机械工程学报

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秦大同;周志刚;杨军;陈会涛

. 2012, 48(3): 1-8.

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运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines, SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型，根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励，建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型，并对动力学模型进行仿真计算，分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础，将载荷作用过程视为随机过程，推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型，利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标，并计算出动态可靠度，研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律，为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。

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6R操作臂逆运动学分析与轨迹规划

刘亚军;黄田

. 2012, 48(3): 9-15.

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提出一种依赖初始位形的6R串联操作臂运动学逆解模型与轨迹规划方法。以折叠状态下6R串联操作臂各关节轴线方向单位矢量和位置矢量为基础，运用旋量理论与指数积方法建立该操作臂在初始状态下的运动学模型，以解析法得到该操作臂的16组运动学逆解，通过规划末端执行器在全局坐标系下的位置和姿态运动轨迹，应用运动学逆解得到各关节的运动轨迹。仿真结果表明该操作臂运动学模型、逆解方法与轨迹规划结果正确。该方法建立的6R串联操作臂运动学模型及逆解方法具有建模简单、易于求解、便于轨迹规划等优点。

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安装误差对封闭差动人字齿轮传动系统动态均载特性的影响

朱增宝;朱如鹏;李应生;陈营利;朱振荣

. 2012, 48(3): 16-24.

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通过坐标变换推导出封闭差动人字齿轮传动系统各齿轮安装误差沿啮合线等效位移公式；基于集中参数理论，建立采用中间浮动构件的该型传动动力学模型；通过计算系统两级内外啮合均载系数，获得各齿轮安装误差与系统两级内外啮合均载系数关系曲线，进而分析齿轮安装误差对系统均载特性的影响。研究结果表明：在齿轮安装误差作用下，差动级均载系数大于封闭级；差动级内/外啮合均载系数随差动级内齿轮/太阳轮安装误差增加而增大，差动级内齿轮/太阳轮安装误差对差动级外/内啮合均载系数影响很小；封闭级均载系数随封闭级内齿轮安装误差增加而增大，封闭级太阳轮安装误差对封闭级均载系数影响很小；行星轮/星轮安装误差对差动级/封闭级均载系数影响很小；差动级均载系数对差动级中心轮安装误差位置角不敏感，封闭级中心轮安装误差位置角对封闭级均载系数影响较大。

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软体机器人研究现状综述

曹玉君;尚建忠;梁科山;范大鹏;马东玺;唐力

. 2012, 48(3): 25-33.

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软体机器人由柔韧性材料制成，可在大范围内任意改变自身形状、尺寸在侦察、探测、救援及医疗等领域都有广阔的应用前景。综述软体机器人结构类型、驱动方式、物理建模技术和加工制造方法等问题。其结构模仿生物的静水骨骼结构和肌肉性静水骨骼结构，采用形状记忆合金、气动、电活性聚合物等物理驱动方式或将化学能转化为机械能的化学驱动方式。软体机器人建模困难，主要采用试验分析或使用超冗余度机器人建模方法近似研究。制造中的问题包括柔性本体制造、柔性致动器制造以及可伸展电路的制造，采用形状沉积、激光压印、智能微结构等新型制造工艺。软体机器人是一种全新的机器人，对它的研究刚刚起步，涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科，从材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究。

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一种弧齿锥齿轮安装误差变动范围的确定方法

刘光磊;张瑞庭;赵宁;江平

. 2012, 48(3): 34-40.

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提出一种接触印痕位置参数分析法，用于确定弧齿锥齿轮安装误差的可变动范围。根据设计要求的啮合性能，采用局部综合法，设计弧齿锥齿轮加工参数，得到弧齿锥齿轮副齿面。在齿面参考点处的压入深度为0.006 35 mm的条件下，计算小轮驱动力矩。在此力矩作用下，进行安装误差状态下的轮齿加载接触分析(Loaded tooth contact analysis, LTCA)，获得描述承载齿面接触印痕的位置参数。以接触印痕边界点到齿面边界的距离为设计目标，分别以不同类型的单因素安装误差为设计变量，采用优化设计方法确定接触印痕在齿面有效边界内变动时，对应的安装误差的变动范围。以某航空发动机附件传动系统中的弧齿锥齿轮为对象，依据上述方法，确定出不同类型安装误差的可变动范围，验证上述方法的有效性。所提出的方法为合理确定弧齿锥齿轮副安装误差的变动范围提供一种参考。

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关节驱动柔性臂非最小相位系统的全局终端滑模控制

褚明;贾庆轩;叶平;孙汉旭

. 2012, 48(3): 41-49.

