2012年, 第48卷, 第19期　
刊出日期：2012-10-05

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  具有解耦功能的二维倾角模拟装置

  高海波;梁忠超;丁亮;邓宗全;曲建俊

  . 2012, 48(19): 1-9.

  摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 104 )   可视化   收藏

  星球探测车是人类进行星球探测必不可少的工具，为了对星球探测车在实验室内进行崎岖地形上的模拟试验，采用一个具有二维倾角功能的运动平台，并搭配不平路面的模拟来实现崎岖的地形模拟。通过深入研究运动平台的二维运动特性，发现两侧均采用曲柄导杆机构驱动，并同时进行两个方向的倾斜运动时，此空间机构的二维运动具有耦合特性，于是使用补偿铰链来实现对二维耦合运动的解耦。通过对提出的机构进行理论推导分析，并使用仿真与试验进行验证，最终实现了运动平台的两个方向上同时倾斜运动并互不干涉，为星球车崎岖地形模拟试验奠定了基础。
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  考虑油膜润滑作用的渐开线齿轮动载荷分析

  苑士华;董辉立;胡纪滨;李雪原

  . 2012, 48(19): 10-16.

  摘要 ( 133 ) PDF全文 ( 67 )   可视化   收藏

  以渐开线齿轮为研究对象，综合考虑齿面摩擦和油膜润滑作用，结合油膜与粗糙峰共同承载理论建立齿轮系统动力学模型。为深入研究不同转速对齿轮动态特性的影响，给出基于最小势能原理的稳态载荷分布模型，并对比分析渐开线齿轮在不同转速下冲击载荷沿啮合线的分布规律。计算结果表明：润滑油膜对共振区的动载荷有一定程度的削弱作用；齿廓误差越大，冲击越明显；油膜刚度呈强非线性，且随着润滑油粘度的增加而增大；低速时，冲击动载荷均值接近稳态分布，但在单双齿啮合交替点有明显波动；随着转速的升高，高频冲击衰减，动载荷和相对线位移逐渐呈现周期波动；随着螺旋角的增加，动载荷趋于平稳，且幅值有所降低。啮合初始段，摩擦因数较高；退出啮合段，动载荷减小，油膜变厚，摩擦因数明显降低。随着粗糙度的增加，粗糙峰接触比例升高，摩擦因数变大。
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  线面共轭啮合原理及齿面构建方法

  陈兵奎;易文翠;钟晖;谭儒龙

  . 2012, 48(19): 17-22.

  摘要 ( 150 ) PDF全文 ( 114 )   可视化   收藏

  定义曲线与曲面共轭啮合的概念，即给定运动的两构件上的一条光滑曲线和一个光滑曲面始终保持连续相切接触，并给出由共轭啮合副齿面形成曲线与曲面共轭啮合的一般方法，在共轭啮合副的一个齿面上构建啮合管齿面与另一齿面相啮和；提出以适当半径的球体沿啮合曲线的指定等距线包络出管状曲面的齿面构建新方法，推导啮合管齿面方程、接触曲线方程等，给出啮合曲线选取的条件以及啮合管齿面半径的选取范围，从而建立以啮合曲线为脊线构建管状共轭齿面的理论；以摆线针轮行星传动为例，构建针齿螺旋管齿面，讨论线面共轭摆线针轮行星传动的特性；分析表明，线面共轭具有点接触特性，通过构建合适的线面共轭啮合副，可获得近似纯滚动啮合，齿面滑动率小，传动效率高。
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  柔性和摩擦力不确定条件下RBF神经网络自适应轨迹跟踪方法

  吴宝强;孙炜;曹成

  . 2012, 48(19): 23-28.

