中国机械工程

版权页和目次

2022, 33(16): 0.

摘要 ( )

PDF (332KB) ( )

相关文章 | 计量指标

电弧铣削加工间隙电压预测模型的建立与研究

张瑾, 韩福柱,

2022, 33(16): 1891-1896. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.001

摘要 ( )

PDF (4167KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对电弧铣削加工过程中极间间隙难以直接测量的问题，通过极间间隙电压的变化判断极间间隙的变化，采用系统辨识理论确定间隙电压预测模型的结构和模型参数，对该预测模型的建立方法进行了详细阐述，对预测模型的拟合程度进行了实验验证。实验结果表明，预测模型的拟合精度随着拟合时间的延长而降低，因此，采用递推最小二乘方法进行间隙电压的在线预测，在线预测的平均误差为6.82%，结果表明所建模型能够稳定、有效地超前一步预测间隙电压，并且模型在线辨识的参数少，模型预测的精度高。

裂纹故障对轮齿时变啮合刚度的影响分析

孟宗, 李佳松, 潘作舟, 庞修身, 崔玲丽, 樊凤杰

2022, 33(16): 1897-1905，1911. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.002

摘要 ( )

PDF (4709KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对裂纹引起齿轮时变啮合刚度（TVMS）减小这一现象，研究了裂纹故障对TVMS的影响规律。首先，构建了完整的轮齿齿廓曲线，基于传统势能法分析了相邻齿耦合效应对TVMS的影响，对TVMS计算公式进行修正。其次，采用有限元法确定了裂纹萌生点所在位置，提出了一种沿深度拓展的裂纹曲线，分析了裂纹深度对TVMS和负载分担比的影响，研究了裂纹同时沿深度与长度方向拓展的中早期故障模型。最后，构建了不同故障齿轮副模型，采用有限元法对裂纹沿深度结果进行验证，结果表明势能法与有限元法相吻合。

钻尖直线刃后刀面的砂轮磨削轨迹算法研究

王成兵, 熊建军, 江磊, 马术文

2022, 33(16): 1906-1911. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.003

摘要 ( )

PDF (1186KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了提高钻尖后刀面的加工精度和保证砂轮磨削姿态的灵活性，研究了钻尖直线刃后刀面数控磨削过程中的砂轮轨迹计算方法。定义了钻尖直线刃后刀面的结构参数，建立了钻尖直线刃线及后刀面的数学模型；定义了钻尖直线刃后刀面的坐标系和砂轮基准磨削姿态；在此基础上，采用坐标变换矩阵描述砂轮运动方式，借助运动学原理推导了基于工件坐标系的砂轮磨削位置和姿态的计算方法。该方法保证了钻尖直线刃后刀面的精度，可灵活调整砂轮磨削姿态。基于VC++环境开发了计算程序，并进行仿真加工验证，验证了算法的有效性。

超声纵扭辅助铣削高强铝合金表面润湿性能研究

赵重阳, 陆俊宇, 王晓博, 赵波

2022, 33(16): 1912-1918，1927. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.004

摘要 ( )

PDF (8507KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对超声辅助加工在工件表面形成微刻划表面可以提高高强铝合金表面的微结构性能的现象，进行了单激励旋转超声纵扭复合铣削表面微观结构的试验，基于水接触角理论和纵扭铣削运动学理论分析了加工参数对水接触角的影响；搭建了单激励超声纵扭铣削试验平台，采用正交试验法研究了不同加工参数对表面粗糙度、铣削力以及表面润湿性能的影响。结果表明：超声振幅为4 μm时表面质量最佳，切削速度和进给量与表面粗糙度和水接触角呈正相关的关系；超声加工方式下的表面水接触角较普通方式更大，而在超声加工时低振幅加工比高振幅加工的表面水接触角大，当转速达到一定值时，高振幅和低振幅所加工的表面水接触角差别不大。合适的加工参数条件下超声纵扭加工方式可以降低加工表面的粗糙度，改变表面的润湿性。

叠加Ⅱ级杆组的正铲液压挖掘机工作机构型综合

刘文兰, 于海霞, 瞿怀宇, 马鹏飞, 高小钧, 王建森

2022, 33(16): 1919-1927. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.005

摘要 ( )

PDF (2774KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

提出了一种正铲液压挖掘机工作机构型综合方法——Ⅱ级基本杆组叠加法。针对正铲液压挖掘机工作机构的自由度数目、性质和驱动单元，将其结构分解为基本结构和辅助连杆，并给出了8条构型综合约束条件，进而根据辅助连杆上的运动副数目，分5种情况添加Ⅱ级基本杆组RRR对正铲液压挖掘机工作机构进行了型综合，获得了一系列12杆构型。从中选取了3种构型，针对其多环耦合的结构特点，采用拆杆-等效法分析了其自由度，并建立了相应的仿真模型，开展了运动仿真分析，验证了构型综合方法的可行性。

