中国机械工程

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2018, 29(17): 0.

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采用电磁驱动配气机构的汽油机换挡过程控制

陈慧涛;常思勤;范爱民

2018, 29(17): 2017-2022.

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针对采用电磁驱动配气机构（EMVT）的汽油机,建立了面向控制的无凸轮发动机平均值模型。设计了EMVT的控制模块,实现了直接通过控制进气门运动来调节进气量,进而控制发动机转速和转矩输出。在此基础上,针对电控机械式自动变速器（AMT）的换挡过程,提出了一种基于离合器传递转矩的发动机转速和转矩控制策略,以缩短换挡时间和提高换挡品质。在MATLAB/Simulink环境中进行了仿真,验证了EMVT控制模块和发动机换挡过程控制策略的有效性。

在线电解修整磨削氧化膜研究现状及展望

伍俏平1,2;郑维佳1;邓朝晖1,2;赵恒2

2018, 29(17): 2023-2030.

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在线电解修整（ELID）镜面磨削加工中,电解作用会使砂轮表面生成一层具有绝缘作用的氧化膜,该氧化膜可以减缓和阻止进一步电解,避免砂轮损耗过快；同时,氧化膜可容纳、承托大量因电解而脱落的磨粒,使得砂轮的磨削类同游离磨粒的研磨、抛光作用,有利于提高磨削表面质量。氧化膜在整个磨削过程中发挥着至关重要的作用,直接影响着ELID磨削加工表面质量和磨削效率。详细阐述了ELID磨削过程中氧化膜的成膜过程及表征方法、氧化膜的物理/化学特性、氧化膜成膜影响因素等方面的研究进展,并对ELID磨削氧化膜下一步的研究重点进行了展望。

面齿轮磨削齿面齿形误差修正

明兴祖1,2;方曙光2;王红阳2

2018, 29(17): 2031-2037.

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以面齿轮齿面的形状误差为研究对象,建立了面齿轮齿面数学方程,通过三坐标测量仪（CMM）对面齿轮齿面进行了误差测量。为提高面齿轮齿面的精度,提高其理论和工程的应用价值,提出了一种基于序列二次规划（SQP）的面齿轮齿面误差评定方法。建立了齿面误差的识别方程,应用序列二次规划算法对机床加工参数进行优化求解,并与最小二乘优化法进行对比,应用修正后的机床调整参数,再次通过三坐标测量仪对修正后的齿面误差进行检测,验证了该方法的可行性。

基于堆叠降噪自编码的刀具磨损状态识别

王丽华1;杨家巍1;张永宏1;赵晓平2;谢阳阳1

2018, 29(17): 2038-2045.

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提出了一种基于堆叠降噪自编码（SDAE）的刀具磨损状态识别方法。构建了SDAE神经网络来学习声发射（AE）信号的特征,并对自编码网络进行有监督的微调,从而对刀具磨损状态进行精确识别。实验结果表明,SDAE方法能够自适应地学习,得到有效的特征表达,且刀具磨损状态识别结果精确度高,该方法能够有效地进行刀具磨损状态识别。

基于自适应成长法的周期性加筋结构拓扑优化设计方法

董小虎;丁晓红

2018, 29(17): 2045-2051.

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将自适应成长法应用到周期性加筋结构的拓扑优化设计中,以结构的应变能最小为目标,以加强筋截面积为设计变量,并构建拓扑优化设计模型。为保证优化结构可得到周期性最优拓扑形式,在优化数学模型中加入了周期性约束,并引入敏度过滤函数解决数值不稳定等问题。典型工程结构设计案例表明,提出的方法在周期性加筋结构设计中可得到形态清晰的筋条布局,且设计效率高、适用性广。同时利用所提方法模拟荷叶叶脉生长,获得了与自然界荷叶叶脉相似的布局形态,表明自然界荷叶叶脉分布能使荷叶在承受雨雪等自然载荷作用下的整体刚度最大。

自由外翻式组合吸能装置的设计及优化

刘彬1;肖守讷1;朱涛1;阳光武1;车全伟2

2018, 29(17): 2052-2059.

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为研究三节直翻卷圆管轴向压缩下的吸能特性,采用非线性有限元软件LS-DYNA进行了仿真分析,发现当上圆管、下圆管壁厚越接近且上圆管厚度略大于下圆管时,载荷-位移曲线统一于一条平稳的水平线,圧缩力效率乘积可达0.838 7,比吸能可达15.342 8 J/g,冲程效率高达76%,接近理论值。针对三节直翻卷圆管冲程效率高、载荷十分平稳但比吸能欠缺的特点,在其内部填充波纹管和多胞管以提高总吸能及比吸能。结果表明：填充后形成的组合吸能装置延续了冲程效率高、载荷平稳的特性,相比单一直翻卷管,总吸能提高了105.75%,比吸能提高了26.28%。利用径向基函数代理模型及遗传算法对组合吸能装置的比吸能进行寻优,优化结果显示,最大比吸能在多胞管、波纹管壁厚分别取上限值、下限值时达到,且相比单一直翻卷管,其值提高了30.86%。

排气压力脉动的全封闭往复式压缩机转速测量方法

金华强1,2;顾江萍1,2;黄跃进2;孙哲2;沈希2

2018, 29(17): 2060-2068.