  摘要 ( 163 ) PDF全文 ( 163 )   可视化   收藏

  提出一种基于径向基神经网络(Radial basis function, RBF)的力/位置混合自适应控制方法并用于机器人轨迹跟踪控制，解决机器人柔性末端执行器轨迹跟踪过程中柔性和摩擦力模型难以精确描述的问题。RBF神经网络是一种高效的前馈式神经网络，具有其他前向网络所不具有的非线性逼近性能和全局最优特性，并且网络结构简单，训练速度快。设计一种基于RBF神经网络非线性逼近能力来估计模型中的不确定参数的自适应控制器，给出控制器中神经网络权值更新规则，并证明所设计控制器输出力和位置误差的最终一致有界性。将该控制器应用于风管清扫机器人仿真试验，结果表明该自适应控制器能很好地用于柔性和摩擦力不确定条件下轨迹跟踪控制，与传统自适应控制方法相比具有更精确的跟踪特性和更强的鲁棒性。
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  基于黏滑运动原理的单自由度纳米定位台设计与动力学分析

  张世忠;荣伟彬;台国安;于淼;孙立宁

  . 2012, 48(19): 29-34.

  摘要 ( 166 ) PDF全文 ( 95 )   可视化   收藏

  为解决基于扫描电镜纳米操作系统定位驱动方面的关键技术，分别研制能够实现水平定位和垂直定位的单自由度纳米定位台。定位台采用黏滑驱动原理，驱动机构采用柔性铰链设计，O形调节圈的引入既实现摩擦力的精密调节又保证整体结构的紧凑。为研究黏滑驱动原理和辅助纳米定位台设计，建立单自由度纳米定位台的动力学模型。考虑压电陶瓷的动态特性和摩擦力的非线性变化，对压电驱动模型进行线性化处理，引入LuGre模型实现对摩擦力的表达。试验结果表明该动力学模型能够有效地描述黏滑定位台的运动状态。单自由度水平和垂直纳米定位台的最大外形尺寸分别为24 mm×24 mm×17 mm和24 mm×24 mm×34 mm，均具有8 nm定位分辨率和50 mm行程，最大负载质量可达66 g。利用所设计的两种纳米定位台搭建基于SEM的双探针纳米操作系统，纳米线双探针操作试验表明该两种纳米定位台完全满足SEM下进行纳米操作的要求。
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  钢带并联机器人力学失稳机理

  艾青林;曹斌;谭大鹏;张立彬

  . 2012, 48(19): 35-43.

  摘要 ( 144 ) PDF全文 ( 95 )   可视化   收藏

  为了发展新的并联机构形式，提出一种以圆弧弯曲截面钢带作为运动支链的6自由度钢带并联机器人机构形式。简要阐述钢带并联机器人结构组成与工作原理。采用基于变分原理的有限元静力学理论和线性屈曲分析理论建立求解钢带失稳临界力的屈曲方程。利用有限元软件ANSYS对不同结构参数的截面由圆弧弯曲形状过渡到平直形状的钢带进行失稳分析，得到钢带能承受的失稳力与结构参数的关系,并进行试验验证。对钢带并联机器人在平移运动位姿下的整机失稳机理进行系统研究，得到不同位姿参数与钢带并联机器人失稳临界力的关系。研究结果表明：弯曲截面结构的钢带能承受一定的压力，钢带失稳力随钢带圆弧截面中心角、钢带厚度增大而增大，随钢带长度增大而减小。对于机器人动平台作上升运动，在500 mm的高度，失稳临界力最大。而对于沿Y轴平动或沿=60平动且100 mm200 mm的范围，对于沿极径=500 mm平动且1020的范围，失稳临界力均比较大。研究成果能用于优化钢带并联机器人的结构设计及确定刚度工作空间。
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  偏心渐开线齿轮传动的不等分模型及其数值解法

  尹建军;杨先一;武传宇;刘艳

  . 2012, 48(19): 44-51.

