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2017年 第28卷 第21期    刊出日期：2017-11-10
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2017, 28(21):  0. 
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机械基础工程
基于Stribeck摩擦模型的盘式摩擦副稳定性分析
王延忠1;郭超1;贾树王1;宁克焱2;兰海2
2017, 28(21):  2521-2525. 
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为了分析摩擦副滑动摩擦状态下的稳定性，分析系统的失稳条件，以Stribeck摩擦模型为基础，建立了速度相关的多自由度摩擦副滑动稳定性分析模型。建立了盘式摩擦副的系统动力学微分方程，进行了基于库仑摩擦定律摩擦力计算公式的级数展开，随后依据李雅普诺夫稳定性判据进行了系统稳定性求解，并分析了系统关键参数对系统稳定性的影响。研究结果表明，采用减小Stribeck系数和摩擦因数静动比、减小外载荷和增大系统阻尼等方法，能提高系统的稳定性。
基于鱼群算法的永磁体-电磁阀式磁流变阻尼器半主动悬架系统
胡红生1;肖平2;江明2;欧阳青1
2017, 28(21):  2526-2533. 
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为了提高汽车悬架系统工作性能，对磁流变阻尼器半主动悬架控制系统进行了研究。首先，基于磁流变阻尼器工作原理，将永磁体与电磁阀引入其中，设计新型磁流变阻尼器并建立了仿真模型，示功特性试验结果表明，所设计的新型阻尼器可以满足汽车悬架的使用要求，同时，速度特性试验表明所建立的阻尼器模型具有较高的可信度;其次，基于牛顿定律建立了7自由度整车悬架模型；为了提高悬架控制效果，在对常规鱼群算法进行改进的基础上，设计了适合汽车悬架系统最优控制器的鱼群算法，实现了两者的集成控制;最后，进行了仿真试验。试验结果表明，与被动悬架相比，基于鱼群最优控制算法控制的汽车车身质心垂直加速度、俯仰角加速度、侧倾角加速度分别减小了38.95%、35.12%、35.98%，有效地提高了汽车的动力学性能。
基于正态模糊时间窗约束的飞机装配物料配送路径规划
朱永国1;李俊杰2;刘春锋3;宋利康4
2017, 28(21):  2534-2541. 
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针对飞机装配过程中装配工位物料需求时间模糊化现象，提出基于正态模糊时间窗约束的工位物料需求时间参数表征方法，用正态模糊数的隶属度表示工位的满意度。建立了基于正态模糊时间窗约束的飞机装配物料配送路径规划数学模型，并采用遗传算法进行了求解。遗传算法的选择算子利用轮盘赌和最优保留策略，交叉算子采取小生境选择机制的双选择交叉策略，变异算子确保每代个体得到进化。MATLAB仿真结果表明，该规划方法拥有较好的经济效益。
商用车驾驶室悬置仿真设计与试验分析
黄继刚1;李琳1;李凯强2
2017, 28(21):  2541-2546. 
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针对某商用车驾驶室悬置系统，建立了其动力学仿真模型，经台架试验验证后进行了隔振性能优化设计。根据动力学仿真模型的边界条件，建立其有限元仿真模型并进行台架试验验证。在有限元模型中模拟了各种极限工况，根据反馈信息进行修改与重设计。运用疲劳试验机测试了驾驶室悬置系统结构件与弹性元件的三向耐疲劳特性，提出耐疲劳设计建议。结果表明，采用仿真设计与台架试验相结合的方法能快速有效地解决商用车驾驶室悬置研发难题。
多轴载荷作用下减振器耐久性试验载荷谱编制
郑松林1,2;王烁1;冯金芝1,2;陈铁1;于佳伟1
2017, 28(21):  2547-2552. 
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传统的减振器耐久性试验只考虑减振器的垂向载荷，对于水平力的加载没有统一的标准，导致试验结果不准确，针对该问题，结合实测用户道路载荷，提出了一种考虑多轴载荷作用的载荷谱编制方法。为了分析某型轿车出现减振器失效漏油的原因，采用低频信号叠加高频信号的方式构建载荷谱，运用半功率带宽法和最大线速度原理确定低频及高频信号，并进行了垂向力及水平力同时加载的减振器台架耐久性试验。试验结果表明，在水平力作用下减振器寿命受到较大影响，且失效里程与调查结果基本吻合，由此说明所编制的耐久性试验载荷谱能够较为准确地复现减振器的实际工作情况，可为减振器的设计和改进提供技术支持。
基于Schur分解和正交邻域保持嵌入算法的故障数据集降维方法
刘韵佳;赵荣珍;王雪冬
2017, 28(21):  2552-2556. 