一种平面冗余机器人总性能最优的实时控制方法

荣誉, 豆天赐, 张兴超, 张磊, 赵景宇

2022, 33(16): 1928-1939. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.006

摘要 ( )

PDF (10832KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

提出了驱动集中布置概念冗余度机器人的结构设计方法，根据机器人逆运动学提出了基于加权M-P伪逆的预设空间降维法，并对加权矩阵进行了数值分析，通过改变加权矩阵对角线上元素的值进而改变瞬时速度，来改变各个关节角度的摆动幅度。对平面4R冗余机器人进行了动力学分析，将总能量、总力矩和总时间作为优化目标，利用粒子群优化方法对这三个指标同时进行优化，得到冗余度机器人总性能最优时的运动结束时间。进行了样机试制，实验结果证明所提方法可行。

采用改进CNN-BiLSTM模型的刀具磨损状态监测

刘会永, 张松, 李剑峰, 栾晓娜,

2022, 33(16): 1940-1947，1956. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.007

摘要 ( )

PDF (4744KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

自动化切削加工过程中，准确可靠地监测刀具磨损状态是保证加工质量和加工效率的关键。针对刀具磨损状态相关特征提取繁琐、准确率低及传统的深度学习网络不能全面提取数据隐含信息等问题，提出了一种以卷积神经网络（CNN）和双向长短时记忆（BiLSTM）网络集成模型为基础并通过在卷积神经网络中添加批量标准化层和采用两个双向长短时记忆网络层的改进模型，该模型通过自动提取小波阈值降噪等预处理和降采样后的切削力、振动和声音信号的空间和时序特征来实现刀具磨损状态监测。将改进模型与CNN-BiLSTM模型及传统的深度学习模型进行对比，发现改进模型在精度和稳定性方面有较大提升。所提方法为准确监测自动化加工过程中刀具磨损状态、提高生产效率和加工质量提供了技术支持。

搅拌摩擦焊机床开放式控制系统及切线跟踪研究

刘立业, 陈永亮, 汤伟莉, 魏云篷, 索树灿

2022, 33(16): 1948-1956. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.008

摘要 ( )

PDF (8332KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

现有大部分搅拌摩擦焊设备缺乏对过程变量的有效监控，建立开放式的控制系统是解决这一问题的有效手段，然而搅拌摩擦焊工艺与传统的金属切削有两大不同，即焊接倾角与圆弧切线跟踪功能。现有设备将圆弧切线跟踪功能集成到控制系统中，导致用户研究开放式可控制系统时还需对此功能进行专门的设计，进而导致设备研发周期变长、成本增加。构建了基于Ether CAT的开放式控制系统，以一种龙门式搅拌摩擦焊机床为例，运用D-H法推导出机床全参数化正逆向运动学数学模型，并提出一种简单的平面二维圆弧切线跟踪方法，在已有两轴圆弧插补的基础上不需研究三轴插补算法即可完成搅拌摩擦焊。最后选择一种典型的焊缝轨迹进行运动仿真与焊接试验，验证了机床参数化运动学模型的正确性及圆弧切线跟踪方法的可行性。

基于刚度定向的工业机器人铣削姿态优化研究

杨靖, 张小俭, 吴毅, 叶松涛, 严思杰, 陆家麟

2022, 33(16): 1957-1964. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.009

摘要 ( )

PDF (5681KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对工业机器人结构非对称引起的主刚度方向难以确定、因刚度低导致的铣削过程中容易发生模态耦合颤振的问题，提出了一种机器人加工系统主刚度定向方法，并利用机器人功能冗余特性优化姿态，以提高铣削过程的稳定性。计算工业机器人末端笛卡儿坐标系中的刚度椭球，确定切削平面内机器人的主刚度方向；通过建立加工系统的动力学模型，得到机器人铣削模态耦合颤振的稳定性判据；基于刚度定向方法，提出一种机器人铣削姿态优化算法。实验结果表明，在不改变其他参数的情况下，通过优化工业机器人姿态，可以保证机器人沿给定轨迹加工的稳定性。

基于数字孪生的电主轴热特性研究

徐荣飞, 范开国

2022, 33(16): 1965-1971. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.010

摘要 ( )

PDF (5079KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为提高热特性有限元分析精度，提出了基于数字孪生的电主轴热特性分析方法。搭建基于IoT数据采集系统的电主轴热特性数字孪生物理空间，设计开发基于Java、ANSYS、MATLAB联合编程的热特性数字孪生系统，提出了基于关键测温点温度的热边界条件修正模型，实现了物理空间与虚拟空间的数据映射及热特性数字孪生。实验结果表明，热特性数字孪生体的温度精度达98%，热变形精度达95%，有效提高了热特性有限元分析精度。

