中国机械工程

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2018, 29(03): 0.

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一种3-DOF并联机械手的研制

荣誉1,2,3;刘双勇3;王洪斌1;韩勇3

2018, 29(03): 253-261.

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提出了一种采用(U+UPS)P+UPS弱耦合并联机构的3-DOF机械手。首先，推导出机构的位置反解，建立机构的速度映射模型，并建立了机构的驱动、约束静力学传递方程。然后，对机构的工作空间进行分析，绘制出工作空间三维分布图以及雅可比矩阵条件数在工作空间内的三维分布图。通过定义运动灵活性评价指标对机构进行运动灵活性分析，绘制出结构参数与运动灵活性评价指标之间的关系曲线；通过定义静力承载性能评价指标对机构进行静力学分析，绘制出结构参数与机构静力承载性能评价指标之间的关系曲线。采用蒙特卡罗法进行结构参数设计，选取了一组综合性能较好的结构参数：机械手的固定平台万向副分布直角边长为240mm，运动平台球面副与参考点间距为80mm，中间连接杆球面副与主UP支链轴线间距为90mm，主UP支链与中间连接杆的固接点到万向副间距为600mm。最后，研制出机械手的实验样机，对机械手实验样机进行了力学标定，验证了机械手样机结构的合理性。

钻井工况下单金属密封接触分析及实验研究

张毅1;常学平1;付玉坤2;吴倩1

2018, 29(03): 262-266.

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结合钻井领域高温高压工况，对单金属密封的装配过程和双侧受压情况进行有限元分析，求得动密封面接触压力梯度分布，并结合MATLAB和雷诺方程提出了一种计算动密封泄漏率的新方法；然后根据钻井工况搭建了旋转动密封实验台，对动密封面的接触压力分布情况和泄漏率进行测试。实验和仿真结果表明，在低压工况下动密封面呈收敛状态，有利于润滑油膜的形成，而高压工况下则发散；随着润滑油和钻井液压差的增大，动密封面内侧的接触压力逐渐减小，而外侧逐渐增大；泄漏率随着动密封转速的升高而增大，随着动密封轴向位移的增加而降低。

三排滚子转盘轴承的校核计算方法

李云峰1,2;张澎悦1,2

2018, 29(03): 267-272.

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针对现有转盘轴承在工程应用中所出现的滚道塑性变形、滚道疲劳剥落和套圈结构断裂这三种失效形式，利用转盘轴承的数值分析模型和有限元分析模型建立了联合载荷作用下三排滚子转盘轴承的校核计算方法。数值分析模型借助于变形协调条件和受力平衡条件解决了滚动体负荷分布的静不定求解问题；有限元分析模型将滚子简化为弹簧单元，而套圈仍然采用实体单元，避免了实体滚子与滚道接触的大量非线性数值求解计算。利用所建立的校核方法计算得出了滚道的抗塑性变形安全系数、滚道的疲劳寿命和套圈的结构强度安全系数，为判定该轴承满足给定应用工况要求的程度提供了依据。

激光诱导空泡微孔抛光机理及实验研究

陈铁牛;郭钟宁;曾柏文;印四华

2018, 29(03): 273-278,285.

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针对微孔抛光的问题，提出了一种新的抛光方法，该方法利用激光聚焦水中产生空泡，并利用激光等离子体冲击波、空泡溃灭冲击波和射流推送磨粒进行微孔抛光。通过高速摄影仪和高频动态压力传感器对激光诱导空泡机理进行了研究。利用不同激光脉冲能量、脉冲次数和脉冲频率对304不锈钢管进行抛光实验，发现随着激光脉冲能量（7~21.6mJ）和脉冲次数（0~7000）的增加，微孔表面粗糙度也随之改善；同时激光在低脉冲频率（1~10Hz）情况下，改变脉冲频率的大小对微孔的抛光效果影响不大。对微孔在不同位置的抛光效果进行了对比分析，发现孔入口1~1.5mm处的抛光效果较好，孔中和孔尾的抛光效果不佳。通过激光诱导空泡微孔抛光机理和实验研究，表明微孔抛光过程是激光等离子体冲击波、空泡溃灭冲击波和射流共同作用的过程，并得到了激光微孔抛光的一般规律。

基于改进人工蜂群算法的机车车辆关键零部件可靠性研究

沈国强1;贺德强1;谭文举2;苗剑1

2018, 29(03): 279-285.

