迈步过程动力学微分方程，并使用四阶龙格库塔计算方法对超前支架迈步过程的动力学问题进行求解。仿真和实验结果表明，使用阶跃突变方式进行支架迈步过程接触刚度的控制时，会引起顶板和各个支撑组的剧烈振动。使用对数型、直线型和指数型刚度变化方式进行迈步过程控制，能够减小顶板、第一和第二支撑组的振动量，并且三种方式减小振动量的效果逐渐递增。

3-CUR解耦并联3D打印机结构优化与动力学分析

曾达幸, 张星, 樊明洲, 李晓帆, 侯雨雷

2017, 28(12): 1420-1426.

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以熔融沉积成形3D打印机为研究对象，指出现有3D打印机存在的不足，阐述其输出运动特性，提出将解耦并联机构应用于3D打印机。选取3-CUR解耦并联机构作为3D打印机机械本体，论述其合理性，给出其输入输出间的映射关系，得到机构的运动雅可比矩阵和满足空间连续打印的驱动角范围。以灵巧度为目标，进一步优化了机构的驱动角范围，再以打印空间为优化目标，基于遗传算法得到机构参数的最优值。建立机构输入输出的误差模型，分析机构定位精度并进行误差补偿，最后基于牛顿-欧拉方法建立机构的动力学模型并进行验证，为样机设计提供理论依据。

金属带式无级变速器带轮变形损失研究

傅兵, 周云山, 高帅, 李泉, 安颖

2017, 28(12): 1420-1426.

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为了减少金属带式无级变速器变速机构的传动损失，分析了带轮变形损失机理，推导出带轮变形损失计算模型。基于某国产无级变速器的实际参数，引入由有限元方法建立的带轮轴向变形模型，定量分析了带轮变形所导致的楔入损失及进出口损失，获得了金属带速比、输入转矩对带轮变形损失的影响规律。分析结果表明：带轮变形损失随输入转矩的增大而增大，在最小速比和最大速比位置的损失大于中间速比位置的损失，其中楔入损失是构成带轮变形损失的主要部分;可通过提升带轮在最大工作半径处的等效轴向刚度来减小变形损失。最后通过台架试验验证了变形损失计算模型的可信性。

双臂空间机器人捕获航天器后的镇定运动分块滑模自适应神经网络控制

程靖, 陈力

2017, 28(12): 1427-1433,1441.

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讨论了双臂空间机器人捕获航天器后闭链混合体系统姿态和关节的受扰运动镇定控制及双臂协调操作问题。根据冲量定理及闭环约束条件，分析了双臂空间机器人捕获操作结束后受到的冲击效应，建立了闭链混合体系统动力学方程。以此为基础，针对星载计算机运算能力有限的问题，基于神经网络控制理论设计了分块滑模自适应控制方案。将混合体系统动力学方程考虑为多个非线性关联子系统的集合，因此可同时并行地利用神经网络来分别逼近各子系统未知动力学模型，即通过并行处理来提高计算效率。设计了自适应滑模控制器来抵消交联项及神经网络逼近误差的影响。为了保证各臂杆的协同操作，基于最小权值范数法分配了各臂关节控制力矩。通过系统数值仿真验证了所提控制方案的有效性。

中子应力谱仪样品承重台回转支承载荷分析

李杨, 吴运新, 龚海, 张宇,

2017, 28(12): 1434-1441.

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针对中子应力谱仪样品承重台(简称“中子谱仪样品台”)旋转运动机构用三排圆柱滚子回转支承的特殊结构和受载情况，基于Hertz理论，实现了力学分析模型的建立和求解，在此基础上通过有限元法分析了中子谱仪样品台极限工况下滚子与滚道之间的接触特性，然后分析了轴向载荷、径向载荷、滚子数量对回转支承刚度的影响。研究结果表明：在中子谱仪样品台极限工况下，上排滚子与滚道的接触区域等效应力最大，为76.98MPa，外圈滚道的最大等效应力为14.82MPa，内圈滚道最大等效应力为11.26MPa;刚度分别随轴向载荷、径向载荷和滚子数目的增大而增大，且均成非线性关系，当轴向载荷增至1200kN、径向载荷增至300kN时，轴向刚度和径向刚度增长趋势明显减慢，当上排与下排滚子数量增至170时，轴向刚度的增大趋势明显加快。研究结果为中子谱仪样品台旋转运动机构的设计提供了参考。

复杂载荷作用下压气机叶片疲劳寿命数值分析

张俊红, 刘萌, 付曦, 寇海军, 林建生

2017, 28(12): 1442-1448,1467.

