当期目录

    2018年 第29卷 第09期    刊出日期:2018-05-10
    版权页和目次
    2018, 29(09):  0. 
    摘要 ( )   PDF (414KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    机械基础工程
    基于灰色预测的驾驶员-汽车系统侧翻预测
    赵又群;金颖智;季林
    2018, 29(09):  1009-1016. 
    摘要 ( )   PDF (839KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了保证高速行车安全性,研究了基于预瞄-预测模型的汽车侧翻评价指标估计问题,提出了一种基于预瞄-预测驾驶员模型的侧翻预测方法。以高重心汽车为研究对象,建立了三自由度汽车模型和预瞄驾驶员模型;基于预瞄-跟随理论和灰色预测理论,搭建了预瞄-预测驾驶员模型;根据汽车侧翻的机理提出了能反映侧翻情况的指标——横向载荷转移率,并在此基础上提出了汽车侧翻指标估计-预测模型;基于主动转向控制策略和汽车侧翻指标估计-预测模型构建了汽车侧翻预测系统,并进行了不同工况下的仿真分析,从而验证了侧翻预测系统的有效性。
    高速动车组斜齿轮的齿根裂纹萌生寿命数值计算
    李秀红1,2;李刚3;任家骏1;李文辉1,2
    2018, 29(09):  1017-1024. 
    摘要 ( )   PDF (941KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为分析高速动车组斜齿轮的齿根裂纹萌生寿命,采用UG建模软件建立了斜齿轮副的三维模型,并通过ABAQUS软件确定了裂纹萌生位置。基于疲劳损伤累积理论,对试验齿轮分别采用名义应力法和局部应力应变法模拟计算出裂纹萌生寿命;进行了高频疲劳试验,得到了裂纹萌生寿命,通过对比模拟结果与试验结果,确定了最佳损伤模型,计算得出了斜齿轮齿根的裂纹萌生寿命。分析了载荷、表面粗糙度、残余应力、齿顶修缘等因素对裂纹萌生寿命的影响规律。研究结果表明,载荷及表面粗糙度对裂纹萌生寿命的影响比较显著;裂纹萌生寿命随着残余压应力的增大而延长;适当的修形可延长斜齿轮裂纹萌生寿命。
    基于激进式裁剪的产品突破性创新设计过程
    杨伯军1,2;冯雁霞1,2;孙群1,2
    2018, 29(09):  1025-1030. 
    摘要 ( )   PDF (780KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    产品的突破性创新可使得其性能大幅提升,成本急剧下降,并提高系统理想化水平。为了提高突破性创新的效率,解决设想产生的问题,将激进式裁剪方法用于产品开发的模糊前端阶段,通过功能分析和根原因分析确定裁剪对象,实施裁剪,利用标准解、进化趋势及效应等创新方法辅助进行功能重组,进而产生突破性创新设想。构建了产品的突破性创新过程模型,并应用该模型进行自动出货机的创新设计,验证了所提出方法的有效性和实用性。
    非圆齿轮齿面加工余量匀化工艺研究与实现
    韩江;高婷;李大柱;夏链
    2018, 29(09):  1031-1038. 
    摘要 ( )   PDF (956KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对非圆齿轮加工中,由齿坯节曲线曲率变化所引起的分次进刀过程中齿面加工余量分布不均的问题,提出一种匀化非圆齿轮齿面加工余量的工艺方法。以非圆齿轮插削工艺为研究对象,基于插齿加工原理,对齿面加工余量分布不均的成因进行了分析;在此基础上建立了非圆齿轮匀化工艺插削联动模型,通过实时调整插刀与齿坯的几何位置关系,实现了非圆齿轮齿面加工余量的匀化;开发了非圆齿轮插齿CAM系统,利用CAM系统对齿面加工余量匀化工艺进行了仿真验证,仿真结果表明,所提工艺方法正确、可行;将匀化工艺集成到自主开发的齿轮加工数控系统中,进行了非圆齿轮插削加工试验,试验结果表明,所提工艺方法能够有效匀化齿面加工余量;对加工出的非圆齿轮齿面进行了三维形貌检测,检测结果表明,所提工艺方法能够显著提高非圆齿轮的加工精度与表面质量。
    装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱编制方法研究
    梁佳;宋绪丁;黄柱安;郁录平;吕彭民
    2018, 29(09):  1039-1044. 