  摘要 ( 150 ) PDF全文 ( 81 )   可视化   收藏

  针对等分模型下配对齿工作齿廓出现实际啮合不会发生的齿廓交叉或者分离现象，根据渐开线齿廓啮合几何关系，提出一种不存在假设误差的偏心渐开线齿轮传动不等分模型，以奇数齿偏心齿轮传动为例，给出不等分模型数值求解的完整算法。根据内公切线与两轮配对齿工作齿廓的交点数不同，啮合点搜索算法能处理任意转角关系下连续转动的4种情形，能正确产生7种不同的配对结果。计算结果表明，几何中心连线与内公切线段的交点不相互等分两线段，啮合点不总是在内公切线上，和轴心距大小无关。当基准齿工作齿廓坐标点数为5 000点时，啮合点搜索的坐标控制精度可达到0.001 mm，转角误差精度可达到0.001°，计算方法可以得到非常精确的转角关系，可以为偏心齿轮传动的准确分析和优化设计提供依据。
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  变拓扑机构结构组成理论

  刘川禾

  . 2012, 48(19): 52-58.

  摘要 ( 145 ) PDF全文 ( 89 )   可视化   收藏

  研究得出了变拓扑机构(含变胞机构)新的结构组成理论。提出并定义变拓扑机构的不变元、不变子链、变元、可变子链、变胞器等新概念；给出并严格证明变拓扑机构结构组成的4个新定理，它们分别是变拓扑机构结构与其各阶段构态的关系定理；变拓扑机构的不变子链定理；变拓扑机构的可变子链定理；变拓扑机构的组成定理。研究得出并严格证明关联关系变胞器的等效转化定理。研究变胞器的分类，并给出构件变胞器、连接变胞器和关联关系变胞器的图形描述。变拓扑机构结构组成理论为变拓扑机构的结构分析和综合奠定了新的理论基础。
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  高速主轴离心膨胀及对轴承动态特性的影响

  曹宏瑞;李兵;陈雪峰;何正嘉

  . 2012, 48(19): 59-64.

  摘要 ( 198 ) PDF全文 ( 171 )   可视化   收藏

  以高速主轴系统为对象，将主轴转子和轴承内圈分别等效为等截面梁和空心圆盘，计算离心力作用下主轴转子和轴承内圈的径向弹性变形，并分析主轴转子与轴承连接状态随转速升高的变化趋势。考虑旋转部件的离心膨胀变形，建立高速主轴轴承动力学模型并进行试验验证。在此基础上，研究离心效应对主轴轴承径向预紧状态的影响，揭示高速主轴轴承动态特性随转速的变化规律。研究结果表明，离心力引起的径向膨胀变形使滚动体与轴承内、外圈之间的接触角减小，接触力增加。主轴轴承的轴向刚度和径向刚度均随转速的升高而降低。轴承内圈的离心膨胀变形对轴承轴向刚度的影响可以忽略不计，而能在一定程度上提高轴承的径向刚度。
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  滚动轴承故障特征提取的频谱自相关方法

  明安波;褚福磊;张炜

  . 2012, 48(19): 65-71.

  摘要 ( 213 ) PDF全文 ( 137 )   可视化   收藏

  冲击调制是滚动轴承发生局部故障的重要特征，在频谱上表现为调制边频且能量主要集中在高频共振区非常不利于诊断。根据冲击序列在时域与频域具有相似冲击形式的特点，将时域的自相关概念引入频域，对滚动轴承内、外圈局部故障响应信号的频谱进行自相关分析。该方法将位于高频共振区的调制边频特征有效地转移到低频区，形成以故障特征频率为基频的谐频特征；对于内圈故障信号频谱自相关结果保持了载荷调制的边频。对6220型滚动轴承外圈和内圈点蚀故障信号的分析结果表明：频谱自相关分析在不设计带通滤波器选择共振频段时，分析过程更简洁，对内圈故障特征的提取比包络分析、倒谱分析及时域的自相关方法效果更好、抗噪能力更强、可信度更高，具有较高的工程应用价值。
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  基于混杂系统特性的机械式自动变速器故障诊断策略

  彭建鑫;刘海鸥;陈慧岩

  . 2012, 48(19): 72-79.

