机械工程学报

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李启行, 王维民, 刘宾宾, 高金吉

机械工程学报. 2017, 53(23): 1-6. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.001

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随着高端透平机械的发展，迫切需要准确预测转子系统的模态阻尼以确保在工作条件下稳定运行，而准确可靠的辨识出轴承的动力学性能参数是先决条件。通过电磁轴承作为激振器给柔性转子施加激励力，并综合多截面测点的转子振动信息准确识别转子的轴承参数。将转子-轴承系统转换为被控对象和控制器的闭环控制系统，从而把轴承参数的识别问题转为控制系统的控制器参数识别，解决传统识别方法转子轴承中心和振动位移测量点不一致的情况，并且可提高参数识别的准确度。建立高精度的转子有限元模型进行基于模型的参数识别，并开展试验研究以验证该方法的可行。通过使用识别的轴承刚度阻尼参数预测的转子稳定性参数（固有频率与对数衰减率）与通过传统的扫频激励的测量方法得到的结果相比较，验证该方法的准确性。该识别方法可为轴承参数的辨识提供便捷的方法并为提高高端透平机械的稳定性设计提供理论和技术基础。

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螺旋槽干气密封稳态特性分析模型的对比研究

胡松涛, 黄伟峰, 刘向锋, 王玉明

机械工程学报. 2017, 53(23): 7-13. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.007

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干气密封的稳态特性是密封设计中的重要依据和指标。干气密封稳态特性可通过基于轴向力平衡的静态模型和轴向-角向耦合的动态模型两种途径获得。基于上述两种模型间存在的差异点，就动环偏摆角、静环静态偏摆角和副密封阻尼展开参数研究，讨论两种模型计算所得的稳态特性（膜厚与泄漏率）之间存在的差异，进而给出它们在干气密封稳态特性研究中的适用性分析。计算中，动力学方程和流场方程分别采用有限差分法和有限元法进行离散求解，以膜厚与泄漏量为稳态特性的主要指标。结果表明，当副密封阻尼较小时，角向偏摆角对于静环稳态特性的影响极小，可用静态模型来近似动态模型，以简化计算过程和缩短计算时间。而当副密封阻尼较大时，密封动静环的角向相位差较大，显著地影响密封静环的稳态特性，使用静态模型获得的结果与动态模型的结果差别较大，而且此时前者无法反映由于静环角向追随性较差引起两环端面易发生接触的问题，因此大阻尼情况下宜采用动态模型。

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圆环薄板类构件畸变相似关系的确定方法

罗忠, 王有, 韩清凯, 江志农

机械工程学报. 2017, 53(23): 14-19. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.014

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针对圆环薄板类构件由不完全几何相似模型（即畸变模型）试验结果来预测原型固有特性的问题，基于圆环薄板的本构方程得到了圆环薄板模型和原型的完全几何相似关系。在建立圆环薄板结构参数对固有频率的敏感性与相似因子指数的比值关系基础上，提出圆环薄板不完全几何相似模型与原型的动力学相似关系（即畸变相似关系）的确定方法。研究发现，畸变相似关系随所研究固有特性阶次的不同而不同，其与圆环薄板参数对固有特性的敏感性相关。通过算例对所提出确定方法的正确性进行了验证。

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整体齿轮压缩机复杂系统临界负荷故障现象及机理研究

张明, 江志农, 朱俊, 高金吉

机械工程学报. 2017, 53(23): 20-25. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.020

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整体齿轮压缩机具有结构紧凑、效率高等特点，广泛应用在现代流程工业中。通过对实际生产中的一台整体齿轮压缩机监测，发现由于负荷调整而导致的共振现象，称为临界负荷故障。通过公式推导建立了支承刚度与临界转速之间的关系，并揭示了临界负荷故障机理。以某整体齿轮压缩机为研究对象，使用DyRoBes软件建立了该压缩机齿轮系统模型、轴承系统模型以及转子系统模型，并对比分析了负荷对齿轮系统、轴承系统和转子系统的影响，计算获得了该压缩机3个输出轴负荷与临界转速的关系。通过对比3个输出轴的额定工作转速与模型计算结果发现：该压缩机3个输出轴在负荷调整过程中，均可能发生临界负荷故障，使用多项式拟合负荷与临界转速的关系，进而计算得到3个输出轴发生临界负荷故障现象时的负荷。