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提出一种基于排气压力脉动的全封闭往复式压缩机转速测量的新方法。全封闭往复式压缩机的吸排气阀片伴随着活塞的往复运动而开启与关闭,使压缩机吸排气产生压力脉动,排气压力脉动比吸气压力脉动明显。排气阀室较排气管出口压力脉动幅值明显,去除趋势项后经CZT变换得到的脉动频率和转速一致,故可将排气管出口压力作为新方法的采样信号。在不同压缩比工况下,新方法测得转速与压缩机实际转速进行对比,实验表明新方法在不同负载工况下都有效,精度为±1 r/min；测量时间为1 s。

负压排屑装置楔形结构优化设计与仿真

董伟康1;关世玺1;郭镇豪1;刘亚2

2018, 29(17): 2069-2072,2086.

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为解决超大长径比深孔加工排屑困难问题,在分析DF系统负压排屑作用机理的基础上,建立负压射流模型,通过采用填充部分前/后分离区所占区域的方法,设计了一种位于射流喷嘴处的楔形结构,以减少前/后分离区的能量损耗。理论计算及Fluent仿真优化实验结果表明,该楔形尺寸在长度L1=75 mm、宽度L2=1 mm时效果最好,切削液流速增大约10.07%,湍流动能增大约11.39%,负压区压力值减小约79.26%,该楔形结构提高了负压排屑能力,最大程度地减少了前/后分离区的能量损耗。

基于离散相模型的水力喷砂射孔器优化设计

张德荣1;吴思梦1;黄泽贵2

2018, 29(17): 2073-2080.

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针对常用水力喷砂射孔器冲蚀磨损严重、使用寿命短的问题,运用数值模拟软件的离散相模型,分析了常用水力喷砂射孔器的冲蚀磨损规律,提出了工具结构和喷嘴结构的优化设计方案；并对新型水力喷砂射孔器的射流性能和耐冲蚀性能进行验证。研究结果表明：常用水力喷砂射孔器的冲蚀磨损主要集中在工具内腔喷嘴入口处、喷嘴内流道和工具外壁喷嘴出口处,且射孔器结构、射孔液运动特性、管柱振动和工作环境是造成冲蚀磨损的4个主要原因；相同条件下,相比于常用水力喷砂射孔器,所提出的新型水力喷砂射孔器的射流速度更大,上下层喷嘴间的速度差更小,耐冲蚀性能更佳。

金属带锯床超声水雾作用下锯切特性研究

倪敬;陈烨波;蒙臻;冯国栋;许静

2018, 29(17): 2081-2086.

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针对微量润滑技术在金属带锯锯切加工过程中的应用开展相关研究,搭建了带锯条锯齿的超声水雾直喷式润滑系统,进行了干切削、冲刷和超声水雾作用下锯切对比实验。实验结果表明：超声水雾作用下锯切主切削力Fx的均值最小,为干切削时Fx均值的53%、冲刷作用时Fx均值的31%,且切削液消耗量更小,仅为冲刷作用时消耗量的10%。利用显微高速摄像机进行研究与分析,超声水雾作用下微米级切削液液滴在锯齿材料表面会形成微观润湿效应,使得液滴与锯齿材料表面具有更小的润湿角和润湿效果；此外,相比干切削和冲刷作用,超声水雾作用下形成的锯切切屑具有更小的曲率半径,仅为300 μm,这也从另一方面说明了超声水雾液滴对锯齿表面润滑效果较好。

基于通用生成函数的混流制造系统脆弱性评价方法

高贵兵;岳文辉;欧文初

2018, 29(17): 2087-2093,2099.

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为了解决基于状态熵的脆弱性评价方法在面对多状态系统组合爆炸问题时的困难,提出了一种基于通用生成函数的混流制造系统脆弱性量化评价方法。首先,分析求解各制造单元的状态及其概率,得到制造单元的通用生成函数,定义并计算各单元的脆性熵,建立制造单元的脆弱性分析模型；其次,根据混流制造系统结构特征和通用生成函数的串并联构造算子,得到系统通用生成函数,定义其脆性熵,基于脆性熵建立混流制造系统的脆弱性评价模型；最后,以某典型的混流制造系统为例,利用所提出的脆弱性评价方法,评估其脆弱性,并与基于状态熵的评价方法进行对比,结果表明该方法可显著提高脆弱性评价的效率。

基于寿命匹配函数的主动再制造设计方法

宋守许;邱权;卜建;柯庆镝

2018, 29(17): 2094-2099.