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为提高叶片服役寿命，在计算叶片应力分布并预测其在复杂载荷作用下的疲劳寿命后，基于逆向工程建立了三种不同精度的叶片模型;考虑离心和气动载荷作用，求解压气机叶片复合载荷作用下的应力分布规律;通过叶片模拟件疲劳试验，确定TC4钛合金疲劳极限，拟合寿命模型参数;利用非线性连续损伤力学模型预测叶片在典型工况下的疲劳寿命。结果表明：不同模型的应力及寿命计算值存在一定差异，开展叶片数值分析时，需考虑计算模型还原叶片几何特征的精度对计算结果的影响。

垂直轴风轮阻力型支撑杆研究

张立军, 赵昕辉, 马东辰, 米玉霞, 王旱祥, 刘延鑫

2017, 28(12): 1449-1455.

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为了研究阻力型支撑杆对垂直轴风轮自启动性能和风能利用率的影响，分析了阻力型支撑杆的气动特性，获得了顺风区和逆风区作用在支撑杆上的相对风速分布。在此基础上，理论对比了圆形、V形外凸圆和V形内凹圆三种截面支撑杆各自旋转一周的平均输出转矩，分析显示，V形内凹圆截面支撑杆组成的风轮具有较好的自启动能力和稍高的风能利用率。为进一步验证理论计算结果，通过数值模拟计算了以上三种截面支撑杆各自在不同转速下的平均输出转矩。仿真结果表明：与传统的圆形截面支撑杆相比，V形内凹圆截面支撑杆能改善垂直轴风轮的自启动能力，可使风能利用率提高3.44%，这与理论分析结果吻合较好。

基于设计结构矩阵的产品多域需求表达合理性研究

杨沁, 宋飞, 潘高峰, 焦海森

2017, 28(12): 1455-1461.

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需求节点之间存在约束关系及时序关联，造成需求节点矛盾冲突，为此，提出一种基于设计结构矩阵(DSM)的客户需求表达方法。该方法通过建立客户需求模板、建立约束规则、优化客户需求表达过程DSM、进行约束检验、计算需求合理度5个步骤，实现产品需求的多域协同，为需求节点时序合理性及需求表达合理性提供量化判定依据。最后以AGV小车为例说明方法的实用性。

基于模拟退火-粒子群算法优化支持向量机参数的连铸漏钢预报

方一鸣, 郑贺军, 刘乐, 胡春洋

2017, 28(12): 1462-1467.

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针对连铸漏钢预报神经网络模型在小样本训练数据情况下难以获得较高预报准确率的问题，提出了一种基于模拟退火-粒子群（SA-PSO）算法优化支持向量机（SVM）参数的连铸漏钢预报算法。将粒子群优化算法引入支持向量机的训练过程中，利用其调整参数少、寻优速度快的优点，有效地提高了漏钢预报模型的寻优速度;利用模拟退火算法对粒子群算法迭代更新后粒子的新位置加以评价，来决定新位置是否被接受，避免了粒子群算法在迭代寻优过程中陷入局部极值的问题。结合某钢厂连铸现场历史数据对提出的连铸漏钢预报算法进行了测试，测试结果表明，所提算法的连铸漏钢预报准确率可达98.8%。

移动式服务机器人混合控制器关键技术研究

徐培培, 王国庆, 翟佳星, 李兆路, 张志新

2017, 28(12): 1468-1473.

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针对移动式服务机器人控制系统需要具备运动控制、网络通信、多媒体UI交互及设备远程监控等多种功能而导致成本高昂、实时性差等问题，提出了多核异构微控制器与Android移动设备相结合的混合控制器方案并实现了原型系统。该系统采用面向管理的多微控制器运动控制系统与信号采集系统，通过OTG与Android移动设备连接，可使得Android移动设备完成多媒体UI交互、WiFi及WiFi Direct通信、图像传输以及设备状态监控数据传输与处理;服务器端实现了设备状态数据的存储与应用。经过测试，样机整体性能良好，达到了预期的设计目标。

产品平台参数化模型间包含性分析

曾莎莎, 彭卫平, 闫玮

2017, 28(12): 1474-1483.

