机械工程学报

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王伟方, 唐晓强, 邵珠峰

机械工程学报. 2016, 52(9): 1-8. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.001

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针对石油化工行业中广泛应用的大型立式储罐检修任务,传统的脚手架、导轨及爬壁机器人等工作平台存在拆装困难、结构复杂或运行速度较低等缺点,有效载荷能力和工作效率受限制。索并联机构具有工作空间大、承载能力强、模块化等优点,在大型立式储罐的检修领域极具应用潜力。提出一种采用四根支撑杆的八索驱动并联机器人工作平台及出索点位置可调的模块化支撑杆设计;建立了索并联机构的运动学模型和平面简化模型,分析机构参数对其工作空间的影响,并针对20 m口径典型立式储罐给出了优化结构参数;结合索牵引并联机器人的工作平台沿不同轨迹运动时索长、索力变化分析,确定了运动规划时优选运动轨迹。

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螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计

李特, 马书根, 李斌, 王明辉, 王越超

机械工程学报. 2016, 52(9): 9-17. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.009

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为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力,对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点,在机器人运动学和力学建模的基础上,分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性,并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理,提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息,并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明：该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。

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基于虚功原理的一种新型锻造操作机主运动机构动力学分析

丁华锋, 祖琪, 冯泽民

机械工程学报. 2016, 52(9): 18-27. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.018

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提出一种新型6自由度前后双提升驱动式锻造操作机。基于复矢量法对操作机主运动机构的运动学进行全面分析。其次将液压缸的缸体和活塞杆简化为一个构件的情况下,基于虚功原理推导并建立主运动机构的动力学数学模型。分别在水平升降运动、俯仰运动以及前后缓冲运动三种运动状态下对夹钳末端进行正弦速度规划,并在给定负载情况下对动力学模型进行了仿真分析。将该简化模型与实际中将液压缸的缸体和活塞杆分为两个构件的动力学模型进行仿真对比分析,得到各驱动液压缸分别在三种运动状态下输出驱动力的误差曲线。结果表明该新型锻造操作机的主要承重构件为前提升缸。简化模型等效于实际模型,并且有效简化了动力学的建模过程。研究结果为该机构的设计和应用提供了重要的理论依据。

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封闭差动行星齿轮箱动态均载性能试验研究

谭援强, 胡聪芳, 张跃春, 王文, 熊顺, 左晃

机械工程学报. 2016, 52(9): 28-35. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.028

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针对同时具有太阳轮浮动、柔性销轴和柔性内齿圈三种均载方法的封闭差动行星齿轮箱进行试验研究,探索多种均载措施的封闭差动行星传动均载性能的特点。测试行星传动的差动级内齿圈齿根弯曲应力和封闭级的太阳轮齿根弯曲应力,根据齿向方向和圆周方向上各个通道应变测试结果提出均载系数的数据处理方法。得到每个被测轮齿最大均载系数,研究行星齿轮箱动态均载系数随工况载荷的变化趋势。分析并统计封闭级和差动级不同载荷下的平均均载系数及其标准差,并与某航空发动机主齿轮箱的理论分析均载系数进行对比。结果表明封闭级均载性能优于差动级,载荷越大两级均载性能越好,具有这三种均载方法的行星系统较采用单种均载措施的传动均载性能好,为封闭差动行星齿轮的均载设计提供了依据。

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含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法

卜王辉, 郑钰馨, 张攀, 华滨滨

机械工程学报. 2016, 52(9): 36-41. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.036

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雅可比矩阵对并联机器人的速度、精度、刚度等性能分析有重要意义。通常雅可比分析需要计算与驱动关节运动螺旋不互易而与支链其他运动螺旋均互易的力螺旋,分析过程复杂,计算量大。为此,针对一类常见的特殊支链结构,提出正则支链的概念,研究了正则支链的结构特征。分析了转动副和移动副的做功驱动力螺旋,提出含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法,克服了现有方法中计算驱动关节产生的支链约束螺旋的复杂过程。这种方法不必计算支链约束螺旋就能获得并联机器人的部分雅可比矩阵,进而结合支链约束螺旋获得并联机器人的整体雅可比矩阵,实现驱动关节与动平台之间运动和力的双向映射。方法不仅适用于常见的6自由度并联机器人,也适用于具有正则支链的少自由度并联机器人。

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精密钢球传动啮合法向力与弹性回差

安子军, 杨荣刚, 宜亚丽

机械工程学报. 2016, 52(9): 42-48. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.042

