机械工程学报

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莫嘉嗣,张宪民,邱志成,魏骏杨

机械工程学报. 2015, 51(23): 1-11. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.001

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微纳操作系统是精密操作、精密加工领域重要组成部分。微纳操作系统的载物平台负责放置样品和大行程搬运样品，需要大行程、高精度的定位。宏微结合的方法能弥补精密定位平台行程不足的缺点，而并联机构能实现高精度定位，因此采用3PRR(3自由度，每条支链包括一个移动副(P)驱动和两个转动副(R))并联平台作为扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy, SEM)环境下的宏微结合精密平台中的宏动部分。为了实现大行程、高精度定位，需要分析机构工作空间与奇异性分布。通过推导3PRR运动学方程，求得机构雅可比矩阵，研究雅可比矩阵特性，求得3PRR并联平台非奇异工作空间分布，把机构雅可比矩阵特性与奇异分布引入控制范畴，提出两种奇异区域规避控制策略与一种奇异位型逃逸控制策略。对机构如何规避奇异区域与进入奇异位型后如何快速逃逸提供了理论指导，仿真分析表明，提出的策略对机构精密定位与可控性提供了保障。

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旋量键合图在并联机构动力学建模中的应用

郭菲,李永泉,宋肇经,张立杰

机械工程学报. 2015, 51(23): 12-20. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.012

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旋量键合图将旋量理论与键合图相结合，兼具了旋量理论描述空间并联机构简洁、直观及键合图多能域建模统一、规范的特点。对空间并联机构基本组成单元——构件和运动副，利用旋量键合图，构建动力学模型，并进行模块化处理。在此基础上，调用单元模块，就可建立与可视化的机构一一对应的并联机构旋量键合图模型，按照规则化推导方法，得到适用于现代控制理论的空间并联机构状态方程。以曲柄滑块机构及空间3-UPS/S并联机构为研究对象，验证旋量键合图模块化建模的可行性，给出空间并联机构具有通用性的规则化动力学建模过程，并且进一步分析空间3-UPS/S并联机构匀速及加速运动状态下驱动力、支链约束反力变化规律。这种建模方法的应用为后续构建机器人系统全局动力学模型及控制研究奠定基础。

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达点臂姿预测指标与机械臂仿人运动

赵京,郭兴伟,谢碧云

机械工程学报. 2015, 51(23): 21-27. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.021

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从弹性系数的影响因素出发，完善最小势能指标。基于大量试验，得到影响扭簧系数的因素为主观因素和客观因素。标准化客观因素，用聚类分析方法对主观因素分类，利用多元线性回归方法得到弹性系数与目标点之间的具体数学表达通式。用最小势能指标预测人臂达点臂姿，验证弹性系数，并与其他指标的预测结果对比。结果显示基于提出的弹性系数的最小势能指标能够准确预测更多人的臂姿。对机械臂进行仿人运动规划试验，证明最小势能指标的实用性。

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基于QR分解的少自由度并联机构运动学及刚度分析

王唱,赵铁石,赵延治,耿明超,李二伟

机械工程学报. 2015, 51(23): 28-35. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.028

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基于矩阵QR分解，提出一种具有通用性的少自由度并联机构运动学建模方法，建立少自由度机构正、逆一二阶影响系数矩阵，同时得到了少自由度并联机构操作端的速度、加速度的约束方程及一二阶约束矩阵。基于虚功原理，建立少自由度机构的柔度模型，并在此基础上推导出少自由度并联机构在各维方向刚度表达式。分析3RPS机构的运动学输出的耦合性，建立其柔度模型及方向刚度模型，并验证了此机构的结构约束对运动学的影响。通过机构在移动方向刚度及转动方向刚度的球面坐标分布，直观地描述少自由度并联机构的结构约束对其刚度性能的影响。

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拖拽下大变形柔性线缆力学特性分析与测试

游斌弟,郑天骄,陈军,杨斌久,赵阳

机械工程学报. 2015, 51(23): 36-45. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.036