    摘要 ( )   PDF (709KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了使装载机驱动桥疲劳试验更加真实地反映装载机实际作业情况,研究了装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱的编制方法。在扭矩加载谱的编制过程中,根据装载机驱动桥实际扭矩特性,提出了驱动桥疲劳试验时前传动轴正反转加载的方法,确定了前传动轴载荷谱的分级数、载荷循环阈值和疲劳试验时的转速。结果表明:依据前传动轴正反转加载的方法处理的等效效果与装载机实际作业情况相一致,很大程度地降低疲劳试验难度;疲劳试验时前传动轴转速的选择方法可使疲劳试验更加真实地模拟装载机实际作业情况;加载一个强化疲劳试验加载谱块需11.4 h,相当于装载机实际作业609.2 h,明显加快了驱动桥疲劳试验的进程。
    电动车复合材料电池盒轻量化设计方法
    赵晓昱1,2;张树仁1
    2018, 29(09):  1044-1049. 
    摘要 ( )   PDF (774KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了减小电动汽车车体的质量,分析了电动汽车电池盒的承载特点,基于刚度等效的设计方法,采用复合材料替代金属材料。应用复合材料的叠层结构力学理论对电池盒体进行叠层结构构建,建立了力学方程和优化方程,确定了复合材料电池盒的结构参数。为了验证轻量化效果,运用理论解析和有限元数值分析相结合的方法,对比了金属材料和复合材料的刚度和形变,研究结果表明:采用复合材料利用刚度等效设计法是对电动汽车零部件进行轻量化设计的有效途径,也可为汽车板型零件承载结构的轻量化设计提供借鉴。
    平头弹撞击角度对2A12-T4铝合金板失效特性影响的数值模拟
    胡静;邓云飞;崔亚男;张银波
    2018, 29(09):  1050-1054,1062. 
    摘要 ( )   PDF (805KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    利用有限元软件ABAQUS建立模拟模型,开展38CrSi钢弹体撞击2A12-T4铝合金板数值模拟研究,分析撞击过程中弹体撞击角度对弹道姿态及靶体失效特性的影响。基于数值仿真和实验结果,分析靶体的失效特性,确立不同撞击条件下靶体主要失效模式的转变规律,以及由此对靶体抗撞击性能的影响。研究结果表明:弹体的弹道极限速度随其撞击角度的增大先减小后增大,弹道极限速度在撞击角度约为15°时达到最小值;弹体撞击角度对靶体失效模式存在很大影响,随着弹体撞击角度的增大,靶体主要失效模式由剪切破坏逐渐过渡到撕裂破坏,靶体的撕裂程度不断加剧;弹体初始撞击角度和速度对其在撞击过程中的弹道姿态存在影响,在弹道极限速度附近表现尤为显著。
    盘类齿轮成形磨齿自适应加工研究
    朱月1;鄢萍1;李先广2
    2018, 29(09):  1055-1062. 
    摘要 ( )   PDF (877KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    盘类齿轮端面和台阶面外圆作为基准进行定位加工时,齿轮轴线与工作台旋转轴线不重合会造成加工误差,为此,提出了一种盘类齿轮成形磨齿自适应加工方法。介绍了盘类齿轮成形磨齿自适应加工实现原理;通过采集齿轮在工作台上的关键位置坐标,拟合出了齿轮中心孔轴线在工作台坐标系的实际位置,以该轴线为Z轴建立了齿轮轴线坐标系,推导了齿轮轴线坐标系内坐标与工作台坐标系内坐标的转换公式,并计算出每个齿槽切削时砂轮需要调整的角度。齿轮加工实例计算与仿真模拟的结果表明:当齿轮装夹后中心孔轴线偏心时,通过该方法可以提高齿轮的加工精度。
    高速铁路接触网吊弦动应力数值模拟及其疲劳荷载特征分析
    戚广枫1;赵慧1;肖晓晖1;徐鸿燕2;李红梅2
    2018, 29(09):  1063-1068. 
