中国机械工程

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2011年第6期版权页和目次

J4. 2011, 22(6): 0.

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基于灰色关联分析的平面磨削工艺参数优化

李郝林, 王健

中国机械工程. 2011, 22(6): 631-635.

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通过分析表面粗糙度和平面度,运用灰色关联分析方法来优化平面磨削中的工艺参数(砂轮转速、进给方式、进给速度、磨削深度、磨削液浓度和磨削时间等)。在实验中,使用正交排列来设计实验,通过计算得到灰色关联度,从而决定最优的工艺参数。实验结果表明,通过该方法可有效地减小平面磨削中的表面粗糙度和平面度。

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气动减压阀流量特性连续测量方法的研究

王涛, 姚蘅, 彭光正

中国机械工程. 2011, 22(6): 636-641.

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ISO6953和GB/T20081中,测量带溢流机能的气动减压阀的流量特性时正向流和溢流两个测试过程需分开进行,为此提出采用带大溢流功能的电控减压阀作为被测减压阀负载压力和流量的调节器件,并采用具有双向流量测量功能的流量计,通过正向最大流量到溢流向最大流量的连续设定,实现压力和流量的连续测量,从而测出减压阀的流量特性,简化了实验回路,减少了测试设备的交换及其产生的测量误差,提高了测试效率,节省了空气使用量。

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新型内齿式双定子直线振荡电机

雷美珍, 戴文战, 夏永明, 王立强

中国机械工程. 2011, 22(6): 642-647.

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普通双定子直线振荡电机定子间隔处存在较大漏磁,降低了永磁体的利用率。为减小电机漏磁,设计了一种新型的内齿式双定子直线振荡电机。介绍了该新型电机的基本结构,推导出了电机电磁推力的解析公式,并通过准二维参数化有限元分析验证了其正确性;在此基础上,进一步分析了电机的气隙磁场分布,计算了不同电流和位置下的电磁推力;最后分析了该新型直线振荡电机的机械振动特性。通过与普通双定子直线振荡电机进行对比发现:内齿式双定子直线振荡电机在双定子间隔处的漏磁明显减小;在满足同一有效行程条件下,永磁体的轴向长度减小了约17%。对比结果证明了该设计的有效性。

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对数曲面楔块的PCE型离合器动力学特性分析

吴凯, 严宏志, 何明生, 谭援强

中国机械工程. 2011, 22(6): 647-651.

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在分析强制连续约束型离合器（PCE型离合器）结构和工作原理的基础上,对离合器关键零件——楔块进行了设计,并构造出了对数曲面楔块与单圆弧曲面楔块PCE型离合器的三维模型。将模型导入ADAMS中进行动力学仿真,模拟了离合器楔合过程的动作过程。对两种离合器的楔合时间、接触力及溜滑角等参数的分析表明,对数曲面楔块的离合器楔合迅速,其瞬态冲击力与稳态接触力小于单圆弧曲面楔块离合器的瞬态冲击力与稳态接触力。

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基于非概率区间模型的可靠性分析与优化

韩志杰, 王璋奇

中国机械工程. 2011, 22(6): 652-656.

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根据影响目标零件结构参数变化因素以及材料性能参数的区间特性,采用可靠性分析技术与结构优化方法,对目标零件结构的控制参数、材料强度及载荷分布等参量的不确定性进行分析,通过对非概率区间可靠性进行分析,构造出结构失效概率度量的可靠性指标,结合区间约束的n维复形调优算法,获得了结构参数的最优结果。以钢坯吊具钳板为例,验证了该方法的实用性和有效性。该方法为基于可靠性的产品设计提供了新的途径。

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双圆弧谐波齿轮传动基本齿廓设计

辛洪兵

中国机械工程. 2011, 22(6): 656-662.

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在研究圆弧齿廓谐波齿轮传动啮合原理的基础上,提出了双圆弧谐波齿轮传动柔轮和刚轮基本齿廓设计方法。该基本齿廓可以保证啮合过程中,柔轮和刚轮齿廓始终处于共轭运动状态,特别在啮合过程中,存在柔轮凸齿廓和凹齿廓分别与刚轮凹齿廓和凸齿廓同时处于共轭运动的“双共轭”啮合区间,这对于提高双圆弧谐波齿轮传动扭转刚度和传动精度具有重要作用。开发了椭圆凸轮波发生器双圆弧谐波齿轮传动基本齿廓,根据该齿廓设计制造了双圆弧谐波齿轮滚齿刀、双圆弧谐波齿轮插齿刀和双圆弧谐波齿轮传动样机。对比分析与实验表明,与渐开线齿廓相比,双圆弧齿廓谐波齿轮传动的柔轮强度、传动精度和扭转刚度等明显提高。

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γ-TiAl深孔钻削技术初探

陈鑫, 朱林

中国机械工程. 2011, 22(6): 663-666.