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针对转子故障特征数据集降维问题，提出一种基于Schur分解和正交邻域保持嵌入算法的故障数据集降维方法——Schur-ONPE降维方法。该方法首先应用小波包分解提取不同频带内的能量以组成故障特征值集合，然后运用Schur分解和ONPE算法将高维特征集向低维投影，使降维后类内散度最小化及类间分离度最大化,最后将降维后得到的低维特征集输入K近邻分类器进行模式识别。通过双跨转子试验台的故障特征数据集进行验证，结果表明该方法能够有效地解决转子故障特征集的降维问题。
新型双臂菱形压电柔性机构理论设计与建模
蒋州1;曹军义1;凌明祥1,2;曾明华1;林京1
2017, 28(21):  2557-2561,2566. 
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针对目前传统菱形位移放大机构的输出刚度、固有频率和位移放大比无法同时提高的问题，提出了一种双臂复合菱形柔性机构，并介绍了其理论设计与建模方法。基于欧拉-伯努利梁理论和卡氏第二定理，推导出双臂复合菱形柔性机构的位移放大比和刚度解析模型，利用拉格朗日方程建立了该柔性机构的固有频率解析模型，并通过商业有限元软件验证了解析模型的准确性。根据理论计算结果，通过电火花切割工艺加工出复合柔性机构，并与相同尺寸参数的传统菱形位移放大机构进行实验比较研究。实验结果表明，压电双层臂柔性机构的固有频率为1330Hz，位移放大比为4.2，同时提高了固有频率和放大比。此外，所建立的位移放大比和固有频率力学解析模型可以为新型压电柔性机构的优化设计提供理论指导。
基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计
梁明轩1,2,3;李正刚2;唐任仲1;陈立2;黄川2
2017, 28(21):  2562-2566. 
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针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响，基于“转子-扭簧”模型和有限元法，研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律；考虑臂杆柔性和关节柔性，建立了机械臂多柔体动力学有限元模型，以机械臂轻量化为设计目标，以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明，不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同，优化后的机械臂载重/自重比增大，刚度和强度均得到提高，整体动力学性能明显提高。
基于膜式液压放大的压电驱动器设计与试验
王建红1;周浩2;许有熊1;刘娣1
2017, 28(21):  2567-2572. 
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为解决叠堆式压电陶瓷输出位移微小的问题，结合液压放大的优点，提出了一种基于膜式液压放大的压电驱动器，并对关键部件——橡胶膜片进行有限元静力学、模态等分析。分析结果表明：橡胶膜片具有足够的安全强度和良好的工作频宽。在此基础上，研制其实物样机，搭建其测控平台，并进行了试验研究。开环试验结果表明：在0～100V电压控制下，所研制的压电驱动器输出位移范围为0～0.24mm，放大比约为5；闭环控制试验结果表明：采用分段PID的驱动器控制效果优于采用常规PID的控制效果，稳态误差约为±0.5μm。
基于分段变磨削力的磨削强化层仿真
黄向明;李通;任莹晖;吴为;何志坚
2017, 28(21):  2572-2576. 
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分析了磨削强化工艺过程中实际磨削时间以及磨削过程中磨削力的变化规律，提出了分段变磨削力磨削温度仿真方法来预测磨削强化层深度分布。首先对磨削力进行离散，计算相应的热流密度；然后将热流密度按砂轮与工件实际接触长度依次施加到工件的磨削表面，对工件磨削过程中的温度场进行仿真分析，得到了磨削强化层的分布；最后将所提出仿真方法与实验和传统仿真方法进行了比较分析。结果表明，基于分段变磨削力仿真可以更准确地预测工件沿磨削方向的磨削强化层分布。
升力型垂直轴风力机相互作用研究
张周周;陈建;徐洪涛;刘鹏玮
2017, 28(21):  2577-2581,2587. 
