中国机械工程

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2017, 28(20): 0.

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一种打磨机械臂的静刚度建模与实验

曲梦可1,2,3;王洪波1,3;荣誉2

2017, 28(20): 2395-2401.

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设计出一种采用(U+UPS)P+UPS并联机构的打磨3-DOF机械臂。运用子结构拆分和叠加思想，将机械臂手腕的位姿变形因素拆分为只考虑各支链拉/压变形、只考虑UP支链扭转变形、只考虑UP支链弯曲变形3个主要影响因素。通过基于矢量回路的虚功原理和结构矩阵建立3个主要影响因素的刚度模型，并根据各支链的结构特点定义了支链内各部件变形系数。通过叠加原理将各影响因素的刚度模型叠加整合为机械臂的整体刚度模型。研制出机械臂的实验样机本体，采用一套高精度机器人刚度实验系统对机械臂实验样机进行了刚度标定。实验结果表明：机械臂实验样机的位置变形实测值与理论值之间偏差均小于3μm，姿态变形实测值与理论值之间偏差均小于0.05°，机械臂实验样机的变形均在合理范围之内。

机构中过约束判定的新方法

卢文娟1,2;张立杰1,2;谢平3;曾达幸1,2;张一同1,2

2017, 28(20): 2402-2407,2413.

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将前期研究中提出的基于杆组参数矩阵的交集规则及过约束判断方法推广到更为一般的过约束机构。从过约束产生的本质出发，讨论了刚性闭合、通过运动链闭合、通过单个运动副闭合，及其过约束，得到了单环路机构中过约束判断的两个准则。对于较复杂机构，借助“结构流程图”的辅助分析，依据闭合方式，通过分析每个闭合过程中对应的杆组参数矩阵来确定过约束。分析了两个典型机构中的过约束，所得结果与实际一致，证明所提方法的方便性和实用性。

大口径SiC反射镜用金属基圆弧砂轮在线整形装置研制

饶小双1;张飞虎1;李英杰2;李琛1;刘忠德1

2017, 28(20): 2408-2413.

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针对空间光学系统中大口径SiC反射镜非球面磨削用金属基圆弧砂轮，提出并推导了双轴回转展成运动下脉冲放电修整圆弧的形成机理。在分析长春光学精密机械与物理研究所（长光所）4m口径SiC反射镜的非球面磨削运动的基础上，确定了有效磨削圆弧段及其半径和杯形电极的尺寸，针对长光所五轴联动数控磨床设计了金属基圆弧砂轮的在线整形装置，并通过圆弧整形实验进行了验证。结果表明，所设计的金属基圆弧砂轮在线整形装置能够很好地修整出目标圆弧，满足4m大口径SiC反射镜非球面磨削的需求。

改进小波包多阈值去噪法及其工程应用

陈世平;王振忠;俞辉;王泉金

2017, 28(20): 2414-2419.

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针对机械振动信号提取时面临的去噪问题，在小波包多阈值准则去噪法的基础上，提出一种改进的小波包多阈值准则综合去噪方法(改进FMC去噪法)。该方法首先采用探测插值法对机床原始振动信号进行预处理，剔除受外界干扰产生的突变噪声信号；再以小波包分析为基础，根据有用信号的最小频率确定最大分解层数，并按最小代价原理确定信号分解的最佳小波包基；最后采用小波包多阈值降噪准则对振动信号进行重构，得到去噪后的机床振动信号。针对含噪blocks信号、doppler信号及模拟的含噪振动信号进行的仿真实验结果表明，改进后的FMC去噪法去噪效果优于传统方法。将该方法应用于气囊修整机振动信号分析中，结果表明，改进FMC去噪法能够有效剔除振动信号各频段的噪声，提高信号特征的可分离性。

基于二元多尺度熵的滚动轴承退化趋势预测

李洪儒1;于贺1;田再克1;李宝晨2

2017, 28(20): 2420-2425,2433.

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针对轴承振动信号随机噪声干扰大、多尺度熵表征轴承退化趋势偏差大的问题，提出了一种基于二元多尺度熵的滚动轴承退化趋势预测方法。首先对滚动轴承振动信号进行局部特征尺度分解，采用多元多尺度熵理论对二阶信号进行计算，提取了二元多尺度熵特征。然后采用互信息法和假近邻法对算法中的嵌入维数和延迟向量等参数进行了优化。最后采用极限学习机预测模型对二元多尺度熵退化趋势曲线进行预测，并对比了不同激活函数的预测性能。结果表明，相对于传统多尺度熵，二元多尺度熵偏差较小；激活函数为sigmoid时极限学习机模型预测精确度较高。

动力电池组汇流排过载能力及电流均衡性影响因素研究

余剑武1,2;范光辉1,2;雷吉平2;李鑫2;张亚飞1

2017, 28(20): 2426-2433.