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为克服布线时柔性线缆因复杂空间形态而导致的难以精确地描述其运动状态、力学性能等问题，基于弹性细杆思想，建立大变形柔性线缆动力学模型，分析大变形线缆力学特性。建立线缆考虑空间约束、自重及拖拽与摩擦作用的动力学模型；推导大变形线缆的本构关系与运动参数表达式，并进一步构建典型运动情形下大变形柔性线缆的动力学模型；通过对线缆力学特性进行仿真分析与试验测试，得到了弯曲与拖拽运动下线缆的几何姿态、运动规律及受力情况。结果表明，弯曲线缆的曲率极值点为关键点，决定线缆整体运动形态与受力的趋势；线缆的拖拽运动类似于行波传动；同时试验实现了通过线缆力学模型逆推出其空间形态，验证了所建模型的正确性，为线缆路径规划提供了理论依据。

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高速角接触球轴承套圈倾斜角允许范围的定量研究

熊万里,周阳,赵紫生,吕浪

机械工程学报. 2015, 51(23): 46-52. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.046

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高速角接触球轴承由于存在加工和装配误差，内外套圈之间总是不同程度地存在着倾斜。当倾斜超过一定限度时，轴承的精度、刚度、温升和寿命会受到严重影响。针对现有的关于轴承套圈倾斜问题的研究未考虑高速离心效应及润滑的影响，难以准确反映高速轴承套圈倾斜角允许范围的不足，建立一种综合考虑套圈倾斜、高速离心效应和润滑影响的轴承动态特性分析模型，开发角接触球轴承复合工况下动态性能分析软件。典型算例计算表明：所编制的软件在不考虑高速离心效应和润滑影响时的计算结果与SKF公司TABACY软件的计算结果一致，而考虑高速离心效应和润滑影响后的计算分析更为合理。在此基础上，进一步考虑高速离心效应和润滑的影响，定量研究套圈倾斜角对高速角接触球轴承动态特性的影响规律，并从保障轴承寿命的角度提出套圈倾斜角的允许范围。

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基于民航发动机状态数据的涡轮叶片剩余寿命评估

孙见忠, 左洪福, 梁坤

机械工程学报. 2015, 51(23): 53-59.

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针对民航发动机的特点，提出一种基于涡轮叶片外场故障数据及快速存取记录器(Quick access recorder, QAR)历史数据的涡轮叶片剩余寿命评估方法。从发动机QAR数据中提取涡轮叶片使用载荷谱，进而借助寿命损耗模型估算涡轮叶片的累积损伤量，并进一步评估涡轮叶片的剩余寿命。以涡轮叶片的蠕变损伤失效模式为例验证方法的可行性，方法可推广应用于热机械疲劳以及疲劳-蠕变交互作用失效模式下的涡轮叶片剩余寿命估计问题，为有限信息条件下外场发动机涡轮叶片的寿命评估提供了一种可行的工程方法，可为民航发动机在翼寿命评估及送修方案的制定提供决策支持。

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平板式钻井液叠层筛网自由振动分析

侯勇俊,王禄友,马俊

机械工程学报. 2015, 51(23): 60-65. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.060

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平板式钻井液叠层筛网在钻井液振动筛上得到广泛应用，研究振动筛的结构参数和安装参数对其自由振动的影响可为振动筛和筛网的设计及使用提供依据。提出将使用螺栓绷紧方法安装的筛网模型简化为弹性支承多跨单向连续矩形薄板模型，忽略筛网上的结构非线性特征，整张筛网看作由被底部橡胶支承条划分为k+1块的小矩形板组成。基于弹性矩形薄板振动理论，建立每小块矩形薄板的自由振动方程，提出各跨间薄板的连续性条件，利用传递矩阵方法推导出了整张筛网的传递方程，根据边界条件得到筛网自由振动的频率方程。对某一型号平板式叠层筛网的自由振动特征方程进行数值求解，得到不同螺栓预紧力、不同橡胶支撑条数目及刚度下筛网的固有频率，数据分析表明这三种参数均与筛网的固有频率呈正相关性，并且互相之间有一定影响。