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针对精密钢球传动法向力的传统求解方法和弹性回差对传动性能的影响,在分析啮合副弹性回差产生机理的基础上,提出利用啮合点刚度系数精确求解法向力和弹性回差的方法。建立啮合副力学模型,利用啮合点刚度系数并通过力矩平衡方程分别推导出减速啮合副和等速啮合副的弹性转角和啮合点法向力公式,应用啮合副弹性转角分别推出减速啮合副弹性回差、等速啮合副弹性回差和传动机构弹性回差的计算公式,并分析机构参数对弹性回差的影响规律。研究结果表明,减速啮合副和等速啮合副啮合法向力可用统一公式表示,传动机构弹性回差曲线呈周期性波动,机构参数变化对弹性回差影响较明显,减速钢球数对弹性回差影响最大。研究结果为精密钢球传动的传动精密性和运动平稳性分析及机构设计提供理论依据。

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无根欠驱动冗余机器人动力耦合特性研究

李娜, 赵铁石, 姜海勇, 王家忠

机械工程学报. 2016, 52(9): 49-55. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.049

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无根多刚体系统和欠驱动冗余机器人系统实质上都属二阶非完整动力系统,其位姿空间约束方程不能满足控制要求,一般基于动力学方程对系统进行控制,即通过关节间动力耦合作用约束被动关节运动,因此此类机器人可控性分析的重点在于系统耦合运动特性研究。基于动力学虚设机构法及非完整系统微分变分原理,建立了无根欠驱动冗余机器人的动力学模型;针对虚设关节、主、被动关节进行动力学模型解耦,推导出了系统的二阶非完整约束方程及被动关节的加速度表达式;在此基础上,通过定义表征被动关节耦合运动的性能指标,针对不同位置主动关节输入参数对被动关节可控性的影响进行了仿真分析,得到了提高无根欠驱动冗余机器人可控性的有益结论,为实际欠驱动冗余机器人输入控制提供了参考。

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基于神经网络的薄壳多目标振动优化控制研究

张兴武, 刘金鑫, 陈雪峰, 曹宏瑞

机械工程学报. 2016, 52(9): 56-64. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.056

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针对目前主动控制方法主要集中于减振降噪方面的研究,无法满足工程中频率特性改变的需求等问题,结合神经网络的多目标并行处理能力,提出基于神经网络的多目标振动优化控制方法。首先,基于神经网络算法,构造频域主动控制架构,相较于时域方法,该架构一个控制循环只需一次傅里叶变换(Fast Fourier transform, FFT),无傅里叶逆变换(Inverse fast Fourier transform, IFFT),因此,控制时效性得到有效保证。其次,基于全局频域误差与特征频点误差,构造混合型误差评判准则,提升算法的自适应性,可靠性与抗干扰能力。再次,基于多自由度系统方程,研究了多目标控制中的可控性问题,保证控制的可行性。最后,通过大型薄壳结构的八点多目标振动优化控制,有效验证了方法的有效性与可行性。

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基于稀疏自动编码深度神经网络的感应电动机故障诊断

孙文珺, 邵思羽, 严如强

机械工程学报. 2016, 52(9): 65-71. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.065

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针对目前感应电动机故障诊断大多采用监督学习提取故障特征的现状,提出一种将去噪编码融入稀疏自动编码器的深度神经网络,实现非监督学习的特征提取并用于感应电动机的故障诊断。稀疏自动编码器通过自动学习复杂数据的内在特征来提取简明的数据特征表达。为提高特征表达的鲁棒性,在稀疏编码器的基础上融入去噪编码,提取更有效的特征表达用来训练神经网络分类器进而完成整个深度神经网络的构建,并结合反向传播算法对深度神经网络进行整体微调,提升故障分类的准确度。整个训练过程引入“dropout”训练技巧,减少因过拟合带来的预测误差。试验结果表明,相比传统反向传播(Back propagation,BP)神经网络,提出的深度神经网络能更有效地实现感应电动机故障诊断。

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高性能风洞颤振模型的性能精确制造研究

闫子彬, 杨睿, 孙士勇, 钱卫, 郭东明

机械工程学报. 2016, 52(9): 72-78. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.072