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往复压缩机流量无级调节系统动态特性研究

刘广彬, 唐斌, 赵远扬, 李连生

机械工程学报. 2017, 53(23): 26-31. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.026

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基于主动控制吸气阀原理的流量调节系统具备调节范围宽、速度快、稳定可靠等优点，在大型工艺往复压缩机中具有较大优势，调节系统动态特性是衡量调节性能的重要指标。建立了耦合控制系统、液压系统、执行机构等组件的数学模型，分析了排气储罐内气体压力、阀片位移、缸内气体压力、控制角度等特性参数的变化规律。结果表明：调节工况下阀片打开过程早于执行机构，随后共同复位，且复位过程中存在微小碰撞。利用排气储罐内气体压力间接控制压缩机排气量的方法存在调节滞后性，造成罐内压力脉动增大，低流量时更加明显。调节过程中阀片位移与缸内气体压力均具有周期性变化规律，PID参数的欠优化导致调节过程中多次出现最小控制角度，降低了调节系统的稳定性。

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基于专家思维的多维度故障诊断方法

马波, 高金吉, 江志农

机械工程学报. 2017, 53(23): 32-38. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.032

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针对目前专家系统诊断准确度不高的问题，提出一种基于专家故障诊断思维方式的多测点、多时间点、多敏感参数相融合的故障诊断方法。从故障诊断专家对设备异常进行分析诊断的思路出发，依据故障机理、故障响应特点及故障劣化规律，选择相关测点、多时间点的数据来构建敏感参数矩阵，并生成对应的故障矩阵和权重矩阵，对设备异常状态进行诊断。利用该方法对某石化一离心压缩机异常状态进行分析诊断，结论准确，且能避免不同时间点诊断结论冲突问题。

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五平行轴压缩机齿轮系统非线性动力学特性研究

任红军, 张昊, 于晓光, 孙伟

机械工程学报. 2017, 53(23): 39-45. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.039

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齿轮啮合式多平行轴高端压缩机在现代能源装备中十分重要，具有效率高，造价低，结构紧凑优点，其重要特征是多个转子通过齿轮啮合而成，使得整个转子系统的动力学特性十分复杂，这也造成了齿轮非线性啮合特性会对机组工作性能产生明显的影响。以某五轴压缩机的齿轮系统为研究对象，建立考虑齿轮时变刚度，齿侧间隙以及齿轮啮合误差的系统动力学模型，并对建立的系统的模型进行了无量纲处理。利用数值分析方法计算分析了不同啮合频率以及不同负载作用下齿轮系统的响应特性及其复杂动力学行为。计算结果表明，由于轮齿间的啮合与冲击作用，齿轮系统会随着啮合频率的变化出现明显的非线性现象；通过控制负载可以减小齿轮的冲击现象，进而保证齿轮系统工作在特定的振动状态。

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基于多源信息融合的往复式压缩机故障诊断方法

张明, 江志农

机械工程学报. 2017, 53(23): 46-52. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.046

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往复式压缩机结构复杂，振动激励源多，故障关联性较强，需要依靠多种类型的传感器所采集的信息来对往复式压缩机故障进行诊断。在融合往复式压缩机多种类型传感器采集的特征信息基础上，提出一种基于多源信息融合的往复式压缩机故障诊断方法，构建信息融合诊断框架。利用往复式压缩机多种类型传感器所采集的数据信息构建特征证据体，使用径向基神经网络对每个证据体进行初步诊断，根据加权证据融合理论融合各个证据体初步诊断结果，得到最终诊断结果。使用提出的方法对往复式压缩机3种工况的试验数据进行融合诊断，诊断结果表明：使用加权证据融合理论融合多源传感器信息的诊断结果可信度高，不确定性小，能够准确对往复式压缩机故障状态进行诊断识别。