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研究关节驱动柔性臂这一非最小相位系统的点对点定位与振动抑制问题。基于闭环动力学原理，将伺服反馈约束理论与Rayleigh-Ritz法相结合，建立耦合关节控制器动力特性的柔性臂振动偏微分方程，由此证明柔性臂实现点对点定位的同时进行振动抑制的可行性。采用微分几何输入/输出线性化方法重新定义观测输出，在新坐标系下将原系统分解为输入/输出子系统和内部子系统，并导出零动力学方程。设计一种全局终端滑模控制器，不仅使输入/输出子系统在有限时间内快速收敛至零，而且避免了常规滑模控制的抖振问题，利用极点配置法设计零动态子系统的控制器参数使整个系统Lyapunov稳定，通过数值仿真验证了所设计控制策略的有效性。设计并建立试验平台，试验结果表明仅以关节处的驱动电机为作动器可同时实现柔性臂系统的点对点定位与快速振动抑制。

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一种典型DDS锻造操作机运动学分析

许允斗;姚建涛;赵永生

. 2012, 48(3): 50-56.

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锻造操作机的运动学分析是实现操作机运动控制的基础，鉴于大部分学者仅对典型DANGO & DIENENTHAL(DDS)锻造操作机的主运动机构进行运动学分析，对一种典型DDS锻造操作机的整体机构进行运动学分析。该整体机构是由一个平行四杆机构和一个并联机构组成的串并联形式的混联机构。采用修正的Grübler-Kutzbach公式计算其中并联机构的自由度，计算结果表明并联机构的自由度数多于其主动输入数，所以该并联机构的运动无法直接确定。究其原因是机构中4S闭环的侧摆运动规律不唯一，因此对4S闭环的侧摆运动进行优化分析，利用旋转相似变换得到4S闭环侧摆后其输出件的姿态可用yzy欧拉角描述，从而确定该并联机构的运动。采用yzyy欧拉角描述钳杆的姿态，使得前三个姿态角恰好为4S闭环发生侧摆后其输出件的姿态角，从而很容易地建立该操作机整体机构主动输入与钳杆位姿之间的位置关系。在此基础上对该操作机整体机构进行速度分析，并用ADAMS软件对位置分析和速度分析进行仿真验证。

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渐开弧面齿轮的形成原理及数学模型

陈兵奎;李海翔

. 2012, 48(3): 57-62.

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结合传统渐开线齿轮与圆弧齿轮优点，提出一种新型的渐开弧面齿轮传动。定义了渐开弧面齿轮的概念，即分别在主从动齿轮的渐开线齿廓上选取两条相对应啮合的单值曲线，在两条曲线上的任意点分别用凸凹圆弧替代渐开线齿廓形成新的齿廓。根据微分几何基本原理，运用坐标变换法推导渐开弧面齿轮传动的齿面方程。讨论渐开弧面齿轮的中心距可分性，分析表明即使中心距发生改变，只要一对齿轮齿廓能够啮合传动，就仍能保持良好的传动性能。根据实例的具体参数，建立一对渐开弧面齿轮啮合的三维实体模型。研究结果为进一步开展渐开弧面齿轮传动研究提供了理论基础，对后续齿轮的设计、加工等有很大的参考价值。

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基于快速扩展随机树的7R机械臂避障达点运动规划

谢碧云;赵京;刘宇

. 2012, 48(3): 63-69.