  摘要 ( 159 ) PDF全文 ( 51 )   可视化   收藏

  基于机械式自动变速器(Automated manual transmission, AMT)自动变速系统混杂特性，对AMT自动变速系统故障诊断技术进行研究。运用混杂自动机建立AMT自动变速系统模型，结合系统运行特点研究系统行为轨迹，分析混杂系统模型与行为轨迹之间一致性关系。分析AMT自动变速系统故障定义，结合混杂系统模型提出AMT混杂系统故障行为的定义。通过混杂系统故障行为轨迹，分析故障可诊断性条件，从系统故障模型和故障阈值条件的角度描述故障、可诊断性、诊断精度、系统可观测状态变量之间的关系，并运用故障熵的概念来描述故障可诊断的程度。从系统功能、系统轨迹、系统控制周期多角度对AMT混杂系统行为轨迹进行分析和划分类型，结合国际故障诊断参考流程提出AMT自动变速系统故障诊断策略。将故障诊断策略和诊断算法移植于实车平台，大量实车里程验证了该策略的正确性和实时性。
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  松动—碰摩耦合故障转子系统动力学特性分析

  马辉;太兴宇;汪博;闻邦椿

  . 2012, 48(19): 80-86.

  摘要 ( 132 ) PDF全文 ( 141 )   可视化   收藏

  基于有限元法，建立考虑松动、碰摩及松动—碰摩耦合故障的转子—轴承系统的动力学模型，其中松动故障采用分段线性刚度和阻尼模型，转定子碰摩采用点—点接触模型。通过增广的拉格朗日方法来处理接触约束条件，修订的库仑摩擦模型来模拟转定子之间摩擦。考虑不同转速对松动、碰摩及松动—碰摩转子系统动力学特性的影响，并对比三者之间的异同点。研究表明，碰摩在耦合故障中处于主导地位，而松动主要影响松动端局部振动处于从属地位；松动—碰摩耦合故障响应在低转速和高转速与单一碰摩故障类似，在中间转速存在一些差别，但总体运动趋势基本一致；与单一松动故障相比发现，碰摩能够减小松动引起的低频振动，主要激发高频振动。研究结果可为转子系统耦合碰摩故障诊断提供依据。
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  基于局部特征尺度分解的经验包络解调方法及其在机械故障诊断中的应用

  程军圣;郑近德;杨宇

  . 2012, 48(19): 87-94.

  摘要 ( 164 ) PDF全文 ( 209 )   可视化   收藏

  提出一种基于局部特征尺度分解(Local characteristic-scale decomposition, LCD)和经验包络(Empirical envelope method, EE)解调的非平稳信号分析方法。该方法通过局部特征尺度分解将一个复杂信号自适应地分解为若干个内禀尺度分量之和，对得到的各个内禀尺度分量进行经验包络解调，得到各个分量信号的瞬时幅值和瞬时频率信息，从而得到原始信号完整的时频分布。采用仿真信号将基于LCD和EE解调的时频分析方法和希尔伯特黄变换方法进行对比，结果表明，新提出的信号分解和解调方法在抑制端点效应和迭代所需时间，瞬时特征的精确性等方面优于希尔伯特黄变换方法。针对滚动轴承和齿轮故障振动信号的调制特点，将基于LCD和EE的时频分析方法引入机械故障诊断中，对试验信号的分析结果表明，基于LCD和EE的时频分析方法能有效地提取机械故障振动信号的特征。
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  作大范围运动柔性梁的一种碰撞动力学求解方法

  段玥晨;章定国;洪嘉振

  . 2012, 48(19): 95-102.

  摘要 ( 136 ) PDF全文 ( 122 )   可视化   收藏

  研究作大范围运动柔性梁的碰撞动力学问题。针对梁碰撞前、碰撞过程、碰撞后三个阶段，分别建立各阶段的动力学方程。基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论，建立梁无碰撞时的刚柔耦合动力学方程。结合冲量动量法和接触约束法提出一种碰撞动力学求解方法，先以冲量动量法实现运动转换得到协调的碰撞初始条件，再以接触约束法求解碰撞过程。导出系统的刚柔耦合碰撞动力学方程，给出了接触、分离判据，实现三个不同阶段的转换与动力学求解。编制仿真软件，对实例进行动力学仿真，得到系统不同阶段的动力学响应。研究表明，所提碰撞求解方法可以较方便地用于计算柔性多体系统的碰撞问题。梁的柔性、大范围运动及碰撞效应相互耦合，碰撞行为对于柔性多体系统碰撞过程和碰撞后的全局动力学性态均产生较大的影响。
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  轴—壳体系统耦合振动控制原理分析及试验

  李攀硕;张志谊;华宏星

  . 2012, 48(19): 103-108.