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复合材料结构相似风洞颤振模型是一种先进的颤振模型结构形式,对于新一代飞机研制所必经的风洞颤振试验有重要意义。对于先进的风洞颤振模型,其模型外形几何参数以及整体刚度、刚度分布、整体质量、质量分布等特征参数均有较高的精确性要求,加之复合材料性能组成复杂,加工性能较差,传统制造方法不能实现对于该类产品的性能参数的精确保证,因此需要新的制造方法。针对复合材料结构相似风洞颤振模型的制造难题,利用复合材料的力学性能可设计性,实现对于颤振模型性能参数的精确保证,并提出了一种针对模型性能参数的精确制造方法。以此方法制造了一系列机翼,尾翼颤振模型。工程实践证明,该方法可以有效保证颤振模型的几何与性能特征参数的精确性。

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考虑静强度要求的旋转直板叶片试验模型相似设计方法

罗忠, 郭健, 朱云鹏, 韩清凯, 王德友

机械工程学报. 2016, 52(9): 79-85. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.079

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针对旋转直板叶片动力学相似试验模型的设计问题,提出一种考虑满足静强度要求的相似模型设计方法。以叶盘和单个直板叶片固联组成的旋转结构为研究对象,应用板壳振动理论建立振动方程,并将旋转直板叶片所受惯性力和气动力等效为作用在旋转叶片上的静态外载荷。在对叶片进行应力分析得到强度设计准则的基础上,采用方程分析法建立动力学相似关系。理论证明了当模型和原型的材料不同时,须采用不完全几何相似的试验模型才能满足强度要求的结论。并通过设计实例,采用数值仿真的方法验证了所提出考虑满足静强度要求的动力学相似模型设计方法的有效性和正确性。该研究结果为旋转直板类构件动力学相似模型的设计进行理论补充。

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机械装配耦合动刚度的逆子结构辨识方法

吕广庆, 仪垂杰, 方科

机械工程学报. 2016, 52(9): 86-95. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.086

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为检测机械装配的动态质量,基于子结构法分析装配工艺对部件动态传递特性的影响作用,明确装配耦合动刚度是影响机械装配动态质量的唯一决定性关键因素。在阐述装配耦合动刚度的直接逆子结构辨识方法(直接法) 并分析其在生产实践应用中存在的缺陷之后,建立五类装配耦合动刚度的基于频率响应函数(Frequency response function, FRF)谱的间接逆子结构辨识方法(间接法),并给出单点耦合和多点耦合计算公式及其工程适用条件。分析表明,五类间接法完全或部分避免直接法存在的测试操作困难,第一类间接法辨识精度受FRF谱测量误差影响最低且与直接法相近,可作为机械装配耦合动刚度辨识的最优间接法选项。逆子结构辨识方法的理论完备性和第一类间接法的应用有效性分别经机械装配二级子结构集总参数模型及其类比试验模型予以检验,为机械装配耦合动刚度辨识及其动态质量检测提供新的有效技术方法。

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新型多模式弹性驱动器的弹跳性能研究

韩亚丽, 郝大彬, 于建铭, 祁兵, 宋爱国, 朱松青

机械工程学报. 2016, 52(9): 96-104. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.096

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基于人体肌肉的仿生驱动机制,提出一种多模式弹性驱动器,采用电动机带动丝杆螺母串联弹簧,结合相应的刹车离合装置,实现驱动器不同模式的运动,并对其运动模式进行分析;建立弹性强驱动器的动力学方程,进行简谐激励下的弹跳运动研究,并进行不同负载、不同弹性系数下的弹跳运动仿真分析;进行弹性驱动器的运动性能试验研究,分别对弹性驱动器的刹车力、连续弹跳及单次跳跃进行试验,结果表明,弹性驱动器能实现有效刹车,在简谐激励下能实现良好的连续弹跳,在输入的双曲正切信号控制下,能实现良好的单次弹跳;多模式弹性驱动器研究对对深入理解仿生驱动器的运动机理提供了重要的理论基础。

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动载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响

周金柱, 宋立伟, 杜雷刚, 郭东来

机械工程学报. 2016, 52(9): 105-115. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.105

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结构功能一体化天线是将集成微带天线阵列的射频电路嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来飞行器中具有巨大的应用前景。针对服役中的结构功能一体化天线力电性能演化问题,通过分析结构变形与天线电性能的影响关系,利用相位差建立动载荷作用下结构功能一体化天线的机电耦合模型,利用最小二乘支持向量回归对结构变形的数据拟合来获得结构变形下的电性能。通过研制的2.5 GHz结构功能一体化天线试验装置,验证了机电耦合模型的正确性。利用验证后的耦合模型,通过数值分析获得了动态载荷对结构功能一体化天线力电性能的影响规律,其结果表明,动态载荷下天线结构变形会影响天线的主波束方向、增益和副瓣。