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基于单树随机树搜索算法(Single directional rapidly-exploring random tree, single-RRT)和双树随机树搜索算法(Bi-directional rapidly-exploring random tree, bi-RRT)，对7R机械臂的避障达点运动规划展开系统研究。基于single-RRT算法进行避障达点运动的数值仿真和实物样机试验。提出一种新的bi-RRT算法，结合末端姿态调整和关节自运动来生成目标树。并利用7R机械臂的解析逆解，生成目标位形。传统的bi-RRT算法只给定了一个目标位形，而新算法中目标点树根是由一群目标位形组成。在给定的障碍物环境中，机器人自动选择某一合适的位形作为目标节点来引导搜索树最有效地生长。通过数值仿真，验证该方法的优越性。利用Matlab和C++的混合编程和OpenGL开发了7R机械臂避障达点运动规划仿真软件。利用该软件，对基于bi-RRT的7R机械臂避障达点运动规划进行虚拟样机的试验研究。

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运动链拓扑胚图的同构判断

丁玲;路懿;崔维

. 2012, 48(3): 70-74.

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平面并联机构基于胚图的综合方法中，拓扑胚图的同构判断是关键的环节。针对不含二元杆的运动链拓扑胚图，解决它们之间的同构判断问题。运动链的拓扑胚图与拓扑图相比有着独特的个性，由于在支链上没有二元点，所以图的顶点之间的关系主要是顶点之间的相对位置。根据拓扑胚图的特性，从关于图的邻接矩阵的经典理论出发，建立图的任意顶点之间的路径数矩阵，将路径数矩阵的元素按照一定规则排列成路径数组。论证了拓扑胚图同构的条件。在度序列和一阶路径数组相等的前提下，利用二阶路径数组来判断拓扑胚图是否同构。举实例说明判断过程及具体应用。拓扑胚图同构判断问题的解决不仅为基于胚图的型综合奠定了基础，而且对于某些运动链拓扑图的同构判断也具有普遍意义。

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含间隙平面连杆机构运动精度的稳健优化设计

郭惠昕;岳文辉

. 2012, 48(3): 75-81.

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考虑杆长制造误差和运动副间隙的影响，提出一种平面连杆机构的稳健设计方法。对运动副间隙引起的回转副偏心距及其对平面机构位姿的影响进行分析，用位置矢量方程描述考虑运动副间隙后平面机构的位姿。根据构件两端回转副要素的实际结构，把构件分成两孔型、孔销型、两销型三种类型。把回转副偏心距的大小及其方向视为两个随机变量，建立三种相应的有效杆长计算模型。采用复数矢量法，推导出三种有效杆长计算公式。对所建立的有效杆长计算模型的计算精度进行数值仿真，结果表明其计算精度可满足工程设计要求。基于所建立的有效杆长计算模型，给出再现函数的曲柄滑块机构的稳健优化设计实例，验证了文中方法的有效性和实用性。

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空间润滑谐波减速器传动性能正交试验分析

李波

. 2012, 48(3): 82-87.

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选用XB1-60-150型谐波减速器，采用多因素正交设计法开展了谐波减速器热真空循环试验，选择传动效率作为传动性能的评价指标，考察环境温度、负载、润滑方式和工作时间等因素对谐波减速器传动性能的影响敏感性；研究额定载荷条件下固体润滑和脂润滑谐波减速器在宽温度范围内的传动性能，探讨传动效率与环境温度、工作时间的关系；在波发生器运行总次数1.5×105 r后，利用光学显微镜观察了试验后谐波减速器柔轮工作面状态。结果表明，温度是影响空间润滑谐波减速器传动性能的重要因素，润滑和负载影响次之，时间最小；在–40～60 ℃温度范围内，脂润滑谐波减速器表现出较高的传动效率，固体润滑谐波减速器则表现出较稳定的传动性能；试验后两种润滑状态谐波减速器在柔轮齿面和内壁处均呈现明显的滑动磨痕现象。

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机床—主轴耦合系统动力学建模与模型修正

曹宏瑞;何正嘉

. 2012, 48(3): 88-94.