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针对我国机车车辆现行检修制度中可能存在的过修、欠修问题，提出了一种综合图解法和改进人工蜂群(ABC)算法的机车车辆关键零部件可靠性模型拟合方法，对三参数威布尔分布进行参数估计并确立三参数威布尔可靠性模型。首先利用图解法求得三参数威布尔分布参数的初始估计值以及ABC算法的搜索空间,随后运用改进ABC算法进行迭代计算以获得较优的参数估计值,最后将可靠性模型拟合方法与最小二乘法以及概率加权矩法进行分析比较。研究结果表明，提出的可靠性模型拟合方法能够较为准确地确定三参数威布尔可靠性模型。以该模型为基础对机车车辆关键零部件进行可靠性指标计算，为决策人员确定机车车辆最佳维修周期和改进检修规程提供了科学依据。

浮动滚子推杆等跨凸轮机构及其尺寸综合的正-逆映射求交方法

范武1;林梦杰1;李延平1;常勇1,2

2018, 29(03): 286-291.

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跳脱和突破等径凸轮机构“凸轮轴心、主/副滚子中心三点共线”的传统限定条件，提出了等跨凸轮机构的新概念新构型，揭示了其显著的形态特征，求解了往程/返程运动角、运动学尺寸、行程、初始位置等参数并研究了返程运动规律，通过引入归并搜索带域新概念和提出正-逆映射求交方法，得到了满足α≤[α]和等跨机构条件的主/副滚子归并整程区域套以及机构最小尺寸解，解决了浮动滚子推杆等跨凸轮机构的尺寸综合问题。等跨凸轮机构的提出，拓展延伸了机构的构型空间和解空间。尺寸综合对比结果表明：较之等径凸轮机构，等跨凸轮机构具有显著的优越性。

基于子域分解的全六面体网格生成方法

汪攀;张见明;韩磊;鞠传明;池宝涛

2018, 29(03): 295-300.

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提出了一种基于子域分解的六面体网格生成方法，该方法首先提取三维实体的特征边，并通过特征边形成合适的分解面，然后利用分解面将复杂的三维实体分解为简单的可映射子域，并在各子域上用超限映射法生成六面体网格，最后将各子域的网格数据合并，即得到整个目标域的网格。该方法充分利用了映射法效率高、算法简单、网格质量好等优势，同时克服了映射法自适应能力较差，只能适用于形状规则的简单实体的劣势。数值实验结果表明，对于用商业软件无法直接进行网格划分的复杂模型，该方法能够全自动地生成质量较好的六面体网格。

时变负载转矩伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统补偿控制

马壮1,3;方一鸣1,2;李建雄1;刘乐1

2018, 29(03): 295-300.

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针对连铸结晶器振动控制系统中存在的时变负载转矩，以及结晶器振动位移与伺服电机转角逆解不唯一问题，提出了一种基于分段映射函数的反步鲁棒控制方法。给出了伺服电机驱动的连铸结晶器振动控制系统的数学模型，同时设计了分段映射函数，将结晶器的位移误差转换为角位移误差；利用扩张状态观测器估计系统中的负载扰动，并将输出的观测值引入到控制器中进行补偿；理论分析证明了闭环系统是全局渐近稳定的。仿真研究验证了所设计控制器的有效性。

卡车驱动桥壳体机械扩胀成形工艺分析及实验研究

罗建国;李攀

2018, 29(03): 308-314.