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自标定重载并联四维测力台测量机理与标定试验

赵延治, 赵铁石, 曹虎成, 焦雷浩, 张晓辉, 陈冠宇

机械工程学报. 2017, 53(23): 53-61. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.053

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面向航空航天领域对重载大测力面积多维测力台研发的迫切需要，为克服现有多维力传感器研制后均需繁冗的加载标定，采用提出的多维力传感器“自标定”设计理念，通过构建机械解耦测力分支并辅以并联正交分布结构，提出一种新型弱耦合自标定重载并联正交四维测力台构型。基于滚动摩阻理论分析与论证其解耦测量机理与自标定原理。在此基础上，设计并研制了该自标定重载并联四维测力台及其标定加载系统，标定试验结果表明，该四维测力台最大测量误差为0.62%，最大耦合误差为0.56%，论证了其解耦及自标定特性，从而为该自标定重载并联四维测力台的实际应用奠定基础，也为研制大量程重载并联多维力传感器提供了新思路。

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张拉整体基本形体稳定构型理论

罗阿妮, 刘贺平, SKELTON R E, 车士俊

机械工程学报. 2017, 53(23): 62-73. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.062

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提出用统一的几何参数描述一维、二维、三维不同空间维数结构，通过几何参数变化，实现不同维数结构的无缝演化。以基本形体结构的几何参数和分形参数为基础，提出应用节点力平衡法，构建张拉整体基本形体稳定构型理论。建立了主分形参数与辅助分形参数及构件空间位置、结构几何参数的数学分析模型。确立出主分形参数与辅助分形参数构建自应力稳定基本单元结构，必须满足的映射关系。分析得出自应力稳定状态下，各个构件力密度间的函数关系。应用节点广义坐标结合构件连接矩阵、构件内力密度、系统力平衡，编写Matlab程序；输入基本体包络几何参数和主分形参数，程序即可自动完成辅助分形参数确定及所有构件矢量计算及其空间布置方式，实现自应力稳定基本单元自动构型。对于不同的分形参数构建起的自应力稳定结构进行分析比较，给出分形参数与结构几何参数、力密度、辅助形体参数之间的函数关系及变化趋势。

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具有连续转轴的对称2R1T三自由度并联机构型综合

李仕华, 田志立, 王子义, 韩雪艳

机械工程学报. 2017, 53(23): 74-82. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.074

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为综合出更多具有连续转轴的并联机构新机型，提出一种具有连续转轴的两转一移（2R1T）并联机构型综合新方法。运用螺旋理论，给出该类机构约束螺旋的空间布置，提出并联机构连续转轴的判别条件，确定分支运动副类型及空间位置关系。基于分支约束力与分支运动副之间的几何位置关系，证明了该类机构能够实现连续转动。利用该方法对具有平面上任意直线为连续转轴的对称两转一移并联机构进行综合，并仿真验证了研究结果的正确性。该综合方法简单、有效。

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新型机械式可控软启动变速器的设计

蒋澄灿, 芮延年

机械工程学报. 2017, 53(23): 83-91. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.083

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带重负载启动问题一直困扰着研究者和使用者。针对宽铅带双辊连铸机带重负载启动问题，通过对复合轮系的研究，利用行星轮系和周转轮系转化关系，设计一种新型机械式可控软启动变速器；构建机械式可控软启动变速器数学模型，在理论模型的基础上，对变速器的磁流变制动器、行星架等关键结构进行了较为深入的研究。对变速器带负荷启动过程速度变化、转矩变化以及变速器启动过程功率消耗等关键技术进行了试验研究。试验研究证明所设计的新型机械式可控软启动变速器具有结构简单、软启动性能好、运行平稳可靠，较好地解决了宽铅带双辊连铸机重负荷启动过程扭矩大，难以启动的问题。同时所研发的变速器与传统变速器相比具有功率消耗低，功率消耗约为同类产品80%～85%，其节能效果明显，可较好地满足宽铅带双辊连铸机带重负载启动要求。