  摘要 ( 214 ) PDF全文 ( 84 )   可视化   收藏

  螺旋桨脉动力是引起轴系—壳体振动的主要因素。基于频域模型，研究轴—壳系统耦合振动特性及参数影响，从原理上分析在推进轴系上施加控制力来抑制耦合系统振动的控制方法，并讨论基于自适应前馈控制策略的主动控制方案。采用自适应对消及归一化最小均方算法，在轴上施加纵向控制力，实时抵消脉动推力，降低轴系纵向振动，由此抑制由于轴系振动所引起的壳体振动。仿真结果表明：控制力施加位置对控制效果影响很小，不同轴承刚度对控制力大小的需求不同，刚度较小时误差收敛速度较慢，刚度达到一定程度以后收敛速度不变。通过轴—壳体试验系统对原理分析进行验证，结果也表明推力轴承刚度对轴系纵振频率的影响，所提出的控制方法能够有效地抑制壳体振动。
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  面接触条件下织构表面摩擦特性研究

  李媛;刘小君;张彦;刘焜

  . 2012, 48(19): 109-115.

  摘要 ( 88 ) PDF全文 ( 121 )   可视化   收藏

  为研究织构表面对面接触摩擦副摩擦特性的影响，设计和制造4个表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28% 的试件，选用HDM20端面摩擦磨损试验机，针对油润滑和脂润滑两种润滑剂，在不同载荷、转速等工况和不同摩擦副配对材料等条件下进行了试验研究，探讨表面形貌对摩擦特性的影响规律，并使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量，采用ISO25178定义的体积参数和连通性系数对三维表面形貌进行表征，从而得出表面体积参数及连通性系数与摩擦因数的关系。结果表明：在油润滑条件下表面形貌的微观结构特性对摩擦的影响要比脂润滑条件下的更显著；在钢对铜摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化比较复杂，在钢对钢摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化相对平稳；在不同的条件下，最优的表面微观结构特性也不同；将连通性系数和体积参数结合起来对表面形貌进行表征将更有利于表面微观结构特性的摩擦学设计。
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  螺旋槽干气密封性能参数的测试技术及试验研究

  俞树荣;曹兴岩;丁雪兴;张伟政;韩明君

  . 2012, 48(19): 116-121.

  摘要 ( 142 ) PDF全文 ( 79 )   可视化   收藏

  由于干气密封端面间隙仅为3~5 μm，因而对端面流场气膜参数及其位移变化量的测试技术是个难点，同时也是研究干气密封系统稳定运行的关键点。基于Labview测试系统软件平台，通过编写测试程序建立干气密封端面参数测试系统，确定相应的测试技术，选用合适的传感器等硬件设备，采用必要的抗干扰措施，对影响端面密封性能的参数(泄漏量、功耗、膜压)和端面稳定性参数(膜厚及振动位移)进行测试，研究不同工况下压力和转速对端面参数的影响。试验表明：气膜压力、气膜厚度、泄漏量、功耗随着压力和转速的升高而增大；气膜和静环的位移量随着压力和转速的增加而减小；气膜的振动幅值很微小，特例中仅为0.04～0.16 μm，，说明静环追随动环性能较好；同时，气膜刚度随着压力和转速的升高而增加，反映出高压力、高转速下干气密封能够稳定运行。
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  轴向磁化双环嵌套磁场的解析模型及其应用

  黄文杰;左洪福;王瑞凯

  . 2012, 48(19): 122-127.