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γ-TiAl合金具有耐高温、抗氧化、密度低、比强度和比刚度高等特点,但其高强度、高硬度和高脆性也给机械加工带来了很大困难,这在深孔钻削中尤为突出。在研究γ-TiAl合金切削性能的基础上,针对γ-TiAl合金的特点,选用三种国内常用的硬质合金刀片,对γ-TiAl合金进行了深孔钻削试验,结果表明：YG8硬质合金较适合用于钻削γ-TiAl合金;钻头角度应选择零前角或者微负前角（γ_o=-1°）以及尽可能大的后角（α_o为10°～12°）。

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混合输入冲压机构的运动学分析及参数优化

傅蔡安, 陈文

中国机械工程. 2011, 22(6): 666-670.

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简述了混合输入冲压机构的原理,对所提出的混合输入冲压机构进行运动学分析,在已知输出运动规律的条件下,求得辅助驱动的位置、速度、加速度规律。由ADAMS软件完成该机构的仿真分析,同时利用该软件的参数优化模块实现了机构参数的优化分析,改进了冲压机构的运动性能。研究结果对提高零件加工质量及模具寿命具有重要意义,同时为混合输入冲压机构在工程中的应用提供了参考。

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基于有限元法的永磁直线同步电动机动子瞬态振动预测

宁建荣, 夏加宽, 沈丽, 王成元

中国机械工程. 2011, 22(6): 671-674.

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提出在设计阶段进行永磁直线同步电动机动子振动预测的方法。利用有限元分析方法对电动机动子进行动力学计算,获得加速度频响函数;对电动机进行电磁力分析,建立电磁力、电流的关系;利用MATLAB对电动机进行瞬态运行仿真,获得瞬态电磁力;运用加速度频响函数得到动子瞬态加速度响应。仿真结果显示:瞬态比稳态振动更复杂。该方法为永磁直线同步电机的优化设计提供依据。

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基于信息加工的机构设计原理与过程CAD

张晓钟, 杨哲, 罗丹

中国机械工程. 2011, 22(6): 675-680.

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依据信息加工观,研究了机构设计过程的基本思想、方法与技术。通过分析机构设计过程在人脑与计算机中的表征形式、演变过程与相应的信息处理方法,提出信息加工观下的机构设计原理及其CAD技术框架,并就参数化技术下的机构行为分析、基于实例与仿真的性能分析CAD方法进行了探讨。给出了基于语言文字的抽象概念信息处理方法、基于属性特征匹配的抽象与形象表征形式转换方法、基于辅助基准装配的机构方案与性能设计方法。以连杆机构方案创新设计为例,实现了人机交互环境下的智能化、自动化设计过程。

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非完整约束AGV轨迹跟踪的非线性预测控制

赵韩, 尹晓红, 吴焱明

中国机械工程. 2011, 22(6): 681-686.

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针对存在非完整约束和控制输入约束的三轮AGV模型,研究其非线性模型预测控制策略,提出了一种跟踪与镇定统一控制算法。首先由模型预测控制原理产生一个优化控制器,接着设计终端控制器及不变终端域来保证系统的镇定,然后设计状态观测器以进一步提高跟踪精度,最后设计避障控制模块来完善整个控制器功能。该控制算法具有一般性,对所有AGV及其他轮式移动机器人的运动学模型都适用。计算机仿真结果验证了该控制算法的正确性和有效性。

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基于局域波法和SVM模型的往复机械故障预测方法研究

别锋锋, 刘扬, 周国强, 吕凤霞

中国机械工程. 2011, 22(6): 687-691.

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针对往复机械系统工况的动态特性,提出了一种基于非平稳振动信号局域波分析和支持向量机（SVM）的故障预测方法。对于往复机械的振动监测信号,利用局域波法获得其中所包含的特征信息,以此作为预测模型的数据源;采用

SVM作为预测手段,将局域波时频谱中所包含的局域波分量特征信息作为预测控制模型的输入量。该方法应用于工程实践中,有效地提高了预测精度,并为设备的工况和剩余寿命定位提供了依据。

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支持铁路货车快速设计的知识模型研究

姚佳, 郭宇

中国机械工程. 2011, 22(6): 691-696.

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为了适应快速设计的需求,在对设计知识进行分析的基础上构建了用于组织设计知识的设计流程;从设计约束、设计流程出发,以设计知识间的关联为基础,分别利用关键词匹配和模型设计参数值匹配的方式,向设计人员提供全面的设计工具与参考知识集和模型集,并实现个性化的提供方式;在此知识模型基础上建立面向重用的设计过程模型,以适应快速设计的需要。某铁路货车企业快速设计系统中的验证结果表明,该知识模型能有效地为产品快速设计提供设计知识。

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一种新型串联中医推拿机械臂的机构综合和工作空间分析

谢俊, 匡俐辉, 马履中, 杨启志

中国机械工程. 2011, 22(6): 697-701.