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4-DOF混联机器人多能域动力学全解模型及试验

李永泉, 单张兵, 王立捷, 张立杰

机械工程学报. 2017, 53(23): 92-100. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.092

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以4-DOF混联机器人为研究对象，分析了混联机器人的运动学，接着基于传统键合图建立了系统驱动部分（电动机和气动部分）键合图模型，基于旋量键合图建立了系统机械本体动力学模型，由于系统的并联部分引入冗余驱动，提出了采用输入力矩优化的方法，增加了1个补充方程，最终得到了该机器人完整的机、电、气耦合的多能域系统动力学全解模型。冗余驱动分支在随动和施加优化得到的力矩（力/位混合控制）两种情况下，借助键合图自动化仿真软件（20-sim）进行多能域动力学仿真；并进行样机的控制试验，将仿真与试验得到的驱动力矩进行对比，验证了所建机器人系统多能域动力学模型的正确性。通过试验可以证明：力/位混合控制时样机运行更加平稳且能有效提高机构的运动精度。

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基于螺旋非圆齿轮变速装置设计研究

宋洪舟, 郑继贵, 侍威, 刘伟, 姚然

机械工程学报. 2017, 53(23): 101-107. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.101

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为增加变速器带载换挡能力，解决摩擦片发热烧毁等问题，提出利用非圆齿轮传动替代摩擦传动换挡结构；研究渐开线变厚齿面形成原理，通过增加共轭齿条周向纯滚动和轴向运动约束条件，建立螺旋非圆齿面包络加工数学模型，描述共轭齿条各段齿面失径，推导螺旋非圆齿面方程；利用数值计算实例验证了数学模型的正确性，分析非圆齿的几何特征与轴向移动速度之间的关系，说明共轭齿面仍为线接触；通过对锥齿轮组进行详细设计与动力学仿真，结果显示角速度输出曲线较为平稳，仍存在一定轻微冲击；搭建基于机电检测方案的锥齿轮组自动变速装置试验平台，实现了档位自动变换功能，进一步验证了螺旋非圆齿轮基本啮合原理且锥齿轮组改造设计方案具备一定的可行性。

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浮环轴承稳态热流体动力润滑分析

裴世源, 徐华, 石放辉

机械工程学报. 2017, 53(23): 108-115. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.108

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环速比是影响浮环轴承静动特性的关键运行参数，大量试验数据表明浮环轴承环速比与工作转速的呈强烈的非线性关系，而理论对环速比的预测还存在较大偏差，针对该问题，建立了浮环轴承的稳态热流体动力润滑润滑模型，计算了典型工况下轴承的动静特性参数，研究了等温、导热和绝热情况下环速比、温升、功耗和偏心率等关键参数随转速的变化规律，分析了浮环材料对环速比的影响，探讨了传统环速比解析计算公式的适用范围.研究发现：等温模型在大部分转速范围内均严重高估了环速比，而基于导热模型的计算结果与试验结果吻合良好，随着转速的升高，理论和试验结果均显示环速比先急速上升后逐渐下降，在中高转速下内外膜的黏度差异和热变形是环速比快速下降的两个重要因素，同时，使用高热膨胀系数材料的浮环会导致环速比进一步降低.因此，热效应是浮环轴承设计过程中必须要考虑的因素.