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基于Apriori算法，研究了参数化模型间包含性关系，结合包含性关系在数据库中的隐藏形式，利用一种可以克服经典Apriori算法两个瓶颈的事务数据库构建方法，减少了扫描事务数据集的次数，并通过对频繁项集置信度的比对，输出了包含性关系的结果。以高中压阀门产品为数据对象，应用Weka数据挖掘软件的Explorer模块进行实例验证，输出了阀门各个参数化模型间的包含性关系。

基于能量聚集度经验小波变换的齿轮箱早期微弱故障诊断

王友仁, 陈伟, 孙灿飞, 孙权, 黄海安

2017, 28(12): 1484-1490.

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齿轮箱早期故障的故障特征不明显，振动信号呈现出强烈的非线性、非平稳现象，为此,提出了一种基于能量聚集度经验小波变换（EA-EWT）的齿轮箱故障诊断方法。首先对采集的振动信号进行EA-EWT分解，对分解后的各层信号采用最大峭度-包络谱熵准则进行敏感分量筛选，再利用最小熵解卷积对筛选出的分量信号进行降噪处理，对降噪后信号进行Hilbert包络谱分析，通过包络谱中的频率成分识别出故障类型，实现早期故障诊断。试验结果表明，该方法能够明显增强早期微弱故障特征，提高齿轮箱早期故障诊断性能。

AA6061铝合金正方形截面管胀形工艺研究

毕江, 赵长财, 杜冰, 陈晓华, 董国疆

2017, 28(12): 1491-1498.

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AA6061铝合金挤压管材在常温下强度高但塑性差，难以成形复杂形状零件。基于此，提出了固溶处理+固体颗粒介质胀形+人工时效的工艺流程，通过固溶、淬火和时效等热处理工艺调整铝合金变形前后的力学性能，应用固体颗粒介质胀形技术实现管件塑性成形。以AA6061挤压铝合金管为研究对象，分析了固溶处理工艺参数对合金力学性能的影响，发现管材经固溶温度560℃且保温120min处理后，其延伸率提高3倍以上，强度和硬度也大幅降低，使合金管材的成形性能指标显著提高，具备了固体颗粒介质胀形管件的条件;对合金固溶处理后再人工时效处理的试验研究表明，人工时效温度180℃且保温360min时合金塑性下降，强度和硬度等性能指标均可恢复至初始状态。基于铝合金热处理工艺特征的研究，采用固溶处理+固体颗粒介质胀形+时效处理的工艺流程，成功试制了AA6061铝合金典型的正方形截面管件，其环向最大展长率可达34%。

22MnB5超高强钢热冲压成形工艺及试验

薛克敏, 孙大智, 李萍, 巩子天纵

2017, 28(12): 1498-1503,1511.

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考虑材料的热物理性能参数、力学性能与温度的关系，利用ABAQUS软件建立了22MnB5超高强钢热冲压过程的热力耦合有限元模型，选用合适的热冲压工艺参数进行数值分析，得到了坯料热冲压成形的应力应变分布，并以板料初始温度为变量，研究不同初始温度对零件厚度分布、回弹及冷却速率的影响。进行了板料初始温度为900℃的22MnB5超高强钢热冲压试验，零件厚度分布及回弹量与模拟结果基本吻合，各区域淬火组织均为板条状马氏体，由于零件底部的淬火冷却速率较大，马氏体组织更加均匀细小。

电偶腐蚀的微观机理及其对材料性能的影响

史平安, 刘道新, 万强

2017, 28(12): 1504-1511.

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为探讨应力和电偶双重因素对2A12合金/45钢腐蚀行为的影响，利用专用的加载装置开展了外加应力作用下偶对2A12合金/45钢在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为研究，利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪等手段观察了试样腐蚀后的微观形貌特征，并采用拉伸试验研究了电偶腐蚀对2A12合金材料力学性能的影响。结果表明，无外加应力时2A12合金表面的宏观腐蚀形态基本为均匀腐蚀。随着外加应力的增大，点蚀面积增大的同时局部腐蚀向基体内部进一步发展。因此，外加应力是通过改变2A12合金表面的细观组织结构和腐蚀形态来加速偶对中阳极材料2A12合金表面腐蚀的，尤其是促进局部腐蚀加剧向基体内部发展。在此基础上，根据不同腐蚀周期内2A12合金的腐蚀特征和失重率，得到了腐蚀材料性能和寿命预测的数学模型。

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2017, 28(12): 1512.

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