连铸轻压下过程极限压下量及工艺参数分析

秦勤, 王文智, 张升, 臧勇

2022, 33(16): 1972-1982. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.011

摘要 ( )

PDF (7322KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对连铸铸坯在各个扇形段中坯壳厚度、温度场分布变化剧烈的特点，系统地研究铸坯在不同压下区间内极限压下量的变化规律。以A36钢连铸坯为研究对象，建立包括铸坯、铸辊以及它们之间多体接触的三维热力耦合模型，在保证工艺质量的前提下对铸坯的极限压下量、压下区间和分配进行系统研究。结果表明，A36钢铸坯从弧形段第一区段到水平段第十区段全过程的极限压下量范围是3.87~6.96 mm，在凝固末端适宜的压下区段为第8～10段，并且在这些压下区域内压下量均匀分配比较适宜。

晶体已加工表面频率特征对亚表层温度场的影响

束梓豪, 庞启龙, 况良杰

2022, 33(16): 1983-1991. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.012

摘要 ( )

PDF (5762KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了更加准确地分析表面形貌对KH2PO4(KDP)晶体元件激光损伤和使用性能的影响，通过功率谱密度和连续小波变换对KDP晶体已加工表面存在的实际频率特征进行提取和重构。利用波动光学理论分析经入射波长1.064 μm、功率20 MW/μm2的激光束照射1 ns后，表面频率特征对KDP晶体亚表层光场及温度场的影响。结果表明，当表面频率特征的波长越接近入射光波长1.064 μm，KDP晶体亚表层的光场畸变现象越严重，会造成局部聚焦，温度越高；当波长超过20 μm时，在振幅不变的情况下，最高温度随着波长的增加基本不变。通过切削实验获得的KDP晶体已加工表面上明显存在的波长分别为14 μm、50 μm和140 μm，对KDP晶体亚表层造成的温升分别为56 K、22 K和12 K。当波长相同时，KDP晶体的最高温度与表面频率幅值成线性关系。随着表面频率波长的增加，温度最高点的位置向KDP晶体内部延伸。

基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

屈聪, 孟智娟, 赵亮, 陈耀, 马立东

2022, 33(16): 1991-1999. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.013

摘要 ( )

PDF (6351KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹，其弹性模量对回弹影响较大，但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象，进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载卸载实验，以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律，在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型，对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果，进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示，前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度，预测精度相比后者提高了31.18%。

汽车尾气温差发电系统车载兼容性多目标优化研究

全睿, 李涛, 乐有生, 常雨芳, 谭保华

2022, 33(16): 2000-2007，2015. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.014

摘要 ( )

PDF (4589KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

汽车尾气温差发电系统在接入发动机的排气管时会改变其气流，为了尽可能降低对发动机原有性能的影响，提高汽车尾气温差发电系统的发电性能，针对汽车尾气温差发电用六边形热交换器，以表面平均温度最高和压力损失最小为目标进行其车载兼容性优化。基于CFD软件搭建了热交换器的有限元仿真模型，研究热交换器的入口气体流速对其表面温度和压力损失的影响，以及入口气体温度对其表面温度的影响，以翅片长度、角度、宽度及翅片间的间距为设计变量，针对试验数据建立高斯过程回归代理模型，并采用灰狼算法在多目标优化函数空间中寻求最优解。结果表明，与经典的NSGA-Ⅱ算法相比，利用多目标灰狼算法进行优化时所得Pareto解集更为集中，设定的评价指标值也更高；与优化前的几种结构相比，优化后的热交换器表面平均温度有所降低，但压力损失下降显著；与空腔结构热交换器相比，其表面平均温度和压力损失均有提升，压力损失增加幅值在可接受范围内，证明优化后的热交换器能有效兼顾汽车尾气温差发电系统的功率及其车载兼容性。

城市道路下混合动力汽车双层能量管理策略

唐香蕉, 高祖成, 曾令全, 赵奕凡

2022, 33(16): 2008-2015. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.015

摘要 ( )

PDF (6233KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

研究了联网场景下面向连续多路口的混合动力车辆节能速度规划问题，探讨了使用双层伪谱法优化城市交通中混合动力车辆能量管理策略的可行性。根据交通信号灯的时序信息，以保证车辆中途不停车顺利通过各路口为目标，使用伪普法规划最佳的车速轨迹。根据规划的车速，以车辆能耗最低为目标，实现发动机和动力电池间功率输出的经济性分配。仿真结果表明，与人工驾驶相比，所提方法可将燃油消耗量减少6.9%，实车试验结果进一步验证了所提策略的有效性。

英文目次

2022, 33(16): 2016.

摘要 ( )

PDF (73KB) ( )

当期目录