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考虑载荷随机性的可行域调整的结构拓扑优化设计

石军, 荣见华, 俞燎宏, 唐承铁, 赵志军

机械工程学报. 2017, 53(23): 116-128. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.116

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考虑载荷大小和方向的不确定性，以结构柔顺度的期望和方差的加权和为目标函数，结构体积为约束函数，研究稳健结构拓扑优化方法。首先给出载荷大小和方向不确定情况下结构柔顺度期望和方差及其导数的显式近似式，而后改进可行域调整方案，提出具有收敛特征的稳健结构拓扑优化设计方法，探讨结构柔顺度期望和方差的权重因子以及随机量的方差对拓扑构型的影响。给出的算例表明，不论是确定载荷拓扑优化还是随机载荷拓扑优化，方法是可行和有效的，且可获得一系列清晰的拓扑构型和稳健的优化拓扑。

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高速高精度电主轴温升预测模型

张丽秀, 李超群, 李金鹏, 张珂, 吴玉厚

机械工程学报. 2017, 53(23): 129-136. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.129

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提出高速高精度电主轴温升预测模型，将有限元模型与试验数据相结合，精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型，分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响；考虑电主轴运行速度、载荷，设计电主轴损耗测试方法，将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据；考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响，采用最小二乘算法，基于电主轴表面温度测试数据，优化电主轴换热系数，并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型，将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明，换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%，提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。

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面向最优匹配位置的大部件自动对接装配综合评价指标

王皓, 陈根良, 黄顺舟, 陈坤勇

机械工程学报. 2017, 53(23): 137-146. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.137

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火箭、飞机、舰船等大型产品结构复杂，多为分段制造后进行总装对接，此类分段大部件对接质量直接影响总体装配质量。传统的对接装配工艺自动化程度低、过度依赖专用检具和人工经验。部件对接装配最佳匹配位置的确定，是提高大部件对接装配效率和质量关键之一，基于先进测量设备和自动化定位装备，建立面向大部件最优匹配位置的综合评价指标体系。首先，基于点集匹配、直线对齐、平面匹配和曲面匹配的数学模型，建立大部件对接结构中各关键特征的装配准确度评价指标；其次，从制造准确度和协调准确度两个方面构建大部件对接装配最优匹配位置的综合评价指标体系，为部件制造质量评估提供有效的评价方法，也为部件之间最优匹配位置求解提供目标；最后，基于实验室自主研发的大部件对接平台，以筒段模拟件对接为研究对象，验证了这一综合评价指标体系在指导大部件装配对接的有效性，与传统工艺相比，可直接保证最优对接位置，提高装配质量。

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正则多面体体胞结构创新设计与碰撞吸能特性分析

刘加添, 冯毅雄, 郑浩, 谭建荣

机械工程学报. 2017, 53(23): 147-156. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.147

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在多面体夹芯结构设计过程中，现有的研究中较少考虑体胞的形状和尺寸的演变过程，从而忽略了体胞的形状、尺寸参数的变化对结构碰撞吸能特性影响趋势的分析。基于折纸几何学的思想，提出一种能够变换出正棱锥和正棱台体胞结构的正则多面体体胞演变机理。引入相似比和裁剪比对体胞的形状和尺寸分开或同时讨论，得到能适应不同场合的体胞结构。定义体胞的阵列排布方式，得到上下嵌套的正则多面体夹芯结构。建立正则多面体夹芯结构碰撞模型，用有限元仿真分析冲击角度和形状、尺寸的变换参数对正则多面体夹芯结构碰撞吸能特性的影响，得到不同参数下，正则多面体夹芯结构的吸能特性的影响曲线图，为设计正则多面体夹芯结构提供参考。

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复合材料密封环局部高温热带生成的有限元建模与影响因素

宫燃, 车华军, 张鹤, 徐宜

机械工程学报. 2017, 53(23): 157-164. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.157