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基于数值模拟的小孔节流空气静压轴承静动态特性研究

崔海龙, 岳晓斌, 张连新, 夏欢, 雷大江

机械工程学报. 2016, 52(9): 116-121. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.116

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为了提高小孔节流空气静压轴承的静动态性能,基于流体力学和固体力学的基本控制方程,建立小孔节流空气静压轴承双向流固耦合数值模拟模型;采用静态数值模拟方法获取了设计参数对承载力和刚度的影响规律,进一步对微气膜间隙内三维流场特性进行了分析,有效降低了微气膜间隙内气体冗余现象对空气静压轴承动态稳定性的影响,并在数值计算的基础上对空气静压轴承结构和工作参数进行优化设计;在气体静压试验平台上对自行研制的空气静压轴承进行静动态特性测试。试验结果表明：所提出的数值模拟方法具有很好的预测效果;所采用的优化设计方法能够显著提升空气静压主轴的静动态特性。

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一步逆成形法中边界等效阻力的自适应算法

崔静, 鲍益东

机械工程学报. 2016, 52(9): 122-128. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.122

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在一步逆成形法中,如果最终构形只包括零件型面,为了得到合理的毛坯形状,需将压边圈的摩擦阻力以及拉深筋的阻力等效到零件边界线的节点上,根据实际经验给出等效阻力的大小。但是等效阻力的大小并不是均匀分布的,如果视为均匀分布,势必造成较大误差,如果分段手动给定,则效率太低,这里提出一种边界等效阻力的自适应算法。算法首先通过线弹性反向变形求得零件在无边界等效阻力作用下的毛坯外轮廓线,假设边界等效阻力的大小与该外轮廓线与零件边界线相应单元边之间的距离成正比,从而实现等效阻力的自适应分布。并以两个典型冲压件为例,通过比较等效阻力自适应算法、等效阻力均布算法、利用商业化软件Fastform分段手动给定阻力的大小和多次试验这四种不同方法得到的零件毛坯外轮廓线,验证了这一算法的有效性和便捷性。

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多生物效应技术实现方法研究

刘伟, 曹国忠, 檀润华, 于菲

机械工程学报. 2016, 52(9): 129-141. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.129

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经亿万年进化的生物已经具备了完善的结构、性状、原理和行为等生物特性,这些特性能为现实多种复杂问题提供有效解决机制。生物为产品设计尤其是仿生设计提供了原始素材,是创新的灵感之源。为充分利用已知的生物原型,进行系统化的产品仿生技术结构设计。建立多生物效应的描述模型,基于灰色聚类提出了生物—技术系统的特征聚类方法;研究生物功能技术实现的类比方法,提出了基于属性的生物-技术功能映射模型及多生物效应驱动的产品原理解构建过程,给出了基于特征聚类的多生物效应技术实现方式;集成上述研究成果形成了面向产品系统设计的多生物效应技术求解模型,并以纽扣电池扣圈装置创新设计为例,验证了本方法的有效性。

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基于新型邻域结构的混合算法求解作业车间调度

赵诗奎

机械工程学报. 2016, 52(9): 141-151. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.141

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针对作业车间调度问题(Job shop scheduling problem,JSP),以优化最大完工时间为目标,提出一种融合新型邻域结构的混合求解方法。混合算法由具有全局搜索能力的遗传算法和基于邻域结构的邻域搜索算法构成。在邻域结构的设计中,研究了基于甘特图的工序头尾长度计算方法,以及关键工序查找方法。通过分析已有各种邻域结构及相关理论性质,指出邻域结构的根本在于引导关键工序对机器空闲时间进行利用,并将利用方式分为两种情况：直接利用和间接利用。综合两种利用方式,科学指导关键工序的移动,根据关键工序的类型定义相应的移动操作,使其移动范围突破了工序块的内部、紧前、紧后位置限制,扩大了有效移动范围。结合43个基准算例进行测试分析,验证了所提算法具有良好的求解性能。此外,所设计的邻域结构可以进一步融合其他智能算法求解JSP问题。

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基于关键时间点的能量等效静态载荷法及结构动态响应优化

张艳岗, 毛虎平, 苏铁熊, 郭支明, 李坤

机械工程学报. 2016, 52(9): 151-157. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.151