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基于双压力角轻量化设计的弧齿锥齿轮接触应力分析与试验

肖望强,李威

机械工程学报. 2015, 51(23): 66-75. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.068

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优化弧齿锥齿轮的结构尺寸能有效减少车桥减速器齿轮、轴承座和箱壳的重量，设计出在工作齿面采用大压力角，在非工作齿面采用标准压力角的双压力角弧齿锥齿轮。推导双压力角弧齿锥齿轮齿廓的球坐标方程，依据SUV后桥主减速器对称弧齿锥齿轮的设计参数，在PRO/E环境下建立双压力角弧齿锥齿轮三维模型，并建立有限元接触模型，对齿面接触应力进行分析。设计用于切削双压力角弧齿锥齿轮主动轮、被动轮的内切刀片与外切刀片，加工出双压力角弧齿锥齿轮主动轮和被动轮。通过机械双环封闭式齿轮寿命试验台进行疲劳寿命试验，结果表明，轻量化25%后的双压力角弧齿锥齿轮的疲劳寿命符合标准要求，并且高于SUV后桥主减速器原对称齿轮寿命，验证了有限元分析结果的正确性，为车辆传动装置轻量化技术提供了可行的方法。

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路图傅里叶变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用

欧璐,于德介

机械工程学报. 2015, 51(23): 76-83. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.076

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图信号处理(Graph signal processing, GSP)是由谱图理论发展起来的新研究领域。图傅里叶变换(Graph Fourier transformation, GFT)是图信号关于图拉普拉斯矩阵特征函数的展开，也是GSP的基础。对路图的GFT进行分析，发现GFT得到的特征值谱与经典的傅里叶变换(Fourier transformation, FT)频谱有一一对应关系，同时，特征值谱的幅值与特征矢量也有对应关系。将GFT引入滚动轴承故障诊断，提出基于GFT特征提取和K-均值聚类的滚动轴承故障诊断方法。该方法先用GFT将滚动轴承的路图信号变换到特征值谱域；再计算特征值谱的统计量作为故障特征；最后运用K-均值聚类分类器识别滚动轴承的故障类型。对实际轴承振动信号的分析结果表明，基于GFT和K-均值聚类的故障诊断方法能准确有效地识别滚动轴承故障。

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表面织构创新设计的研究回顾及展望

王静秋,王晓雷

机械工程学报. 2015, 51(23): 84-95. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.084

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近十年来，作为一种可以显著提高界面性能的方法，表面织构已成为国内外界面科学领域的一个研究热点。微细加工技术的进步，使得通过精确控制织构的形状和尺度，优化其界面性能成为可能；仿生技术的发展为表面织构设计提供了源泉；对表面织构作用机制的深化理解促使了其应用领域的扩展。目前，表面织构的应用已涉及减摩、抗磨、增摩、减振、抗粘附、抗蠕爬等多个领域。TRIZ理论认为实现发明创新的基本原理和规律是客观存在的。人们如果掌握这些原理和规律，就可以能动地进行设计和创新，其结果具有预测性和可控性。对表面织构的研究进展进行了综述，从TRIZ理论的角度进行了归纳和总结，并通过TRIZ理论对表面织构研究的发展趋势进行了展望。

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喷涂功率对NiCr-Cr3C2涂层表面自由能及其摩擦性能的影响

李楠楠,康嘉杰,王海斗,董天顺,许中林,李国禄

机械工程学报. 2015, 51(23): 96-102. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.096