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结合密封环的工作特点和结构形式，提出密封环在接触过程中局部高温热带生成的模拟方法。基于伽辽金有限元算法，构建密封系统的热传导、热流密度、温度场扰动等非均匀特性的物理模型，及其各物理场之间的耦合关系，将密封环局部高温热带的热不稳定问题转化为矩阵行列式，并进行求解，可以获得在不同的摩擦条件下，发生局部高温热带的临界速度值。同时，模拟计算获得了临界速度与摩擦因数、弹性模量、导热系数、热膨胀系数和密封环尺寸的关系曲线。除导热系数外，其余几个因素对生成高温热带的临界速度影响较大。利用密封系统试验台进行结果分析和模型验证，在高温热带的临界速度方面，试验结果与模拟计算保持一致。通过扫描电子显微镜进行密封表面形貌分析，在试验速度高于临界速度的条件下进行试验后，密封表面出现明显的带状磨痕，与高温热带特征有较高的吻合度，表明有限元离散模型在密封热不稳定研究方面的适用性。

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四自由度压电微夹钳的设计

崔玉国, 王子宾, 马剑强, 郑军辉, 邬亮恩

机械工程学报. 2017, 53(23): 165-173. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.165

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为降低微夹钳前端执行机构的复杂度，探索四自由度压电微夹钳的实现问题。通过在被设计成夹钳形状的两个压电单晶片的非黏结面上制作相互绝缘的驱动电极，且使两个非黏结面上驱动电极相互对齐的方法，设计出了可同时产生夹持方向与垂直于夹持方向位移的四自由度压电微夹钳；采用压电悬臂梁变形理论，推导出了钳指位移同钳指几何参数、驱动电压的关系，进而在对钳指进行尺寸优化的基础上，采用有限元方法分析了其静动态特性；最后，对微夹钳的静动态特性进行了测试，结果表明：当驱动电压为60 V时，左钳指、右钳指在夹持方向上的位移分别为25.7 μm、26.1 μm，左、右钳指在垂直于夹持方向上的位移分别为33.5 μm、32.8 μm，钳指位移具有很好的重复性；微夹钳在夹持方向和垂直于夹持方向的固有频率分别为2.35 kHz、0.62 kHz；在15 V的阶跃电压作用下，微夹钳在夹持方向和垂直于夹持方向的响应时间均为0.23 s。

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多线切割中线网可靠度评价方法研究

黎振, 王敏杰, 蔡玉俊, 李国和, 潘鑫

机械工程学报. 2017, 53(23): 174-181. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.174

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在多线切割加工过程中，断线是最严重的质量事故往往导致昂贵晶体材料的报废。如何选择合理的工艺参数保证钢线可靠性成为实际生产中亟待解决的问题。提出一种多线切割线网可靠度的评价方法。假设不同磨损量下钢线的断裂强度符合威布尔分布，采用线性回归法求取不同磨损量下钢线断裂强度的威布尔参数，推导出磨损钢线可靠度与张力及磨损量函数关系，建立线网串联离散模型，结合可靠性理论评价线网可靠度。为了验证该方法的实际效果，进行加工实验对该方法进行验证。试验结果表明：威布尔分布能较好地描述磨损钢线的断裂强度分布；线网可靠度与钢线张力及线网磨损量存在复杂的非线性关系；当线网最大磨损量取4 μm，7 μm，10 μm不同值条件下，当张力小于25 N，线网可靠度差别小，随着张力进一步增大，线网可靠度呈现抛物线降低，线网最大磨损量越大，线网可靠度下降速度越快；在张力为20 N、25 N、30 N条件下，线网最大磨损量从2 μm到10 μm时，线网可靠度分别呈现接近直线、平稳下降、断崖式下降后趋于平稳下降三种完全不同的现象。线网可靠度评价方法为合理选择张力控制最大磨损量防止断线事故的发生提供了理论依据。

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面向降噪的蜗杆砂轮磨削齿面纹理改善方法

李国龙, 刘鹏祥, 周泓曲, 钟金童

机械工程学报. 2017, 53(23): 182-189. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.182