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以某电动汽车动力电池组软包电池单体汇流连接排为研究对象，对不同结构、不同厚度的汇流排进行热电耦合数值计算，探讨了汇流排结构形状、汇流排电流I/O方式、汇流排焊缝宽度、焊缝位置对汇流排温升和电池单体均衡性的影响。以标准汇流排为研究对象，在两进两出电流不同分配方式下，重点分析汇流排对电流均衡性的影响。加工了铝质汇流排，采用多路温度测试仪对铝质汇流排进行实验测试，在不同电流作用下，实验温升和数值模拟温升之间的误差在5%之内。研究结果表明，钣金折弯对汇流排的过载能力影响不大，在汇流排表面开孔会显著降低汇流排的过载能力；在一定范围内增大汇流排厚度可以显著提升汇流排的过载能力；汇流排的焊缝宽度和焊缝位置对过载能力有一定影响，其中焊缝位置影响更大一些。最后对汇流排温升过高以及电流分配不均衡的机理进行了详细分析。

基于齿面Ease off拓扑的弧齿锥齿轮齿面偏差等效修正方法

聂少武1;邓静2;邓效忠2;杨建军1;李聚波1

2017, 28(20): 2434-2440.

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为提高弧齿锥齿轮齿面修正的效率，提出了一种仅修正小轮齿面偏差的等效修正方法。通过比较实测齿面与设计齿面Ease off之间的失配值,计算出小轮齿面等效偏差。通过建立齿面等效偏差与加工参数之间的修正数学模型，反求出满足理论失配要求的小轮加工参数。实验结果表明：通过对小轮齿面偏差进行等效修正，小轮实际齿面与大轮实际齿面之间的失配值与设计值误差在5μm以内，传动误差幅值与理论值相差0.5″，实际齿面啮合结果满足理论设计要求。

考虑稳定性的非线性刚度转子系统振幅突变分叉集分析

潘勇1;王香耿1;程敏2,3;刘保国2

2017, 28(20): 2441-2447.

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利用平均法导出非线性刚度转子系统的主共振频率响应方程，借助突变理论求出利用频率协调因子和激振力幅值表示的分叉集及其尖点表达式。根据奇点稳定性理论导出了转子系统稳定性条件，并得到利用频率协调因子和振幅构建的临界不稳定区域及其分叉点表达式。利用数值算例讨论了非线性刚度系数对分叉集突变区域、临界不稳定区域以及振幅特性曲线的影响。研究表明：减小转子系统的非线性刚度系数是控制转子系统振幅突变最为理想的方法。

多级压力源液压切换的位置伺服控制系统

曹晓明1;郭宝峰1,2;王佩1;李瑶1;姚静1,2,3

2017, 28(20): 2447-2454.

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针对传统液压阀控系统传动效率低的问题，提出了一种新型液压回路——多级压力源液压切换系统，给出了该新型液压系统的组成、工作原理、多级输出力的定义以及节能机理的实现，并进行了机理建模；以3个压力等级为例，设计了混合控制策略；搭建了多级压力源液压切换系统原理验证实验台。实验结果表明，多级压力源液压切换系统在位移跟随过程中，压力切换时存在位移和速度抖动；与传统液压位置控制系统相比，该液压系统具有显著的节能效果。

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

米承继1,2,3;谷正气1,3;蹇海根3;张勇1,3;李光3;熊勇刚3;李文泰3

2017, 28(20): 2455-2462.

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针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余，以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题，开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先，基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计，得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次，基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计，利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优，优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%，且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀，车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。

货车转向系统结构振动特性测试与优化

陈剑;戎芳明

2017, 28(20): 2463-2466,2492.

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针对某型车开展了转向系统结构的动力学分析并进行了试验研究；采用瞬态激励测量转向系统结构的振动响应，得到加速度频响函数曲线；通过锤击法识别出转向盘、转向柱组件和汽车仪表板横梁管梁的约束模态参数。综合分析了模态振型和安装点动刚度，确定了需要优化的结构；通过对转向盘控制点的振动灵敏度测试，验证了优化方案的有效性。

基于超单元技术的大型复杂结构的拓扑优化设计

李昂;刘初升

2017, 28(20): 2467-2474.