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利用超音速等离子喷涂技术制备了不同喷涂功率条件下的NiCr-Cr3C2涂层，结合表面自由能理论研究了其表面摩擦学性能。利用Owens-Wendt几何平均法计算了涂层的表面自由能及其分量。对比发现，涂层孔隙率、显微硬度和摩擦因数均随着喷涂功率的变化而变化，且其变化趋势与极性分量均表现出一定的相似性。分析表明，受喷涂功率的影响，喷涂粒子的温度和速度对涂层表面分子间作用力产生影响，从而间接改变了涂层表面的自由能，并且自由能及其分量的改变，会直接影响NiCr-Cr3C2涂层表面的摩擦学特性。

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猪笼草蜡质滑移区表面反粘附特性的研究

毕可东,宋小闯,王玉娟,杨决宽,陈云飞

机械工程学报. 2015, 51(23): 103-109. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.103

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利用环境扫描电子显微镜(ESEM)和原子力显微镜(AFM)表征红瓶猪笼草蜡质滑移区表面微观形貌，并提取粗糙度的相关参数。利用AFM分别在低载荷和高载荷下对蜡质区表面同一区域进行扫描，在不同条件下的扫描形貌一致，且扫描后的探针针尖上未发现附着污染物。利用胶体探针技术在无针尖的探针悬臂上粘附15 μm SiO2小球，模拟单根刚毛与猪笼草蜡质区表面的接触，并测试蜡质区表面的粘附力和摩擦力，并与不同粗糙度的抛光纸表面做对照。考虑到表面物理化学性质对其粘附特性的重要影响，利用接触角测量仪测量蜡质区表面和同粗糙度范围抛光纸表面对水和二碘甲烷的表观接触角并利用二滴法计算其表面能。研究结果表明：蜡质滑移区表面单个蜡质晶体具有力学稳定性，不会因脱落而污染昆虫的粘附器官，污染学说不成立；表面微粗糙度能有效地减小界面间的接触面积，降低了蜡质滑移区表面的粘附力和摩擦力；蜡质滑移区超疏水特性和低表面能是降低表面粘附力和摩擦力的另一个重要因素，两者共同作用形成了猪笼草蜡质滑移区的反粘附特性。

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密封结构中粗糙表面特征对其气密性的影响

吕祥奎,杨文健,许国良,黄晓明

机械工程学报. 2015, 51(23): 110-115. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.110

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基于Gauss分布函数和指数自相关函数关系建立三维粗糙表面的数学模型，获得密封面的数值粗糙表面。进而在三维数值粗糙表面的基础上，采用流动数值分析方法，对金属垫片密封结构的气密性进行了研究，分析表面粗糙度、应力以及材料力学特性等相关参数对泄露率的影响。为构建泄漏率表达式，引入流量因子表征现有模型泄漏率与平行圆板模型的差异，流量因子是膜厚比的函数。该工作实现了静接触密封结构泄漏特性定量评估的数值分析方法，对各种硬密封结构的高精度设计有着重要指导意义。

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基于模糊物元的小批量生产典型工序能力分析

张根保,冉琰

机械工程学报. 2015, 51(23): 116-122. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.116

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社会科技的进步和市场竞争的白热化，以及以顾客为中心的市场导向，都使得多品种、小批量生产成为了目前制造业的主流趋势，然而由于加工数据的缺乏，多品种、小批量生产过程的质量控制和分析却成为了一个棘手的问题。为了破解这个难题，提出一种基于模糊物元的小批量生产“典型工序”能力分析方法。采用模糊物元分析的方法，将一个工序看作是一个模糊物元，根据工序能力影响因素构造出工序相似条件并判定出与原始工序相似的工序，利用这些工序组成一个新的含有大批量样本数据特征的“典型工序”；针对构建出的“典型工序”进行工序能力分析，判断出该“典型工序”的工序能力水平并进行相应控制；最后用实例验证了该方法的正确性和可行性。

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基于三维凸包的公差基准平面拟合方法

郭崇颖,刘检华,唐承统,蒋科,刘海博

机械工程学报. 2015, 51(23): 123-132. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.123