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蜗杆砂轮磨是广泛应用于中小模数齿轮的批量精加工方法，但在实际加工过程中，蜗杆砂轮磨齿易在齿向形成规则的平行齿面纹理，从而增大了齿轮的啮合噪声。分析磨削过程中蜗杆砂轮与齿轮的接触特性，建立了啮合方程和接触点方程，阐述了接触迹构成整个齿面的机理；分析蜗杆砂轮磨齿的磨削特性，建立瞬时接触点的磨削速度和形状模型，计算磨粒在齿面上的磨削路径，分析磨削特性对齿面微观几何结构的影响，得到齿面的整体纹理模型；结合齿面纹理与噪声激励的关系，分析出齿面规则纹理对齿轮噪声的影响机理，提出按照正弦函数变化的冲程变速蜗杆砂轮磨齿加工方法；进行了蜗杆砂轮磨削常规加工与变冲程速度加工的对比试验，结果表明，该方法加工的齿面接触点位置具有一定的随机性，形成不规则的齿面纹理，不同转速下齿轮啮合噪声声压级总值减小约3.5 dB，已经达到改善齿面纹理的效果。

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导光均光微槽透镜阵列精密磨削及其热压微成型

胡满凤, 谢晋, 刘继楠, 司贤海

机械工程学报. 2017, 53(23): 190-196. https://doi.org/10.3901/JME.2017.12.190

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薄壁LED照明依赖丝网印刷的微阵列导光板，但其表面油墨点阵易老化，且微结构很难优化。因此，在导光板表面设计出高斯分布的空间微槽透镜阵列，并采用数控微磨削技术对其进行加工，替代市面丝网印刷的2D微圆阵列。首先，用微光学原理模拟导光板导光效率和出光均匀度，优化微透镜阵列的形状、尺寸和分布。利用金刚石砂轮微尖端在PMMA导光板表面精密磨削出微透镜阵列，检测其导光效率及均匀性。最后，利用微磨削加工的微阵列成型钢模芯开发微透镜阵列的快速热压微成型工艺。微光学分析表明，微槽透镜阵列比微方形透镜阵列和微半球透镜阵列分别提高导光效率6%和15%。而且，微槽透镜阵列变间距高斯分布比等间距分布提高导光效率32%，提高出光均匀度73%。试验结果显示，微磨削可以控制微槽透镜阵列加工的表面质量和形状精度，应用于LED导光板后比丝网印刷的导光板提高导光效率7%和出光均匀度9%。此外，开发3 s的快速热压微成型工艺，可以加工出变间距和变深度的微槽透镜阵列，比丝网印刷的微圆阵列提高照度26%和出光均匀度49%。因此，微空间结构优化的微槽透镜阵列比丝网印刷的2D微圆阵列可附加出更高的微光学应用价值。

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基于改进Z-MAP算法的球头铣刀加工表面形貌仿真与试验研究

董永亨, 李淑娟, 李言, 李鹏阳, 杨振朝

机械工程学报. 2017, 53(23): 197-208. https://doi.org/10.3901/JME.2017.23.197

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基于时间步长法提出一种仿真球头铣刀加工表面形貌的改进Z-MAP算法。该算法在建立刀齿运动轨迹方程的基础上，使用随动矩形包围圈和角度累加法快速地获取工件上的瞬时被扫掠点，并引入牛顿迭代法求取这些点的高度坐标。无须对刀齿离散，不但突破传统Z-MAP算法中单位时间步长内刀齿离散段至多只能扫掠过一个工件离散点的限制，还可以获得更高的精度和效率。通过仿真分析进给行距、每齿进给量、刀具姿态和刀具进给起始相位差等参数对表面形貌及其表面粗糙度的影响规律，并选用航空铝合金7050进行了铣削加工试验验证，试验结果表明改进Z-MAP算法仿真结果与实际加工的一致性更高，对实际生产中加工参数的合理选择具有指导意义。

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2017年, 第53卷, 第23期　
刊出日期：2017-12-05

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