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采用超单元技术处理与车架相连的履带部分模型，并用拓扑优化方法对起重机车架的结构进行重新设计。结果表明，超单元法与传统的全模型分析法相比，求解精度相同，而计算时间仅为全模型分析法的1/3，达到了节省计算时间且保持计算精度的目的。最后通过有限元分析和疲劳试验验证了利用超单元法处理复杂模型的可行性。

基于工艺演化的工艺信息一体化建模

王庆文;秦世超;李静

2017, 28(20): 2474-2482.

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针对工艺演化过程中工艺信息的动态性、多样性及关联性，以工艺过程为载体，构建了工艺信息的一体化表达模型。首先建立了一种喷泉式的工艺演化模型，从宏观上论述了工艺演化模式及演化关系。通过演化过程信息形态及关联分析，提出一种基于工艺过程的建模方法。该方法采用“标签-对象”的映射方式，将资源、经验知识、管理信息“标注”在工艺过程上面，建立了各类信息与工艺过程的可扩展性关联。最后以实例说明了所提出方法在信息建模及原型系统开发中的应用。

基于工序约束链编码的遗传算法求解产品综合调度问题

石飞;赵诗奎

2017, 28(20): 2483-2492.

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针对产品综合调度优化问题，提出一种基于工序约束链编码的遗传算法。该算法设计的编码方法，不但能准确体现产品工艺树中的工序约束关系，而且不会强加新的约束，保证了初始解空间的可行性和完备性；同时避免了分区编码方法存在强加约束和遗漏解空间的问题。针对交叉、变异操作产生不可行解的问题，设计了一种基于邻接矩阵的修复方法。实验测试结果验证了所提算法的有效性。

基于路图拉普拉斯算子范数和马氏距离的滚动轴承故障诊断

杨汉键1, 2;于德介1;高艺源1

2017, 28(20): 2493-2499,2519.

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为有效提取滚动轴承振动信号的故障特征，将图信号处理技术引入故障诊断领域。首先根据滚动轴承振动信号构造路图，获得路图信号；再将计算得到的路图拉普拉斯算子范数作为特征参数，构造不同故障的标准特征空间；最后通过测试样本与标准特征空间的马氏距离实现不同故障模式的识别。实测滚动轴承振动信号的分析结果表明，该方法能有效诊断轴承故障。

一种3-CRCR/RPU对称并联机器人机构工作空间及运动学分析

周少瑞;刘宏昭

2017, 28(20): 2500-2508.

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提出一种新型对称3-CRCR/RPU并联机构，借助修正的Kutzbach-Grübler公式，结合螺旋理论进行分析，该机构具有4个自由度。根据几何约束条件列写矢量方程，以解析解形式给出该机构的运动学正解和逆解，基于逆解对机构速度和加速度进行分析，对机构雅可比矩阵分析知，该机构不含奇异位形且部分解耦。应用ADAMS软件建立仿真模型，验证运动学模型的正确性。根据机构各关节限制约束条件给出其工作空间，得出机构具有类斜六面体的α-β-z位姿子空间。最后，研究机构结构参数对工作空间的影响，并基于改进后的全局性能指标ηJ研究不同结构参数下机构整体性能分布，从而为该机构的空间轨迹规划、结构设计的优化问题提供参考。

界面特性对特厚板坯复合轧制复合效果的影响

孙建亮1;彭艳1;谷尚武2;杜兴明1

2017, 28(20): 2508-2513.

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研究了真空度、界面温度和粗糙度对特厚板复合轧制复合效果的影响。真空度和界面温度对复合效果的影响通过热模拟实验获得，粗糙度对复合效果的影响采用等效变形法在二辊轧机上获得。研究结果表明：真空度和界面温度对轧制复合效果作用明显，适当提高真空度和温度有利于改善轧制复合效果；表面粗糙度对板坯轧制复合效果影响明显，减小表面粗糙度可增强复合效果，实际生产可综合考虑生产成本适当减小粗糙度。

Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金在超声振动场下的流变成形能力

李辉1;郑志镇1;吴晓1,2;李建军1

2017, 28(20): 2514-2519.

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将超声振动场引入到非晶过冷液流变成形中，设计了一套超声振动辅助金属热塑成形实验装置，进行了Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金高温单轴压缩实验，研究了非晶合金在超声振动辅助下过冷液相区内的流变行为。实验结果表明，超声振动能减小非晶合金的流动应力与黏度，且输入功率越大，越有利于非晶合金的变形。分析了超声振动场提高非晶合金流变成形能力的机理：振动导致变形过程中内应力和摩擦力周期性消失，宏观上则表现为变形抗力的降低和摩擦条件的改善。

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2017, 28(20): 2520.

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