  摘要 ( 174 ) PDF全文 ( 81 )   可视化   收藏

  以在线式全流量可视铁谱仪为背景，对静磁场的磁路进行设计，采用轴向充磁，双环异极嵌套的安装方式，两环间隙用不导磁材料做成的圆环作为衬套，并从磁荷模型出发，利用标量磁位法，并引入广义二项式定理分别对同心双环嵌套磁体、偏心双环嵌套磁体产生的磁感应强度进行解析计算，通过对比磁感应强度的理论值和实际测量值发现解析表达式很好地反映出静磁场的磁感应强度分布规律，并对误差进行分析。同时，通过对比这两种磁体的磁感应强度的分布，选择合适的静磁场以满足在线式全流量可视铁谱仪在润滑油高流速条件下有效吸附铁磁颗粒的要求。在此基础上，将所设计的静磁场应用到某新型涡喷航空发动机性能监测中,对监测到的磨粒进行分析，分析结果间接验证所设计的静磁场在润滑油高流速条件下吸附铁磁颗粒的有效性。
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  渗氮GCr15钢在含氮硼酸酯添加剂润滑油作用下的摩擦学性能

  王松;岳文;王成彪;高晓成;卜宏利;刘家浚

  . 2012, 48(19): 128-133.

  摘要 ( 100 ) PDF全文 ( 127 )   可视化   收藏

  针对提高滚动轴承使用寿命的问题，提出离子渗氮处理与添加剂结合的解决办法。用等离子渗氮炉在GCr15轴承钢表面制备了渗氮层，并用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM )、X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)和显微硬度计观测了渗层的形貌、相结构和硬度变化。利用四球摩擦磨损试验机对比考察渗氮钢和未渗氮钢在含氮硼酸酯润滑条件下的摩擦学性能，并用X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscope, XPS)分析摩擦反应膜的成分与化学结合态。结果表明，渗氮层与润滑油添加剂之间发生了意想不到的良好交互作用，渗氮钢在质量分数为1.25%氮硼酸酯的润滑条件下表现出最低的摩擦因数和磨斑直径，比未渗氮钢分别降低了34%和45%；分析证明，渗氮层的摩擦表面生成了高BN质量分数的摩擦反应膜是获得优异摩擦学性能的主要原因，而在未渗氮钢摩擦表面未检测到BN。
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  海底犁式挖沟机犁体建模及土壤裂解研究

  宫含洋;王立权;邢晓冬;弓海霞

  . 2012, 48(19): 134-140.

  摘要 ( 154 ) PDF全文 ( 57 )   可视化   收藏

  海底犁式挖沟机犁体工作面的结构直接影响挖掘效率及牵引力大小，对犁体工作面进行数学建模分析及挖掘机理研究具有重要的理论指导和工程实践价值。利用空间平面及水平直元线法建立犁体主切削面和翻抛曲面方程，根据翻抛土壤能量最小方向得到土迹线方程，基于犁体工作面土壤运动机理建立土壤裂解和翻抛的动力学方程，据此确定了牵引力的理论计算方法。数值仿真计算表明，翻抛曲面曲率影响土壤翻抛的法向力及切向力，牵引速度的变化对土壤翻抛的切向力影响较大；影响主切削面受力的主要因素包括土壤粘聚力和内摩擦角，且随着粘聚力与内摩擦角增加，后者对主切削面受力影响较大。海底犁式挖沟机试验样机的陆地试验结果与理论计算结果基本吻合，例如当沟深为0.8 m时，实测牵引力与理论值的相对误差为3%，试验结果验证了所建立的犁体牵引力的理论计算方法的可行性。该研究可以有效预测海底犁式挖沟机工程样机的牵引力，进而为工程样机的设计及海试等提供理论和技术参考。
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  基于活动标架理论的加工目标曲面再设计及刀位计算

  王永青;刘海波;贾振元;陶冶

  . 2012, 48(19): 141-147.