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基于位移的等效静态载荷法是目前解决动态约束处理困难、计算收敛性差的结构动态响应优化问题的有效途径,针对位移等效静态载荷法的优化结果不准确、工程实用性差等不足,提出一种基于能量等效的动态载荷静态转化方法。该方法通过结构在动、静态载荷作用下能量变化关系推导,分析能量等效的基本原理,在载荷等效转化时刻识别基础上,进一步构建了基于能量等效理论的动态载荷等效静态转化的优化模型,最后应用全局优化算法求解找到了等效静态载荷,并以文献经典算例——124杆桁架结构为例验证方法的有效性和准确性;将理论研究成果应用于发动机活塞的动态优化设计中,验证了方法的工程实用性,同时为基于等效静态载荷法的结构动态响应优化设计提供了一种新的思想。

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基于断裂机理的板级电路光纤埋入结构设计

成磊, 周德俭, 吴兆华

机械工程学报. 2016, 52(9): 158-165. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.158

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板级光电互联中,光纤埋入结构的设计既要保证光路地对准,又要保证光纤在层压工艺过程中不被破坏,这大大增加了PCB制造的难度。针对光纤埋入工艺过程中可能出现的问题进行分析研究,设计一种新的光纤埋入结构。对光纤埋入工艺与光纤断裂机理进行理论分析;基于有限元理论建立光纤埋入结构的仿真模型,对光纤埋入工艺进行数值模拟分析。结果表明,填充环氧树脂胶可降低层压过程中光纤所受最大应力,并且刻槽形状对光纤所受最大应力也有影响。设计一种新的槽型结构并对它进行了光纤埋入过程中的应力分析,研究光纤所受最大应力与槽底角度和侧壁间距的关系,并结合工程实际,分析了光纤尺寸公差和划片机加工精度对其应力的影响。研究表明,该板级电路光纤埋入结构设计在保证光路对准的基础上,制造过程中光纤所受的最大应力明显降低,具有较好的可加工性。

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大中型光学元件高效精密磨削技术研究综述

金滩, 李平, 肖航, 吴耀

机械工程学报. 2016, 52(9): 165-375. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.165

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近年来,大中型光学元件(包括平面、球面、非球面及自由曲面)在大型天文望远镜、高功率激光核聚变装置及精密光学测量装置的应用日益广泛,其大批量生产需求驱动了高效精密磨削技术的长足发展。然而,超精密大中型光学元件的短周期、大批量生产对现阶段光学制造能力提出了巨大挑战,同时也推动着其磨削装备技术和磨削工艺技术向更高效率、更高精度及更高自动化水平的方向发展。系统总结大中型光学元件磨削装备技术中机床整机、主轴单元、进给工作台、数控系统和磨削工艺技术中脆性材料塑性去除机理、磨削工具、磨削液及其注入方式、工艺路线规划、检测、误差建模及补偿、环境监控等技术的研究现状,并对上述关键技术问题进行详尽的分析。同时,提出解决上述问题的可能性对策,预测和展望大中型光学元件高效精密磨削技术未来发展趋势。

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圆柱齿轮滚切多刃断续切削空间成形模型及应用

陈永鹏, 曹华军, 李先广, 陈鹏

机械工程学报. 2016, 52(9): 176-183. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.176

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滚切加工作为当前圆柱齿轮制造应用最为广泛的工艺具有高效但成形过程复杂的特点。基于展成原理,由规则分布在滚刀基本蜗杆螺旋面上的一系列切削刃相继从圆柱齿坯上切除材料,最终包络形成渐开线齿面。研究其成形原理可以为提升该工艺性能提供有效指导。针对齿轮滚切工艺过程多刃切削成形特征,建立圆柱齿轮滚切的空间成形模型。基于滚刀几何结构参数的理论约束关系,建立滚刀切削刃序列的参数方程;根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定滚切过程中滚刀与工件的空间位置和运动关系,并基于空间运动学方法推导求得滚刀刀刃序列形成的空间成形曲面参数模型;采用离散数值方法获得滚切过程中的切屑几何形态及切屑厚度,并根据切屑几何计算各刀刃去除材料时的瞬时主切削力。该模型可以为滚切工艺参数优化、滚刀几何设计等研究提供支撑。

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基于斜角切削的曲线端铣切削力建模

罗智文, 赵文祥, 焦黎, 高守锋, 刘志兵, 颜培, 王西彬

机械工程学报. 2016, 52(9): 184-192. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.184