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为了研究两个垂直轴风力发电机之间的相互影响，采用非定常流体动力学数值计算方法，研究了不同间距下两台垂直轴风力机的运行状况，分析了1/3旋转周期内、不同相位角的情况下，两叶轮周边的压力场和涡量场。结果表明：叶轮1的非定常尾流会影响处于其尾流区的叶轮2的压力场及涡量场，因此，叶轮1对叶轮2的影响随着叶轮间距的增大而逐渐减弱；当间距到达6D(D为风轮直径)时，叶轮2的最大功率系数约等于叶轮1的最大功率系数。
LY12硬铝合金损伤缺陷的空气耦合超声检测
王兴国;吴文林;陈正林;吴南星
2017, 28(21):  2582-2587. 
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针对传统超声检测(液态或半固态耦合剂)会腐蚀被测材料的问题，提出了一种空气耦合超声检测LY12 硬铝合金内部缺陷的方法。利用传递矩阵法建立了空气耦合超声波在LY12 硬铝合金中的声控制方程，通过求解该方程获得了空气耦合条件下的频散曲线，与存在耦合剂的情况相比，该频散曲线的各个模态整体右移，从而为空气耦合超声实验提供了合适的检测参数。通过分析LY12 硬铝合金薄板上不同孔径缺陷获得的时域波形发现，透射波幅值随缺陷直径增大呈逐渐减小的趋势。
基于多特征融合和BP-AdaBoost算法的列车关键零件故障自动识别
孙国栋1;汤汉兵1;林凯1;张杨2;赵大兴1
2017, 28(21):  2588-2594. 
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针对列车集尘器和安全链锁紧螺栓的故障检测，提出了一种基于多特征融合和BP-AdaBoost的故障自动识别算法。首先提取故障区域与非故障区域的局部二进制模式（LBP）、方向梯度直方图（HOG）和Haar-like三类特征；其次利用主成分分析（PCA）定义不同特征对故障识别准确率的贡献值，并据此对这三种特征进行降维和融合；再次利用融合特征来训练BP-AdaBoost分类器；最后用训练好的分类器结合不同的识别算法，对集尘器和安全链锁紧螺栓的故障进行定位和识别。实验结果表明，该算法能较好地识别两种不同故障，故障识别率高，误检率和漏检率低，对于光照不均和遮挡情况有一定的鲁棒性。
广义形态学闭开差值运算在滚动轴承弱故障诊断中的应用
顾兴龙;王凯;李露露;赵宏伟;解瑞东
2017, 28(21):  2595-2600. 
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采用局部极值步长法和峭度准则，实现了形态学运算结构元素的自适应选择。改良了基于广义形态学闭开差值运算的相关算法，改善了获取轴承弱故障特征的效果。仿真信号及实测故障振动信号的分析表明，所提出诊断方法的诊断效果优于传统的广义形态学分析方法，该诊断方法能够较准确地提取滚动轴承微弱故障特征。
基于再生运动链法的锁芯机构创新设计
宋萌萌1;肖顺根1,2;林世斌1
2017, 28(21):  2600-2607. 
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在分析现有锁具机构的基础上，应用机构再生运动链设计法对机构进行还原再生，找出满足拓扑要求与约束要求的非同构运动链，从而实现新锁具的机构创新。首先应用一般化原则将现有玥玛空转锁芯机构转化为与之对应的一般化链；然后运用数综合理论，对原型的机构运动链进行还原，找到所有可能的具有相同构件数和运动副数的一般化运动链图谱；再根据设计要求与约束对运动链进行元件识别，从而得到可行特定化链；最后由可行特定化链具体化为新的锁芯机构方案简图。利用三维软件对新设计的锁芯机构进行三维建模并分析其工作原理，结果表明设计的锁芯机构是合理的，并申请了2项国家发明专利。
连铸结晶器非正弦发生器的集成设计
刘大伟1,2;罗林明2;王国会2;金昕2
2017, 28(21):  2608-2613. 
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在分析非正弦振动系统原理的基础上，提出了用减变速一体化齿轮代替原有二级发生器激发结晶器非正弦振动的方法；针对典型的具有匀速运动特征的非正弦波形，反求出减变速一体化齿轮的节曲线方程，进而推导出关键工艺参数的计算公式；结合某钢厂的生产要求，给出集成发生器的设计实例及工艺分析。非圆齿轮传动系统的集成设计不仅能达到良好的工艺效果，而且能很大程度地实现设备高效轻量化，具有应用和推广价值。
可持续制造
齿轮高速干切滚刀寿命预估模型与优化方法
张应;曹华军;朱利斌;李本杰
2017, 28(21):  2614-2620. 