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针对目前基于离散采样点进行基准平面拟合时没有考虑基准平面受约束的问题，提出一种基于三维凸包的带约束的基准平面拟合方法。该方法利用计算几何中的凸包理论，使用增量算法快速构建平面特征离散采样点的三维凸包。其次根据基准平面的定义，确定基准平面处于不同基准优先级时被其他基准特征约束的自由度以及建立基准的方法。在此基础上利用三维凸包建立基准平面无约束、转动约束、平动约束的数学模型，结合基准的相关实体要求实现了基准平面变动空间的求解。试验结果表明：采用一组采样数据建立基准平面时，所提出的算法与传统的最小二乘法进行比较更加符合基准平面的建立原则，保证了基准平面的准确性，满足了工程需求。

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计及漂移瓶颈的时变物料配送路径优化

凌琳,刘明周,葛茂根,王强,马靖

机械工程学报. 2015, 51(23): 133-143. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.133

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针对不确定作业车间环境下物料配送路径优化问题，采用能反映制造单元相对生产负荷及其变化趋势的瓶颈指数和瓶颈漂移指数表征实时变化的制造单元物料配送优先级，对路径选择过程中违反此优先级的行为设置惩罚成本，提出以最小化包括车辆运输成本和违反优先级的惩罚成本在内的总配送成本为优化目标，建立了时变的物料配送路径优化模型。在此基础上，为保证运输车辆所载物料全额配送，避免非必要负载以及由此造成的非必要配送子路径，对配送路径优化模型进行改进，允许运输车辆非满载和物料拆分配送，以提高物料配送效率降低配送成本；并结合模型特点将贪婪策略融入遗传算法对优化模型求解。最后，通过某作业车间内物料配送实例验证了所提出的计及漂移瓶颈的改进时变物料配送路径优化方法在不确定作业环境中具有有效性和实用性。

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通用刀具扫描体隐式曲面建模方法

王鸿亮,郭锐锋,彭健钧,王品, 刘娴

机械工程学报. 2015, 51(23): 144-152. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.144

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提出五轴加工仿真中基于隐式曲面理论的通用刀具扫描体建模方法。为了提高布尔减运算时间性能，采用隐式曲面能够高效判断扫描体与工件体素数据场点集的位置关系，避免耗时的空间相交计算。定义通用刀具体的隐式曲面模型；根据刚体运动框架理论，建立工件框架与刀具框架的映射关系，利用逆向运动法确定曲面边界范围，将刀具体线性位移和旋转角度作线性插补，推导出工件框架中刀具扫描体的隐函数曲面方程；在分析刀具各部分扫描体方程实数根情况的基础上，给出基于隐式曲面的扫描体构造算法。以典型刀具和运动类型为例，分析扫描体构建过程，试验结果验证方法的正确性和较好的时间性能，方法应用于数控系统中的材料去除仿真。

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基于应力刚化效应的动态特性可调微动平台设计新方法

杨志军,白有盾,陈新,王梦,高健,杨海东

机械工程学报. 2015, 51(23): 153-159. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.153

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针对现有基于柔性铰链的微动平台动态特性受材料特性、设计制造等误差影响，难以满足精密微动平台对动态响应（特别是可变频率操作）的高要求，基于应力刚化效应，提出了动态特性可调的微动平台设计新方法，推导预应力作用下一端固定一端导向梁的等效刚度和质量公式；基于对称布置假设，建立含有弹片式柔性铰链(下面简称弹片)组数(离散变量)和截面尺寸(连续变量)的离散连续变量复合优化模型，释放承载刚度约束，获得截面尺寸含有弹片组数变量的精确解系列，分析了给定预应力下不同弹片组数微动平台的承载刚度和频率调节范围，从而通过承载刚度约束和频率调节范围要求确定弹片组数。通过数值算例，验证了推导计算模型求解精度和所提设计方法的应用有效性。计算结果表明，与有限元分析结果相比，本模型的计算结果相对误差小于2%，实现了给定工作刚度、频率和承载刚度约束的微动平台最优结构设计。所提方法实现了刚度和频率大范围的调整，不但降低了加工精度要求，还为动态特性自适应匹配的智能微动平台提供一种实现途径。