  摘要 ( 93 ) PDF全文 ( 85 )   可视化   收藏

  为解决大型低刚度复杂曲面零件精度难以保证的加工难题，针对精加工目标曲面几何面形未知、随机形变误差远大于设计公差的实际加工特征，研究基于E.Carten活动标架理论的加工目标曲面再设计正向建模技术，以及以参考廓形及几何参数实测数据为依据的刀位点计算方法。在分析了可测参考面、加工基准面及加工目标面空间位姿关系的基础上，根据物理或几何约束要求，采用数字化手段再设计出精加工目标曲面，并利用曲面模型重新计算曲面加工刀位点。通过某型号液体火箭发动机变壁厚喷管冷却通道的加工试验验证，表明所提出的再设计数字化加工方法满足这类高物理性能和高几何精度曲面零件的加工精度要求。
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  某型号固体火箭发动机推力矢量控制系统接触承载性能分析

  刘文芝;黄科;武建新;滕人超;赵永忠

  . 2012, 48(19): 148-155.

  摘要 ( 180 ) PDF全文 ( 129 )   可视化   收藏

  某型号固体火箭发动机推力矢量控制系统的结构设计，必须保证在承受极端工作载荷时，喷管不能有大的轴向位移，阴、阳球与滚动体间具有一定的接触强度，同时不产生过量的塑性变形，属于复杂结构在复杂载荷作用下的弹塑性摩擦接触问题，无法解析计算且无法试验测量。为解决决定系统结构设计和功能发挥的接触承载性能这一关键问题，模拟系统冷试车试验，充分考虑材料表面强化层，建立各构件间的弹塑性摩擦接触模型。基于计算精度高的三维摩擦接触问题的Lagrange乘子法，解决了与弹塑性耦合的有限元计算问题。计算分析喷管位移，阴球、阳球与滚动体间的接触应力、摩擦应力、变形分布及材料破坏机理。通过与冷试车试验结果的对比分析，检验系统接触承载性能、有限元法及结果的正确性。为该型号推力矢量控制系统的设计提供一种更为高效、精确的计算方法。
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  火炮冲击缓冲装置动态特性影响仿真分析与改进方法

  贾长治;杜秀菊;刘广生;康海英

  . 2012, 48(19): 156-162.

  摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 91 )   可视化   收藏

  冲击缓冲装置是火炮系统的核心部件，其性能的优劣对于整个火炮系统具有至关重要的作用。通过构建反映火炮冲击缓冲装置工作状况的虚拟样机，引入相对灵敏度分析方法研究设计参数对冲击缓冲装置动态特性指标的影响显著程度，解决了不同量纲设计参数的影响比较难题。基于指标无标度方法建立火炮冲击缓冲装置动态特性评估模型，给出指标薄弱度的定义和相关概念，提出冲击缓冲装置动态特性薄弱环节的确定方法，仿真算例及改进结果说明了该方法的有效性和虚拟样机技术的优越性。展望虚拟样机在武器装备工程研究领域应用的前景。
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  土壤浅深松联合松耕机设计和浅松土试验

  杨有刚;张宏;冯涛;林前国;薛铭哲;李峥;贺卫;米晓

  . 2012, 48(19): 163-168.

  摘要 ( 199 ) PDF全文 ( 53 )   可视化   收藏

  在保护性耕作条件下，为了使浅松作业不搅乱上下土层，降低对土壤的扰动，提供理想的种床，增加施水播种灌水下渗深度，减少水份蒸发和覆膜施水播种的白色污染，并增加土壤深松深度，减少机具进地次数，设计一种具有往复插土式浅松功能，还可进行土壤深松作业的浅深松联合松耕机。设计浅松刀具结构，建立刀具可靠工作的绝对运动数学模型。经试验知：若土壤浅松后碎土系数大于90%，土壤堆密度小于1.22 g/cm3，上下土层不被搅乱，且玉米施水播种时，水入渗深度比普通旋耕法对应值至少增加19.3%，则刀具前后两次合理的切土距离应小于30 mm。
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  极端重载切削条件下的刀-屑粘结失效

  程耀楠;刘献礼;李振加;刘利;王海婷

  . 2012, 48(19): 169-176.