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复杂精密零件的加工对机床装备的性能不断提出新的挑战。为了保证零件加工精度，有必要在设计阶段对机床整机的动态特性进行精确预测和评估。以机床主轴系统为研究对象，介绍一种机床—主轴系统耦合动力学模型，并指出该模型中存在结合面动态特性参数的辨识问题。为了修正该耦合模型，提出一种基于频率响应函数的有限元模型修正技术。采用包含平动自由度(Degree of freedom, DOF)，转动DOF以及平动与转动耦合DOF的刚度矩阵来描述结合面的动态特性，通过测量结合面处的动态响应数据，辨识出高速主轴与机床之间结合面的刚度参数，从而达到模型修正的目的。试验结果表明，修正后的机床—主轴耦合模型反映出了机床结构对主轴动态特性的影响，能较好地预测主轴安装到机床上以后的动态特性，从而为高性能机床的数字化设计与制造提供理论依据。

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基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的齿轮故障诊断

陈向民;于德介;罗洁思

. 2012, 48(3): 95-101.

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为从变转速齿轮箱振动信号中提取齿轮故障特征，提出基于线调频小波路径追踪的阶比循环平稳解调方法。该方法利用线调频小波路径追踪算法估计振动信号中的转速信号，根据转速信号对信号进行等角度采样，获取角域周期平稳信号,求取角域信号的循环自相关函数，在特征循环阶比处对循环自相关函数进行切片，并对切片进行解调分析得到切片解调谱，依据切片解调谱进行齿轮故障诊断。由于线调频小波路径追踪算法具有精度高和抗噪能力强的优点，而循环平稳解调算法可以有效提取淹没在噪声中的周期性故障特征，因而，该方法结合了二者的优点，适合于变转速齿轮信号的故障特征提取。算法仿真和应用实例表明，该方法能有效地提取变转速齿轮箱振动信号中的齿轮故障特征。

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基于非线性复杂测度的往复压缩机故障诊断

唐友福;刘树林;刘颖慧;姜锐红

. 2012, 48(3): 102-107.

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往复压缩机以多源非线性冲击振动信号为主，应用传统方法难以从振动信号中提取故障特征，为此提出一种基于非线性复杂测度的往复压缩机故障诊断方法。以气阀正常、阀片有缺口、阀片断裂及弹簧损坏4种状态下往复压缩机气阀振动信号为分析数据，在小波阈值降噪处理的基础上，采用均值符号化方法计算信号的归一化Lempel-Ziv复杂度(Lempel-Ziv complexity, LZC)指标，分别给出各状态相应的LZC特征区间，利用BP人工神经网络对各状态信号的有效值特征、功率谱能量特征及LZC特征分别进行训练和测试，结果表明LZC更能准确区分不同状态的往复压缩机气阀故障，为往复压缩机故障诊断和维修决策提供了一种有效方法。

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多锤联动系统的振动耦合理论及试验研究

来鑫;乌建中;王伟达;阮博

. 2012, 48(3): 108-114.

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针对多锤联动时出现耦合问题，对“锤—桩—土”系统进行合理简化，在此基础上以两台桩锤联动为对象建立打桩过程中的动力学数学模型，并由此构建系统的机电耦合方程，然后利用小参数周期平均法对机电耦合过程中电动机的负载转矩进行近似解析，得出系统运行过程中电动机负载转矩的影响因素、平衡方程及机电耦合强度表达式，揭示系统出现耦合现象的机理。利用Matlab/Simulink建立仿真模型并对系统机电耦合过程进行数值仿真，得到系统在不同电动机转速、初始相位差及土壤参数下的机电耦合过程及基本规律。最后通过实际打桩试验验证数学模型、理论推导及仿真结果的正确性。这些结论为电控联动方式的控制策略制定提供理论依据，也为机械联动结构设计及“机械—电控”复合联动方式的工程应用提供参考。

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冲蚀与空蚀交互磨损三相流场仿真与试验研究

庞佑霞;唐勇;梁亮;朱宗铭;许焰;刘厚才;李彬

. 2012, 48(3): 115-120.