    摘要 ( )   PDF (765KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    建立高速铁路弓网系统的有限元模型并进行动态仿真计算,分析了受电弓以300 km/h速度通过时,选定跨段各吊弦的力时程曲线的特点;对双弓250 km/h、300 km/h工况下的静态力和最大吊弦力进行分析,得到了双弓300 km/h工况下吊弦振动时的最大吊弦力最大可达双弓250 km/h工况下的2倍的结论。用雨流计数法对吊弦的应力时程进行统计计数,得到了包含各吊弦的各级应力幅值、应力均值和应力循环次数的应力统计谱。用Goodman直线对雨流计数得到的应力统计谱进行零均值应力转换,从而获得用于试验加载和寿命预测的疲劳载荷谱。研究结果表明:在同一车速下,安装位置越靠近跨段中点,吊弦越容易发生疲劳断裂;对跨中吊弦而言,沿行车方向先经过的吊弦对车速更为敏感,且车速高于300 km/h时发生疲劳断裂的概率更高。
    实时无隙钢球精密传动空间速度矢模型
    段利英1;安子军1;付志强2
    2018, 29(09):  1069-1075. 
    摘要 ( )   PDF (986KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对实时无隙钢球精密传动机构中钢球的空间运动问题,根据微分几何理论,推导出了修正D-H变换矩阵,得到了传动机构钢球上任意一点相对于中心盘和组合行星盘的位置。利用转换机构法和空间几何建模理论,建立了钢球相对于中心盘和组合行星盘的空间相对速度矢模型。分析了传动机构摆线盘槽形角和钢球数对速度矢模型的影响。仿真结果与数值模拟结果的对比分析验证了空间速度矢模型的可靠性。
    车身动态刚度链建模及正向概念设计研究
    胡裕菲;刘子建;钟浩龙;秦欢
    2018, 29(09):  1076-1083,1089. 
    摘要 ( )   PDF (1018KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    提出了车身正向概念设计流程,由车身A级面及整车总布置方案建立了车身简化几何模型,确定了22个车身主断面位置,并以主断面属性为设计变量,基于梁单元理论与传递矩阵法得到模态坐标系下的车身动态刚度链数学模型,建立了主断面属性与车身固有频率的关系。以车身轻量化为目标函数,以车身静刚度与固有频率为约束条件对车身进行优化,采用遗传算法求解,确定优化后的各主断面属性参数。通过对比近似标杆车的静刚度与模态分析结果验证了动态刚度链设计方法的可行性。
    七桥混合耦连油气悬架车辆仿真与试验
    田文朋1;易小刚1;郭磊2;郭雁军2
    2018, 29(09):  1084-1089. 
    摘要 ( )   PDF (955KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    将某七桥车辆的油气悬架系统混合耦连并对其原理和结构进行分析,建立了整车十七自由度动力学模型。基于整车结构和数学模型,以Simulink为主平台,搭建了整车的Simulink/AMESim联合仿真模型,仿真激励为白噪声法生成的相关性路面时域模拟信号。确定所需仿真参数后,进行整车的联合仿真和实际道路试验研究,得到了40 km/h和60 km/h车速下的对比曲线。对比结果显示,质心加速度均方根和功率谱密度峰值的仿真数据与试验数据的相对误差小于8%,仿真结果与试验结果基本吻合,说明所建立的整车模型具有较高的准确性,可以作为整车特性研究的依据。
    可持续制造
    双边拆卸线平衡问题建模与优化
    邹宾森;张则强;李六柯;蔡宁
    2018, 29(09):  1090-1097,1107. 
    摘要 ( )   PDF (831KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对实际作业中部分产品采用双边拆卸,但已有拆卸线平衡问题研究中工作站均为单边布局的不足,建立了多目标双边拆卸线平衡问题模型。解码时,将任务优先分配至工作站较少的边、次优先分配至剩余时间较多的工作站,以缩短输送路径和工作站空闲时间。针对所建立模型,提出一种Pareto蝙蝠算法,引入Pareto思想以保证解的多样性;采用精英策略有效加速算法的收敛;通过拥挤距离筛选外部档案以提高算法运行效率。通过求解经典算例并对比分析,验证了所提出算法的有效性。将所建模型应用于拆卸线设计,能为决策者提供多种高质量的平衡方案。
    刀具工件双旋转运动机床加工过程的能量效率获取方法
    张西成;刘飞;刘培基
    2018, 29(09):  1098-1107. 