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基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法

徐汝锋,陈志同,孟凡军,张云,吴献珍

机械工程学报. 2015, 51(23): 160-167. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.160

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针对目前航空发动机叶片进排气边加工精度和表面质量较差的问题，提出了一种基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法。建立刀位优化变量与刀位数据之间的关系方程，同时建立刀位数据与机床回转轴角度之间的运动变换方程，从而推导出刀位优化变量与机床回转轴角度之间的关系方程。通过求解上述方程得到球头刀多轴加工复杂曲面的刀轴矢量计算公式。在此基础上，给出球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法和刀轨生成方法。同时，以某航空发动机叶片为例，分析了本文算法和Sturz算法对机床回转轴角度的影响。分别利用本文算法和Sturz算法生成该叶片进气边加工的刀轨，并在五轴数控机床上进行加工试验。试验结果表明，该算法能够避免加工过程中机床回转轴的大幅波动，使机床轴运动更加平稳和光滑，从而提高曲面的加工质量和加工效率，具有一定的实际应用价值。

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桥式起重机轻量化主梁结构模型试验研究

焦洪宇,周奇才,李英,陈庆樟,许广举

机械工程学报. 2015, 51(23): 168-174. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.168

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针对桥式起重机主梁的轻量化设计方案对主梁强度、静态刚度的影响问题，基于相似理论和弹性静力学，采用方程分析法推导出原型主梁与相似主梁应力场相似的相似准则。依据主梁结构形式及受力特点，设计切实可行的主梁结构模型试验方案，开展轻量化主梁结构模型试验研究。结果表明，轻量化主梁在跨中截面腹板下半部分的弯曲正应力有一定程度的增加，腹板上半部分的弯曲正应力(绝对值)有小幅度下降；轻量化主梁在跨端截面的切应力增加幅度较大；轻量化主梁的最大挠度有所下降。依据《起重机设计规范》对轻量化主梁进行强度和静态刚度校核。在满足主梁强度、静态刚度要求的前提下，周期性去除腹板上的部分材料实现主梁轻量化设计具有一定的可行性。

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丝杠系预拉伸力的综合分析计算和探讨

张政泼,胡义华,王湘

机械工程学报. 2015, 51(23): 175-181. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.175

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丝杠传动系统是数控机床的关键部分之一，针对单推-单推和双推-单推支承型式丝杠传动系统的预拉伸力计算和确定问题，通过分析认证，指出现行的结论存在以下不足和缺陷：在只考虑轴向负载因素时确定的预拉伸力在一般情况下过大；以及没有给出综合考虑最大轴向负载和热伸长变形两种主要因素时的预拉伸力计算和确定方法，或只按照热变形补偿方式而计算和确定预拉伸力，所得出的计算结果和结论具有局限性、不合理性和不完整性。为克服这些不足和缺陷，综合考虑上述两种主要影响因素，对双端固定丝杠系的受力和变形进行了分析，引入一个新的技术参量——临界预拉伸力，推导出丝杠系的综合临界预拉伸力方程及其解法；并考虑轴承最小载荷要求，同时根据实际应用状况进行系数修正，给出了最终预拉伸力的表达式，讨论了修正系数的选择原则和方法，使预拉伸力的计算和确定方法明确、合理、符合实际。对计算方法进行试验验证，显示了其合理性。

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高速硬切削加工表面白层形成机理研究

陈涛,刘献礼,李素燕,李凯,刘涛

机械工程学报. 2015, 51(23): 182-188. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.182