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基于计算流体力学方法，数值研究在模拟水轮机工况下，冲蚀与空蚀交互作用时，试件表面上汽液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、汽相体积比分布)，然后在转盘式磨损装置上，进行汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验，并对试件微观形貌进行分析。结果表明：数值分析得到试件表面最小和最大压力值、气泡速度最大值和汽相比例最大值均出现在空化孔附近，其他位置基本不变，说明空化孔附近交互磨损比单一空蚀磨损严重。就某一空化孔而言，顺着转盘旋转方向的孔边某一夹角展开区域汽相比例较大，并且出现最小和最大压力；从试件微观磨痕分析，其上存在短程犁沟和空蚀孔，磨痕呈现规律性。仿真的气泡轨迹和试件磨痕基本一致，数值计算结果和试验结果吻合得较好，从而证明了数值分析的正确性和合理性。上述数值仿真为揭示流体机械过流部件冲蚀与空蚀交互作用磨损机理奠定了基础。

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基于有限差分法对不同润滑介质下静压气体轴颈轴承性能研究

王学敏;杜建军;李姗姗

. 2012, 48(3): 121-127.

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利用有限差分方法编写一套可以用于分析动静压气体轴承性能的计算程序，并通过已有算例和试验验证本程序计算结果的可靠性。对不同润滑介质下静压轴颈轴承气体消耗量进行研究发现，不同分子量润滑介质下气体消耗量随偏心率变化表现出不同的变化规律，小分子润滑介质下气体消耗量与偏心率成正比，而大分子润滑介质下气体消耗量与偏心率成反比，并且此规律与节流小孔类型无关，小孔节流轴颈轴承气体消耗量大于环面节流类型轴颈轴承。相同供气压力和偏心率情况下，小分子润滑介质小孔节流轴颈轴承承载能力比环面节流类型轴承承载能力小，大分子润滑介质下正好相反。本程序方法为后来对俄罗斯油—气混合低温氦透平膨胀机气体轴承端改造奠定了理论基础。

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人工关节材料生物摩擦声学测试研究

华子恺;桑仁政;张建华

. 2012, 48(3): 128-132.

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硬相对硬相人工关节因其低磨损率的特点，更为适用于日常活动量较大的年轻患者群体。而在该类关节的术后随访中发现，伴随人体的运动，一部分人工关节会由于摩擦而产生异样噪声，临床发生率为0.7%～20.9%。该现象成因复杂，涉及材料摩擦磨损、不良润滑、人工关节失配以及边缘载荷等因素。针对硬相人工关节在服役中的异响问题，提出生物摩擦学与声学交叉研究方法，建立了人工关节材料的生物摩擦声学测试系统，主要包括人工关节材料摩擦学测试装置、类消声室、以及声压信号测试采集系统，能够实现人工关节材料摩擦学与声学参数的在线测量。基于该系统试验研究ZrO2陶瓷关节材料在去离子水与仿生关节滑液润滑状态下的摩擦声学表现，发现在仿生关节液下得到较好的润滑，存在薄膜润滑情况，摩擦表面呈抛光迹象，声压及声功率值均小于去离子水润滑条件下，且与摩擦因数有较好吻合，异响频率与临床发现更为接近。通过该系统的建立与试验验证，初步探索了人工关节材料的生物摩擦声学的测试方法。

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双曲肘连杆式合模装置数字样机刚柔耦合问题求解方法

任彬;张树有;谭建荣

. 2012, 48(3): 133-139.

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目前精密塑料注射成型装备的数字样机广泛采用多刚体动力学系统，没有考虑机构运动过程中构件的内应力大小和分布情况，难以求解大位移的合模运动与小位移的结构变形的相互耦合问题。针对精密塑料注射成型装备复杂的动力学特性，建立双曲肘连杆式合模装置数字样机，并在此基础上柔性化处理拉杆、十字头连杆、前肘杆、销轴等关键零部件，获得拉杆的前22阶模态。在合模装置数字样机的仿真分析中，十字头连杆起动过程出现速度拐点，需要考虑十字头连杆的弹性变形。对双曲肘连杆式合模装置数字样机进行刚柔耦合动力学分析，通过中心差分法，求解合模装置数字样机起动过程中十字头连杆的弹性变形，为精密塑料注射成型装备新产品的开发提供了可借鉴的方法。

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五轴数控加工中旋转轴运动引起的非线性误差分析及控制

杨旭静;周元生;陈泽忠;王伏林

. 2012, 48(3): 140-146.