    摘要 ( )   PDF (875KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    对于刀具工件双旋转运动机床,由于切削力测量仪器难以安装,同时,切削力理论模型和经验公式难以反映加工过程切削力的瞬态变化,这使得刀具工件双旋转运动机床的能量效率至今难于获取。为此,提出一种运用载荷损耗系数计算获取刀具工件双旋转运动机床能量效率的方法,该方法首先建立了刀具工件双旋转运动机床的能量效率模型,然后基于刀具、工件系统的能耗组件参数分别建立了刀具轴和工件轴的载荷损耗系数计算模型,并由此推导出刀具工件双旋转运动机床的载荷损耗能量、有效能量及能量效率的计算分析模型。实际应用时,该方法只需要安装功率传感器测取加工过程中的输入功率和空载功率,便可计算获取能量效率。实验验证表明,该方法具有较好的能量效率获取精度。应用案例表明,所提方法应用方便,可为刀具工件双旋转运动机床的能效预测、监控与管理提供技术支撑,具有较好的应用前景。
    激励磁场对力磁耦合作用的强化机制研究
    刘志峰;费志洋;黄海鸿;钱正春
    2018, 29(09):  1108-1114,1126. 
    摘要 ( )   PDF (883KB) ( )  
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    力磁耦合作用是金属磁记忆检测等电磁无损检测技术的基础。为了探明外加激励磁场在不同应力水平下对力磁耦合作用的影响机制,从磁导率与应力及环境磁场变化关系的角度,在理论上计算了外加激励磁场下力磁耦合作用下与力和磁单独作用下的表面磁场强度之差ΔH,并推导出该差值随着拉应力的增大而增大的结论。用预制缺陷的45钢试样进行对照试验,发现激励磁场对力磁耦合作用的影响ΔH是随着应力的增大而呈类似指数形式递增的。经设计的正交试验验证,激励磁场与应力对磁信号的交互耦合作用显著,且在受力过程中激励磁场对信号的作用水平最大,这与理论分析结果吻合。说明外加激励磁场对力磁耦合作用起到了一定的强化作用。
    先进材料加工工程
    CRH5动车组车轮低温概率疲劳寿命研究
    杨柳青;胡明;赵德明;周迅;宋浩;陈文华
    2018, 29(09):  1115-1119. 
    摘要 ( )   PDF (661KB) ( )  
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    为了研究CRH5动车组车轮在低温环境下的概率疲劳寿命,对比AASHO、ECCS以及CPM三种外推方法,并使用CPM方法获得了ER8钢材在-40 ℃低温环境下的概率疲劳寿命曲线,同时结合车辆系统动力学仿真及车轮有限元分析,获得了车轮在该温度下运行的概率疲劳寿命。结果表明:车轮踏面下2 mm的轮辋部位是车轮的危险部位,易萌生疲劳裂纹,且低温下车轮的疲劳寿命水平较低,在p、c皆为50%水平下,车轮在-40℃时的寿命为1 740 km,相比常温下降约23%,可见低温环境对车轮疲劳寿命存在严重的影响。
    粉末高速压制成形件密度影响因素分析
    于世伟;周剑;张炜;张雪洁;刘焜
    2018, 29(09):  1120-1126. 
    摘要 ( )   PDF (745KB) ( )  
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    成形坯件的密度大小及其均匀性是影响粉末高速压制成品力学性能的重要参数。利用Drucker-Prager Cap模型和瞬态显式动力学有限元方法,得到了压制过程中粉末的密度变化和分布规律;量化分析了边壁摩擦因数、高径比、单位质量能量、初始松装密度对密度大小和均匀性的影响,采用正交试验方法研究了这些因素的敏感性。得到的主要结论包括:密度分布不均主要集中于压坯上下端面边缘处,且其密度差随着压制过程的进行不断增大,压坯越靠近边壁的部分,其密度不均匀性越明显;单位质量能量是影响密度的主要因素,改善边壁润滑条件、高径比和初始松装密度并不能有效提高压坯密度;边壁摩擦因数和单位质量能量对密度均匀性影响最大;密度随着单位质量能量的增大而不断提高,当单位质量能量达到临界值后平均密度不再上升,但是密度均匀性不断改善。
    阅读导引
    产品模块化是中国成为制造强国的必由之路——解读《机电产品模块化设计方法和案例》
    顾新建1;杨青海2
    2018, 29(09):  1127-1133. 
    摘要 ( )   PDF (786KB) ( )  
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    英文目次
    2018, 29(09):  1134. 
    摘要 ( )   PDF (129KB) ( )  
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