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提出一种适用于中型卡车驱动桥壳体制造的施加轴向辅助推力的机械扩胀成形工艺。推导了低于金属再结晶温度条件下方管坯极限扩胀成形系数的解析式，并对成形过程中各力参量的匹配对极限扩胀成形系数的影响规律进行了分析，给出了径向胀形时轴向辅助载荷的取值范围。根据所得出的理论，以某5t卡车驱动桥壳为研究对象，基于有限元软件DEFORM-3D对成形过程的关键工序进行了数值模拟，获得了金属流动状态、应力应变分布及壁厚的变化规律，并对桥壳在扩胀过程中出现缺陷的形式和部位进行了预测。在挤压设备上进行了相关的物理试验，结果表明轴向辅助载荷对于防止胀形过程中发生拉裂的必要性。实测了试验中合格样件的外形和壁厚分布，试验结果与有限元模拟结果吻合，从理论和实践上验证了机械扩胀成形工艺应用于制造中型卡车驱动桥壳的可行性。

基于Chebyshev区间方法的动力总成悬置系统稳健性优化

陈剑;李士爱;刘策;邓支强;舒宏超

2018, 29(03): 314-319.

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汽车动力总成悬置系统是车辆的主要隔振系统之一，其性能对整车NVH体验具有重大影响。考虑到动力总成悬置刚度值存在一定程度的偏差或波动，应用Chebyshev区间方法确定动力总成悬置系统固有频率和解耦率随元件刚度值波动的区间范围，通过实例确定其计算精度。以提高悬置系统频率和解耦率的稳健性为目的，按区间优化模型对某轿车悬置系统的频率和解耦率进行稳健性优化。结果表明，基于该优化方法可获得较好的能量解耦率、较高的稳健性并可减小悬置系统振动传递率。

转子式机油泵的椭圆与类椭圆齿廓修形方案分析

霍鹏光1;龚金科1;蔡皓2

2018, 29(03): 320-325,332.

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针对当前椭圆齿廓转子机油泵存在的不足，设计了一种新型类椭圆齿廓转子，包括相互啮合的内转子和外转子。同时对椭圆和类椭圆修形后的机油泵进行了流量性能、液力矩以及多体动力学对比分析。应用类椭圆转子的机油泵可在不改变原有泵体设计的基础上进行改型，以减少改型的费用,同时在提高机油泵低速时流量的基础上，减小了内转子上由油液产生的扭矩，从而提高了转子泵的流量性能,降低了磨损并节省能源。

基于动态规划算法的混合动力汽车改进型ECMS能量管理控制研究

邓涛;韩海硕;罗俊林

2018, 29(03): 326-332.

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为改善混合动力汽车的燃油经济性，以耦合器侧的输入扭矩为研究对象，以最优化扭矩分配为目标，应用动态规划求出已知工况下并联型混合动力汽车全局最优的动力源工作状态，以此作为输入求得等效因子，并提出一种改进型瞬时等效燃油消耗最低策略(ECMS)。将电池充放电过程等效为虚拟的发动机运转过程，利用虚拟等效燃油消耗，建立改进型ECMS能量管理整车仿真模型，并与功率跟随策略和传统ECMS进行仿真分析比较。结果表明：对于改进型ECMS，相较于功率跟随策略，SOC降低了3.36%，燃油经济性提高了10.95% ；相较于传统ECMS，SOC提高了1.48%，燃油经济性提高了3.20%。

航空电连接器热循环试验与寿命预测

骆燕燕1;马旋1;李晓宁2;王振3

2018, 29(03): 333-339.

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通过加速寿命试验，研究热循环条件下航空电连接器可靠性并探索其寿命预测方法，提出了一种模拟昼夜温差影响的热循环加速试验方法(包括试验方案及电路的设计)。热循环加速试验中,将高温稳定阶段的航空电连接器插孔应变量作为其性能退化进程的主要监测参数，进行了应力松弛引发的航空电连接器性能退化规律的试验研究。理论推导了航空电连接器失效对应的应变量临界值，分别利用灰色模型预测法、时间序列法和神经网络时间序列法对航空电连接器进行了寿命预测。试验结果表明：接触件应变量随热循环次数的增加而逐渐减小，且温差越大，应变量的减小量越大，应力松弛现象越明显，性能退化越快，寿命越短。随着热循环中温差值的增大，热循环寿命近似呈指数下降。

政府推动再制造产业发展的演化博弈策略研究

郑汉东1,2;陈意1;李恩重2;桑凡2;史佩京2;徐滨士2

2018, 29(03): 340-347.