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针对产品主动再制造时其关键零件往往存在“提前再制造”或“滞后再制造”的问题,提出了寿命匹配函数的概念。通过研究不同特征结构参数组合下关键零件主动再制造时机的变化,建立了关键零件主动再制造时机与特征结构参数的映射关系,并引入寿命匹配因子作为寿命匹配完成的标志。提出了基于寿命匹配函数的主动再制造设计方法,根据寿命匹配函数,优化特征结构参数,实现关键零件与产品主动再制造时机的匹配。最后,以某型号柴油机为例进行寿命匹配,验证了该方法的有效性和可行性。

金属粉末床熔融工艺在线监测技术综述

赵德陈1,2,3;林峰1,2,3

2018, 29(17): 2100-2110,2118.

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金属粉末床熔融技术是近年来迅速发展起来的一种先进制造技术,在航空航天、生物医疗、汽车等领域获得广泛关注,但工艺可重复性差和稳定性不足等缺点限制了该技术的进一步工业应用。在线监测技术能够及时探测成形状态和缺陷,消除上述工艺问题对该技术发展的限制。从铺粉过程监测、粉末床检测、熔融过程监测和熔融层检测等方面综述了金属粉末床熔融工艺在线监测技术的研究现状,分析了现有技术的不足,总结了其今后的发展趋势。

碳化硅零件的激光选区烧结及反应烧结工艺

付旻慧1;刘凯2;刘洁1;谭沅良

2018, 29(17): 2111-2118.

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为了获得高密度、高性能、复杂结构的碳化硅陶瓷件,提出采用机械混合法制备含有黏结剂和乌洛托品固化剂的碳化硅复合粉体,对复合粉体进行激光选区烧结（SLS）形成陶瓷素坯,并对素坯进行气氛烧结和渗硅处理,使其与基体发生反应烧结,最终形成复杂陶瓷异形件。实验证明：若激光功率为8.0 W、扫描速率为2 000 mm/s、扫描间距为0.1 mm、单层厚度为0.15 mm,获得的 SLS 陶瓷样品密度和强度最好。对SLS试样进行合理的中温碳化和高温渗硅,所得碳化硅陶瓷烧结体的抗弯强度最高可达 81 MPa,相对密度大于86%。

聚醚醚酮3D打印成形工艺的仿真和实验研究

史长春1;胡镔1;陈定方2;陈蓉3;单斌1

2018, 29(17): 2119-2124,2130.

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为解决高性能医用聚醚醚酮（polyethoretheretherketone,PEEK）零件复杂结构难以加工的问题,采用基于熔融沉积原理的3D打印方式,辅以高温成形腔体结构,通过模拟仿真和工艺实验,开展PEEK的快速成形系统工艺研究。仿真结果表明：采用接近PEEK玻璃化温度的高温成形腔体环境,可以明显地减小PEEK试样的翘曲变形；采用较小内径的喷嘴,有利于PEEK丝材的熔化和熔融挤出稳定性。实验数据表明：喷嘴内径0.4 mm和打印层厚0.1 mm的设置条件下,PEEK试样的最高平均拉伸强度可达到74.74 MPa,接近传统注塑成形零件的拉伸性能。

房车转向节整体模锻关键技术与模具装置研发

张运军1;陈天赋1;杨杰1;黄明伟1;夏巨谌2;邓磊2;金俊松2

2018, 29(17): 2125-2130.

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房车转向节轮廊尺寸大、结构极其复杂,目前采用的分体制造技术存在材料利用率和生产效率低、产品性能差的问题。为此,提出了转向节整体模锻成形的工艺方案,着重研究了其关键工序弯曲成形的工艺优化并进行了专用模具装置开发。采用经典塑性成形理论、有限元数值模拟和试验相结合的方法,分析了弯曲过程的应力应变状态、金属流动和损伤分布。工艺试验结果表明,所提出方案合理,实现了以整体模锻取代分体制造,材料利用率由约45%提高至70%以上,生产效率提高4~5倍。

芯轴外径对大变形推压-拉拔复合缩径的影响

王连东1;刘超1,2;刘恒1;王晓迪3;王志鹏1

2018, 29(17): 2131-2136.

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通过推压-拉拔复合缩径的力学模型定性分析了不同外径芯轴缩径时管坯的受力及变形差异,并给出了芯轴外径设计公式；针对某载重6.5 t胀压成形汽车桥壳管件的第一道次推压-拉拔复合缩径,设定不同的芯轴外径影响系数并进行了有限元模拟,分析了芯轴外径对管坯缩径成形的影响规律,基于传力区不失稳及管端不开裂给出了芯轴外径影响系数的设定范围；在专用设备上进行了第一道次推压-拉拔复合缩径试验,成功试制出缩径样件,试验结果与有限元模拟结果相吻合。

“流动”——精益生产的核心，企业追求至善的法宝——解读《流的传承》

鲁建厦

2018, 29(17): 2137-2141.

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