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针对中医推拿的按、揉、滚、振4 种推拿手法,从型综合方面对推拿机器人机械臂进行结构设计,采用Denavit-Hartenberg法,通过齐次坐标变换,建立了机械臂的运动学模型,并对其正运动学方程进行了求解。基于图解法对推拿机械臂工作空间进行分析,得知推拿机械臂大小臂长度应相等。同时,基于蒙特卡罗原理,通过MATLAB编程对六自由度推拿机械臂的工作空间进行了数值解的描绘,结果表明,推拿机械臂的工作空间内部工作点密集且分布均匀,满足推拿动作高效作业的要求。

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变送粉量法斜坡薄壁件的激光熔覆成形研究

王续跃, 郭会茹, 徐文骥, 郭东明, 王连吉

中国机械工程. 2011, 22(6): 701-705,714.

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为解决采用2.5D切片分层成形时的台阶效应问题,建立了变厚度切片成形几何模型,研究了变送粉量法激光多层熔覆成形对斜坡薄壁件几何形状精度的影响。在单道熔覆范围内,每熔覆2mm长改变一次送粉量,送粉量从0.5g/min近似连续地增大到3.0g/min,获得沿熔覆长度方向、高度从0.05mm近似线性地增大到0.46mm的单道单层熔覆层。用MATLAB仿真斜坡和“山”形薄壁件的成形过程,规划出了正确的扫描路径。采用仿真得到的扫描路径,对316L不锈钢粉末进行多层熔覆成形实验验证,成形出了表面较光滑且具有3.37°倾角的斜坡,有效减小了分层成形的台阶效应对斜坡薄壁件几何形状精度的影响。

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基于最小二乘映射的多参数结构问题快速计算方法

陈沛, 韩旭, 姜潮, 张正

中国机械工程. 2011, 22(6): 706-709.

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针对机械工程中复杂结构多参数问题,提出一种新的基于最小二乘映射的减基法。该方法通过在参数域采集样本点,计算系统在有限个样本点下的响应以构造减基空间,利用最小二乘映射把原方程向减基空间进行投影得到减缩方程,在减基空间快速求解该减缩系统,获得原问题的减缩解,并把减缩解还原到原空间,得到问题的近似解。当系统参数发生变化时,能通过减缩系统快速得到新参数下的响应,极大地提高了计算效率。最后将该方法用于赛车车架刚度计算,结果表明方法是有效且可靠的。

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一种基于灰色预测模型的预测桁架结构疲劳寿命的数值方法

李源, 韩旭, 姜潮, 王林军

中国机械工程. 2011, 22(6): 710-714.

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以超静定桁架结构为研究对象,提出了一种基于灰色预测模型（GM）的预测桁架结构疲劳寿命的数值方法。分析了对数阶次处理的原则,确定了适合桁架结构疲劳寿命预测的阶次;修正了临界失效元件识别参数的定义,使约界参数的选择更加精确;在主要疲劳失效模式搜寻前增加了临界失效内力判据,减小了识别失效模式算法的计算量;应用改进的灰色预测模型估计威布尔分布函数,预测出不同可靠度下的桁架结构疲劳安全寿命。所提供的十杆桁架结构的算例证明了该数值方法的有效性。

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预测高速混合球轴承的滑动与自旋摩擦功率

喻炜, 任成祖, 刘胜超, 王东峰

中国机械工程. 2011, 22(6): 715-719.

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高速工况下,轴承摩擦发热量剧增,因此预测球在内外圈滚道的滑动和自旋摩擦功率对高速球轴承的选用、分析和优化意义重大。用刚柔混合动力学有限元法仿真高速混合球轴承,结果显示,轴向载荷从16kN到24kN、内圈转速在较大范围内变化时,球在内外圈的旋滚比（球自旋角速度与滚动角速度之比）、自旋摩擦功率分别大致相等,分析高速混合球轴承滑动与自旋摩擦功率时不宜忽略球在外圈的旋滚比。适当增加轴向预载可以显著减小内圈旋滚比。

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基于数字水印的二值图像认证算法

王春娴, 李会山, 朱运利

中国机械工程. 2011, 22(6): 719-722.