  摘要 ( 102701 ) PDF全文 ( 165 )   可视化   收藏

  以筒节材料2.25Cr-1Mo-0.25V钢切削试验为基础，研究极端重型切削过程中刀-屑粘结失效问题，为实际生产过程中避免刀具粘结失效提供理论依据。分析极端重型车削过程变载荷波动特性；在仿真分析和试验分析的基础上，进而研究波动温度和机械载荷对刀具表层强度的影响，进行刀-屑粘结失效分析；进行综合理论分析，确立极端重载切削条件下刀-屑粘结发生的理论判据，并结合试验测试数据进行验证分析；从技术手段和工艺参数优化方面，提出刀-屑粘结预防措施。研究结果表明，切削区域的波动热-机械耦合冲击是引起刀-屑粘结失效产生的主要因素，且粘结程度与刀具和工件材料接触区域的应力大小有关。
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  软性磨粒流双入口约束流场数值分析及加工试验研究

  计时鸣;付有志;谭大鹏

  . 2012, 48(19): 177-185.

  摘要 ( 122 ) PDF全文 ( 123 )   可视化   收藏

  针对软性磨粒流精密加工中单入口加工装置加工不均匀问题，提出一种基于流体碰撞理论的双入口加工新方法。借助计算流体力学软件，结合剪切输运(Shear stress transport, SST) k-ω湍流模型及Mixture混合模型，分析两种加工装置内磨粒流动力学特性，数值模拟结果显示：单入口加工装置内磨粒流流场固定分布，双入口加工装置内磨粒流流场呈现周期性摆动，提高约束流道内磨粒流流动无序性。加工试验进行35 h后，单入口加工装置加工工件表面粗糙度Ra值分散，工件表面存在严重加工不均匀性；双入口加工装置工件表面各处粗糙度Ra集中且各方向粗糙度值均小于单入口加工装置，表面加工效果均匀。上述研究结果表明：双入口加工装置有效地扰乱约束流道内磨粒流流场，提高磨粒流流动的无序性，改善表面加工质量。
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  预应力切削镍基高温合金的试验研究

  彭锐涛;廖妙;谭援强;刘雄伟

  . 2012, 48(19): 186-191.

  摘要 ( 101 ) PDF全文 ( 57 )   可视化   收藏

  针对镍基高温合金在切削后加工表面分布严重的残余拉应力等问题，提出采用预应力切削方法，以实现在加工过程中主动控制加工表面残余应力分布状态；通过研制轴类零件的车床专用预拉伸装置，在0 MPa、150 MPa和300 MPa三种预应力条件下对高温合金轴件进行预拉伸处理；通过硬质合金刀具预应力切削镍基高温合金的对比试验，对三种预应力条件下的切削力、切屑形态以及表面完整性包括已加工表面残余应力、加工表面粗糙度、表面形貌和显微硬度等指标进行对比。结果表明：在一定范围内，采用预应力切削方法可省去加工后续的残余应力调整工序，并能在加工表面获得合适的残余压应力；残余压应力的值可通过调整施加的预应力大小来进行主动控制；与普通切削相比，预应力切削可得到均匀的锯齿形切屑，切削力没有显著增加；预应力切削可获得良好的表面完整性，且不会引来额外的加工硬化。
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  螺杆压缩机转子成形砂轮刃形计算

  吴宝海;张娟;杨建华;张定华

  . 2012, 48(19): 192-198.

  摘要 ( 102 ) PDF全文 ( 99 )   可视化   收藏

  针对给出任意转子型线时转子齿面加工的成形砂轮刃形设计，利用螺杆转子加工过程中转子和砂轮的相对位置关系，通过对转子型线坐标系的旋转变换，建立空间转子坐标系和成形砂轮坐标系之间的几何映射关系；基于啮合原理，建立转子齿面与成形砂轮的接触线方程，并给出解析和离散两种转子型线表达方式的刃形求解方法。在此基础上，根据转子砂轮之间的设计间隙，通过对接触线沿转子齿面法向进行偏置，获得了修整后的砂轮等距齿面刃形，避免了传统修整方法导致的法向齿间间隙不均等问题。加工结果表明，该方法能够满足螺杆转子的加工精度要求，是一种有效的螺杆转子齿面成形砂轮的刃形设计方法，并可推广应用于其他螺旋面成形砂轮或盘形铣刀的刃形设计。