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五轴数控(Computer numerical control, CNC)加工中，刀具路径规划阶段与实际加工阶段对旋转轴运动采用的插补方式存在差异，其中刀具路径规划阶段是根据零件的几何信息进行插补，而实际加工中则根据机床信息进行插补，这种差异将引起原理性加工误差。针对五轴数控加工中旋转轴的运动，分析采用线性插补方式控制两个旋转轴进行加工时刀具姿态变化引起的原理性误差，进一步研究不同加工情况下由此产生的在垂直于走刀方向的平面内的非线性误差。通过分析旋转轴运动过程中线性插补引起的刀轴偏差角，证明刀具在相邻两刀位点运动过程的中间时刻处刀轴偏差角取得最大值，并得到由该最大值的显式表达式，在此基础上分析最大偏差角的影响因素。提出通过限制相邻两刀位点间刀轴夹角来控制此非线性误差的方法，并给出实例验证。

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球笼式万向节钢球运动分析与仿真

齐朝晖;王刚;张志刚

. 2012, 48(3): 147-153.

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钢球是球笼式万向节的核心部件之一，它的运动规律对万向节的功能有至关重要的影响。证明钢球球心的内外轨道一定是相交的，在此基础上给出钢球在内外轨道约束下的运动学微分方程，利用所得结果严格证明球笼式万向节的等速性。通过求解钢球运动，对钢球相对于星形套、钟形壳以及球笼的运动进行运动学仿真。仿真结果揭示钢球运动的共性特征：全部钢球都分布在一个以内外轨道中心连线中点为圆心的圆上，钢球在分布圆上的方位角变化率在输入角速度数值附近周期性变化，且各不相等；钢球相对内外轨道的弧线位移大小相等、方向相反；钢球相对球笼槽中心存在沿径向和切向位移，相对位移均随时间周期性变化。研究结果为球笼式万向节的设计提供了参考。

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非正态分布的连续体结构可靠性拓扑优化设计

李景奎;张义民

. 2012, 48(3): 154-158.

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由于具有不确定性参数的连续体结构普遍存在，因此研究不确定性参数连续体结构的可靠性拓扑优化问题具有十分重要的意义。在基本随机变量前四阶矩已知的情况下，利用四阶矩技术以及有限元方法求解连续体结构的可靠度，对隐式的可靠度约束进行显式化处理。将连续体的拓扑优化设计视为一种对单元的模式识别，将模式识别领域的K邻近方法引入到连续体结构拓扑优化设计领域，以结构的单元应力作为识别的变量，利用应力的欧拉距离作为判别的标准，对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过数值算例与确定性设计结果进行对比，结果表明，考虑了可靠度影响的拓扑优化结果要优于确定性参数的优化结果，同时表明该计算方法是可行的。

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基于变幅油缸油压的汽车起重机防倾翻检测方法

王伟;魏洪兴;甄彧

. 2012, 48(3): 159-164.

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倾翻是汽车起重机最为严重的安全事故之一，为防止汽车起重机倾翻事故的发生，建立合理有效的防倾翻安全检测方法具有重要意义。针对传统力矩限制器未考虑随汽车起重机工作方位(转台回转角度)变化汽车起重机本身抗倾翻力矩能力不同的问题，通过力矩分析分别建立起变幅油缸最大允许油压Fmax与相应的起重臂长度L、变幅角度β、转台回转角度α的关系模型Fmax=fmax(α, β, L)，并建立起汽车起重机最大允许吊重Gmax和L、β、α的关系模型Gmax=gmax(α, β, L)；基于Fmax=fmax(α, β, L)和Gmax=gmax(α, β, L)两模型分别给出相应的防倾翻安全检测方法；针对起重机几种不同典型工况，以Gmax模型为例进行仿真分析，通过安装相应传感器并以所建防倾翻理论模型为基础构建防倾翻监控器，试验验证结果表明，最大允许吊重理论值与试验检测值基本一致，两者间决定系数R2=0.93。

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多约束状态下重载机械式主轴有限元建模及模态分析

蔡力钢;马仕明;赵永胜;刘志峰;杨文通

. 2012, 48(3): 165-173.