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白层是高速硬切削的特有现象，对加工表面完整性和零件的服役性能有着重要影响。针对高速硬切削加工表面白层问题，进行了对GCrl5淬硬轴承钢高速硬切削试验和表面白层测试，研究了不同切削条件下的白层形成机理，分析了切削速度和刀具磨损状态对白层特征的影响规律。分析结果表明，白层厚度随切削速度和后刀面磨损的增大而增大，而其分布的均匀性和连续性也将变差；切削速度和后刀面磨损的增加引起切削温度升高，导致加工表面快速淬火效应，使得白层厚度增大，其中切削速度的影响较为显著；在切削速度较低(100 m/min左右)时白层的形成机理主要为塑性变形，切削速度超过300 m/min则主要是马氏体相变所致，而在中间切削速度(200 m/min左右)时为2种机理的混合作用结果。

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SiC单晶片加工过程中切割力的分析与建模

李淑娟,刘永,侯晓莉,高新勤

机械工程学报. 2015, 51(23): 189-195. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.189

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SiC单晶具有优良的物理和机械性能，在微电子和光电领域得到了广泛应用，然而由于其高硬度和脆性，晶片的制造非常困难、效率低下。为提高SiC单晶片的加工质量和加工效率，分析了SiC单晶片线锯切割过程中的受力情况；从切屑变形和摩擦两个方面，建立单颗磨粒的法向和切向受力模型，进而得到线锯切割力与工艺参数及线锯物理属性的关系模型；设计了切割力的试验装置，通过不同加工参数下的试验研究，确定了关系模型中的应力系数；通过理论值与试验值的对比校验，法向力和切向力预测值的误差小于9.18%，并对误差产生原因作了分析。结果表明，该切割力理论模型可以对SiC单晶片在同等线锯切割环境下的切割力进行有效预测，为切削力的优化控制提供了理论依据。

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随动磨削中船用曲轴自动校直系统研究

李静, 沈南燕, 方明伦, 汪学栋, 钱翔

机械工程学报. 2015, 51(23): 196-204.

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船用柴油机曲轴轴线不连续、长径比大，刚性差，在自身巨大的重力和随动磨床夹具夹紧力的作用下容易产生复杂的弹性变形，曲轴各档主轴颈的同轴度变差，严重影响连杆颈的磨削精度。研究一种曲轴随动磨削中的自动校直系统，设计主轴颈中心位置在机检测装置，建立主轴颈中心偏移量计算模型，并分析影响测量结果的主要因素。并对伺服中心架机构进行运动学分析，以主轴颈中心偏移量为输入，建立中心架上下支撑头位置计算模型。通过与其理想位置比较，得到了支撑头位置调整量，从而实现随动磨削前工件的自动校直。试验表明自动校直系统应用于某一八缸船用曲轴，取得了与人工校直相似的效果，且大大降低了劳动强度，提高了大型船用曲轴随动磨削的自动化程度。

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基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究

黄秀秀,胡小平,于保华,吴胜游

机械工程学报. 2015, 51(23): 205-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.23.205

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Nomex蜂窝复合材料的超声切割技术克服了传统高速铣削中存在的工件固持困难、加工粉尘大等问题。基于断裂力学研究Nomex蜂窝复合材料的超声切割机理，为超声切割工艺参数优化以及超声波声学主轴的优化设计提供理论依据。根据直刃刀超声切割Nomex蜂窝复合材料加工工艺，建立直刃刀的运动学方程，分析得到超声切割断续加工过程中直刃刀与材料相互作用时间关系；应用断裂力学理论，引入动态应力强度因子建立蜂窝复合材料的断裂韧性模型，研究超声切割作用下蜂窝复合材料的微观断裂过程，根据直刃刀位移和裂纹扩展的关系模型，分析切削力的影响因素，并进行仿真研究。研制了超声切割工艺试验台，对蜂窝复合材料进行了有超声和无超声切割加工的对比试验，试验结果显示超声切割显著地减小了切削力，也证实了冲击产生的微裂纹扩展是蜂窝复合材料在直刃刀超声切割作用下，切割力减小的主要原因。理论分析和试验研究表明基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究具有有效性和合理性。

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2015年, 第51卷, 第23期　
刊出日期：2015-12-05

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