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切削力预测是制定与优化加工工艺的重要环节。针对曲线端铣加工过程,提出一种基于斜角切削的切削力建模方法。将刀具沿轴向微分,以曲线微分几何计算微元刃上的工作基面。在微元刃的工作法平面参考系中,应用最小能量原理,构建微元刃中力矢量、速度矢量、流屑角、法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等切削参数之间的约束。以单齿直线铣削试验对切削参数进行标定,其中法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等可表示为瞬时未变形切屑厚度的函数。选取高强度钢 PCrNi3MoVA试件,分别进行圆弧和Bézier曲线端铣加工试验。试验结果表明,曲线端铣时切削力的变化与瞬时进给方向和曲线曲率相关。切削力预测值的幅值大小和变化趋势与试验值一致,验证了该切削力建模方法的有效性。

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新型点磨削砂轮磨削力模型及试验研究

尹国强, 巩亚东, 温雪龙, 张益阔, 程军

机械工程学报. 2016, 52(9): 193-200. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.193

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点磨削砂轮轴线与工件轴线之间存在倾斜角α,磨削过程中磨粒的运动轨迹改变,点磨削力及理论模型也随之变化。以传统磨削力理论为基础,利用点磨削模型的转换,建立点磨削力理论模型,通过试验验证理论模型的正确性。试验结果表明：模型的计算值与试验结果的趋势一致,数值相近。点磨削力模型为实际加工提供一种辅助和验证方法。同时提出一种带有粗磨区倾角θ的新型点磨削砂轮,在点磨削力模型的基础上,做了进一步研究,建立新型砂轮的磨削力分配模型。通过点磨削试验对该模型进行试验验证,用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削阶梯轴。试验表明：模型分析结果与试验结果一致,在相同磨削参数下,带有粗磨区倾角θ的新型点磨削砂轮的磨削力要小于θ=0°的传统点磨削砂轮磨削力,磨削力随着θ角的增大而减小。此外,还可以得出磨削参数倾斜角α、磨削深度a_p和砂轮速度v_s对点磨削力的影响规律。

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基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床研制

吉日嘎兰图, 李晓天, 刘凯, 张善文, 巴音贺希格, 齐向东, 唐玉国

机械工程学报. 2016, 52(9): 201-207. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.201

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采用圆弧刃光栅刻画刀具,实现在线换刃技术是解决光栅刻画刀具使用寿命问题的一种有效的途径。在线换刃圆弧光栅刻画刀具对刃口质量及精度要求高,刃磨制作工艺难度大,且国内外市场几无此类刃磨设备,需要自行设计制作圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床。在圆弧刃光栅刻画刀具刃磨试验设备设计制作及圆弧刃光栅刻画刀具刃磨制作工艺研究基础上,针对圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨特点,设计新型的基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床;根据传统机床的设计程序,对刃磨机床的功能、总体设计及详细结构设计展开研究,并对施载与微进给机构进行了振动分析,排除了出现共振的可能性。最后完成了该机床的机械装调,并刃磨制作一把圆弧刃光栅刻画刀具,其定向角∠D=63 °,刀尖角∠J=90 °,刃圆半径R=8.56 mm,在460倍体视显微镜下观察无崩口等缺陷,刃口弧线清晰可见。刀具检测及观测结果表明,所设计的圆弧刃刀具刃磨机床适用于圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨制作,所采用的分析及设计方法对圆弧刃刀具刃磨机床及其他机床的设计和研制具有实际指导意义。

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电火花加工单脉冲放电通道直径扩展规律研究

常伟杰, 陈远龙, 张建华, 徐斌, 方明

机械工程学报. 2016, 52(9): 208-212. https://doi.org/10.3901/JME.2016.09.208

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电火花加工的加工表面是由一系列的脉冲放电凹坑叠加而成的,因此研究单脉冲放电通道直径的扩展规律,对研究电火花加工的工艺规律以及加工表面质量预测等具有非常重要的意义。研究脉冲放电通道的形成与扩展机理,讨论电压、极值电流、脉宽等放电参数对放电通道直径扩展的影响,并根据理论推导建立了单脉冲放电通道直径扩展的数学模型。以煤油作为电介质工作液开展了单脉冲放电试验,使用超景深显微镜对单脉冲放电凹坑的直径进行了测量,并把测量得到的单脉冲放电直径数据代入建立的数学模型进行回归求解。回归公式的计算值与试验测量得到的单脉冲直径数据吻合度较高。

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2016年, 第52卷, 第9期　
刊出日期：2016-05-05

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