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针对现阶段原始设备制造商（OEM）缺乏重视再制造的问题，建立了政府与OEM发展再制造的演化博弈模型。结合再制造产业发展实际情况，分析了政府和OEM在不同策略下各自的成本和收益，运用演化博弈理论构建了政府与OEM双方博弈的复制者动态方程并分析了双方决策的动态演化过程，通过数值仿真演示了参数变化对演化结果的影响。结果表明，OEM是否选择再制造和再制造企业占比与政府激励力度有关，较高的再制造投资成本和（或）较低的再制造收益会阻碍OEM开展再制造，若OEM再制造吸引的产业链投资能够给政府带来较大规模的收益，地方政府将加大支持再制造的力度。

基于旋转电弧的机器人角焊缝跟踪建模及仿真

李毅1,2,3;陈佳洋1;胡圣贤1;邓鑫1;张枫涛1;谢晓雪1

2018, 29(03): 348-352.

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通过对现有旋转电弧传感器采集的焊缝偏差信息和六自由度焊接机器人运动学模型进行研究，结合曲线角焊缝的特点，推导出纠正焊缝偏差后的焊接机器人工具坐标系相对于原工具坐标系的变换矩阵。在此基础上,结合焊接机器人的运动学反解，建立了曲线角焊缝跟踪及焊枪姿态调整模型。输入给定左右偏差及高低偏差信号，利用MATLAB对模型进行仿真验证，结果证明了该模型的有效性与正确性，从而为旋转电弧传感应用于焊接机器人及设计其焊缝跟踪系统提供了理论参考。

添加Ni-Cr-B-Si的Cu基复合钎料真空钎焊金刚石界面微结构

卢金斌1，2;李华1，2;刘威1，2;钟素娟3;马佳3

2018, 29(03): 353-358,365.

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为了降低钎焊金刚石的热损伤和调控钎料性能，采用添加适量Ni-Cr-B-Si的Cu基钎料对金刚石磨粒进行真空钎焊试验。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对金刚石焊后形貌、界面微结构、钎料组织进行了分析。结果表明：添加20%Ni-Cr-B-Si的CuSn混合粉能够与金刚石实现化学冶金结合，金刚石热损伤降低明显，焊后形貌完整，表面基本光滑，并在金刚石表面的不同晶面生成了不同类型和形貌的碳化物。钎料凝固过程中首先析出α-Cu枝晶，经过包晶转变和共析转变，形成了α-Cu枝晶、Cu5.6Sn、Cu3Sn、Ni3Sn和共析α-Cu。随着Ni-Cr-B-Si含量的增大，钎料的硬度在增大，当添加量为20%时，硬度达到360~400HV0.2。

超声波检测焊点质量的建模方法及应用分析

何智成1;汲彦军1;成艾国1;何道聪2

2018, 29(03): 359-365.

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介绍了两层板焊接时焊点的有限元建模方法：通过金相实验得到焊点尺寸参数，利用超声检测的回波衰减理论及超声波传播衰减信号得到焊点阻尼系数。首先建立了材料为BLD的两层板多类型焊点有限元模型，然后通过与设备检测对比的方法验证了模型的准确性，最后研究了探头在曲面检测工况下角度定位的灵敏度问题，并通过实验进行了验证，实验结果表明：对曲面焊点质量进行检测时，探头角度偏离法线10°范围内，检测结果受到的影响很小。

全面实现数字化是通向智能制造的必由之路——解读《智能制造之路:数字化工厂》

唐堂;滕琳;吴杰;陈明

2018, 29(03): 366-377.

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