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重载机械式主轴是重型数控(Computer numerical control, CNC)机床摆角铣头的关键功能部件，具有大功率、大扭矩特点，用于加工大型复杂曲面零件。其有限元建模及模态分析的准确性是主轴进一步动力学分析的基础。基于Timoshenko梁理论建立重载机械式主轴的运动方程，采用有限元法得到主轴的矩阵形式的动力学方程；在有限元软件中分别以实体单元和梁单元对主轴进行有限元建模，对轴承以Combin14弹簧单元建模，并以自由模态和实际工况约束条件下进行重载机械式主轴的模态分析；根据轴承型号计算轴承的径向刚度，作为重载主轴模态分析中弹簧单元的刚度参数；进行主轴锤击模态试验，验证重载机械式主轴多约束状态下模态分析建模及仿真结果的正确性。研究表明，把主轴考虑为Timoshenko梁单元和Beam188梁单元进行主轴有限元建模和模态分析时，结果更为准确，弹簧约束梁方式更符合实际情况。研究结果为重载机械主轴系统的进一步优化设计和精度控制提供依据。

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多缸内燃机曲轴轴承三维轴心轨迹的试验研究

杨扬;孙军;赵小勇;王虎;黄保科;柴晓辉;单文斌;张建波

. 2012, 48(3): 174-179.

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以某四行程四缸内燃机为对象，在内燃机试验台架上进行多工况下的内燃机曲轴主轴承三维(即同时包括轴颈在轴承截面中的平面运动和轴线方向运动)轴心轨迹实际测量。轴颈在曲轴轴承中的位置采用电涡流传感器测量并通过后处理计算获得。结果表明，内燃机工作中，曲轴轴承轴颈存在沿轴线方向的运动；实际内燃机曲轴轴承的轴心轨迹为三维空间曲线；一个内燃机工作循环的曲轴轴承轴心轨迹曲线是不封闭曲线；曲轴轴承轴颈沿轴线方向存在较大的移动量，其数值大于轴承径向间隙；随内燃机转速和负荷增加，轴颈的轴向移动量增大；内燃机转速较低时，轴承轴颈的轴向运动在一个内燃机工作循环中的变化规律具有一定的周期性，变化周期数等于内燃机的气缸个数，而高转速情况下没有明显的变化规律性。

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基于滤波的柔性可展开天线展开过程控制方法

张逸群;段宝岩;李团结

. 2012, 48(3): 180-188.

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针对大口径可展开天线中柔性因素带来的展开过程振动问题，提出一种基于滤波的解耦控制方法。利用瑞利—里兹法构造的假设位移场对变形体进行离散，结合拉格朗日方法建立天线的展开过程多柔体动力学模型。根据动力学分析和展开轨迹的谱分析结果，应用低通滤波器将天线运动反馈分解为纯刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分。基于机构的瞬时结构分析，将机构基频与结构基频的概念联系起来，并确定滤波的截止频率。针对两部分反馈信号的特点，分别设计刚性控制器和柔性控制器。刚性控制器保证天线按照预先设计的轨迹展开，柔性控制器用于抑制柔性振动产生的影响。讨论两组控制器增益参数的耦合关系，并基于信号能量相关性分析提出控制器增益参数选取的准则。仿真结果说明该方法的可行性和合理性。

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基于最优控制理论的储能飞轮转子形状优化设计研究

闫晓磊;钟志华;张义;孙光永

. 2012, 48(3): 189-198.

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可视化

为克服飞轮转子形状优化时一般优化方法效率低的缺点，在分析角速度对转子形状影响的基础上，将转子角速度划分为低速、中速和高速三个阶段，采用最优控制理论，直接得到实心和空心飞轮转子的最优形状解析表达式。通过比较实心和空心转子低速、中速和高速情况下的最优形状，揭示飞轮转子最优形状随角速度变化的规律。研究结果表明，低角速度下，转子的最优形状沿半径方向“内薄外厚”；高角速度下，“内厚外薄”；中等角速度下，“两端厚中间薄”。低角速度情况下，实心和空心转子的最优形状相同；但中、高速情况下，实心转子的最优形状中包含等应力弧段，而空心转子的最优形状中不包含等应力弧段。由于实心转子的最优形状中包含有等应力弧段，实心转子的储能性能更优于空心转子。

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2012年, 第48卷, 第3期　
刊出日期：2012-02-05

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