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由于齿轮高速干式滚切工艺切削速度高且缺少切削油的冷却润滑，为满足高速干切滚刀的抗磨损、耐高温等性能要求，高速干切滚刀基体材料和涂层的制备工艺均较为复杂，且价格昂贵，因而需要优化高速干切工艺以延长高速干切滚刀使用寿命，进而降低工件制造成本，提高效益。结合生产实践和理论分析，研究了齿轮高速干切滚刀的失效形式和失效原理，提出了以单个刀齿切削长度为高速干切滚刀寿命评价指标并建立相应计算模型的方法，基于此开展了高速干切滚刀寿命试验，建立了高速干切滚刀寿命多元线性回归模型，采用MATLAB求解得到该试验条件下的高速干切滚刀寿命经验公式。最后基于此提出了通过优化滚切工艺参数以及采用新型窜刀方式等来延长高速干切滚刀寿命的方法。
汽车尾气热电转换装置电气拓扑结构优化
房伟1;全书海1;谭保华2,3;冉斌4;王力1;焦亚田1
2017, 28(21):  2620-2626. 
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针对汽车尾气热电转换装置多个热电器件温差和自身特性的差异，为了最大化发挥各热电器件的发电潜能，对热电转换装置的热电模块进行拓扑结构的优化，基于图论的方法将热电模块的串并联问题抽象为数学问题，再针对性地设计了算法，通过实验室台架实验测试和数据验证，使得热电转换装置对外输出最大功率。
铁基非晶合金涂层切削工艺参数优化和切削力预测
王敏
2017, 28(21):  2627-2631,2638. 
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采用响应曲面法中的Box-Behnken 实验设计方法（BBD），设计出四因素三水平的Fe基非晶合金涂层切削力实验方案，研究切削参数（切削速度、进给量和切削深度）和刀具结构参数的变化对Fe基非晶合金涂层切削力的影响规律和影响因素，运用方差分析法获取了影响切削力分量的显著性水平，得到低切削速度下Fe基非晶合金涂层的最佳切削工艺参数。通过对实验数据的多元二次拟合，建立了Fe基非晶合金切削力最小二乘回归预测模型，并通过实例验证了Fe基非晶合金涂层切削力预测模型的可行性和实用性。
先进材料加工工程
基于X射线衍射线形分析的铝合金切削表层晶体特征研究
安增辉1;李舜酩1;付秀丽2
2017, 28(21):  2632-2638. 
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为深入研究高速高效加工条件下材料表层晶体特征形成机理，提高铝合金构件服役性能，同时解决传统观察法较难得出晶粒尺寸与位错密度统计学规律的问题，立足微观，以铝合金7050-T7451为研究对象，将材料学与物理学中基于X射线衍射线形分析的Modified Warren-Averbach和Modified Williamson-Hall方法引入切削加工表层微观组织分析中，实现了不同切削速度下切削表层微观组织结构的定量研究。研究表明，高速切削条件下已加工表面以刃位错为主，得出了位错密度值（高达1015m-2以上）与位错密度变化规律，并从塑性变形及能量角度解释了其形成机理；拟合出了晶粒尺寸分布曲线，并通过分布函数分析了已加工表面晶粒分布均匀性；当切削速度高于4500m/min时可以得到位错密度相对较低、晶体尺寸较均匀的已加工表面。
基于焊缝品质参数区间模型的疲劳寿命预测方法
安兴强1;谷正气1,2;马骁骙1;张沙1;米承继3
2017, 28(21):  2639-2645. 
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疲劳寿命预测中，焊缝品质参数如材料弹性模量E、疲劳强度系数σ'f和指数b、疲劳延性系数ε'f和指数c往往存在不确定性。运用随机-遗传算法对焊缝品质参数进行区间估计，并结合Manson-Coffin公式构建上述不确定因素的区间模型，提出了一种疲劳寿命区间预测方法。首先，在双轴疲劳试验机上进行了基于应变控制的焊接试件疲劳寿命试验。其次，针对疲劳寿命试验数据，运用随机-遗传算法构建了焊缝品质参数区间求解模型，并结合Manson-Coffin公式建立了疲劳寿命区间预测模型。最后通过模型预测数据与试验数据对比证实了预测模型的精确性以及考虑焊缝品质参数不确定性的合理性。
英文目次
2017, 28(21):  2646. 
摘要 ( )   PDF (77KB) ( )  
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