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提出了一种新的用于二值图像完整性认证的水印算法。将二值图像像素划分为可翻转像素和不可翻转像素两种类型;在水印生成过程中,将不可翻转像素作为Hash函数的输入生成与图像内容有关的认证信息,并利用混沌序列对认证信息和图像所有者信息进行加密生成水印信号;将水印信号替代可翻转像素,完成水印的嵌入。实验结果表明,该算法实现了水印的盲检测,可以精确检测到水印图像的一个像数点的改变,并且在图像未经处理的情况下可以实现图像的所有者认证。

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汽车结构件级进模的料带优化设计

聂昕, 成艾国, 申丹凤

中国机械工程. 2011, 22(6): 723-728.

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以某汽车前纵梁加强板为例,通过对级进模冲压过程进行模拟,预测生产中可能出现的传送带变形、毛坯展开不准确、成形缺陷等问题,并提出采用手动修改与比例因子法相结合的方法对料带进行优化设计。实际生产验证了该方法的优越性,所得结果为实际调试模具提供了依据,可大大缩短模具开发周期,节约模具成本。 

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机织复合材料双球型冲压的有限元模拟

Zia-Ur-Rehman, 彭雄奇, 石少卿, 丁纺纺

中国机械工程. 2011, 22(6): 728-731.

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利用基于连续介质力学的有限元法对机织复合材料织物的冲压过程进行了模拟仿真。一个非正交本构模型被用来描述机织复合材料在大变形下由于经纱和纬纱之间角度变化所引起的非线性各向异性材料行为。利用双球形基准冲压模拟装置对平纹机织复合材料进行常温下的冲压成形模拟仿真,编写了ABAQUS/Standard中的用户材料子程序来描述机织复合材料的材料属性。模拟结果与实验结果对比表明,机织复合材料冲压成形模拟分析结果与实验结果具有良好的一致性。

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基于冲杯边缘线的各向异性参数反求

崔付刚, 李光耀, 刘迪辉, 李方义

中国机械工程. 2011, 22(6): 732-735.

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提出一种基于试验冲杯边缘线反求薄板金属各向异性参数的方法。首先通过冲杯试验及逆向技术获取冲杯试件边缘线;然后以各向异性参数为反求变量,以仿真冲杯边缘线与试验冲杯边缘线的逼近程度为目标函数,结合数值仿真和多岛遗传算法反求各向异性参数。算例表明,该方法能够在简单试验条件下快速地获得具有较高精度的材料各向异性参数,对提高冲压仿真的预测精度有一定借鉴意义。

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金属成形无网格法分析中任意形状接触的处理方法

宋小文, 苏建民, 王耘, 胡树根

中国机械工程. 2011, 22(6): 736-743,747.

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着力于研究任意形状接触界面处理方法,在一体化接触搜索算法基本思想的基础上,提出了一种使用子域分割接触界面投影区域进而实现接触区域快速搜索的算法——投影子域法。用罚函数法计算接触力,将其虚功率引入求解方程,实现了接触界面上的约束处理。该方法速度快,实施方便,可用于无网格方法分析塑性成形过程。算例结果说明了方法的有效性和高效性。

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客车车身侧围溢流孔开口位置对比研究

屈丹, 赵昕, 那景新, 王秋林, 高剑峰

中国机械工程. 2011, 22(6): 744-747.

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根据承载式客车车身结构的实际生产工艺和结构特点,提出一种研究客车车身骨架接头溢流孔不同开口位置对接头局部应力影响规律的方法。在此基础上选取了某客车侧围的一组接头,在整车满载弯曲、单轮悬空工况下,对不同溢流孔孔位的应力状态进行了对比分析,总结了溢流孔开口位置对接头局部强度的影响规律,为车身电泳工艺中溢流孔的设计提供参考。

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基于模糊综合评价的车身曲面品质分析

王正如, 梁晋, 王立忠, 梁新合

中国机械工程. 2011, 22(6): 748-751.

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为了精确评价车身曲面品质,在综合考虑曲面精度和光顺性的基础上,确定了汽车车身曲面品质的评价因素集。采用层次分析法确定各个评价因素的权值,利用模糊分析与人工神经网络相结合的方法建立了汽车车身曲面品质分析模型。经训练测试,验证了该评价模型的准确性。

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汽车碰撞预警与碰撞吸能技术结合的CST控制系统

杜青云, 雷正保, 魏书彬

J4. 2011, 22(6): 751-755.

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为了使螺纹剪切式（CST）碰撞吸能装置能像安全气囊一样,在汽车遇到危险时能够被迅速推出,以单片机控制系统为核心,设计了一种汽车碰撞预警和碰撞吸能技术相结合的CST控制系统。控制单元通过接收路面条件开关信号及车速传感器的车速信号进行数据处理,计算出汽车此时应保持的安全距离,并将该安全距离与毫米波雷达所测实际距离进行比较,一旦实测距离小于安全距离则启动报警单元。根据上述控制系统制作了一个相应的电路板,从而证明了系统的可行性。

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2011年, 第22卷, 第6期　
刊出日期：2011-03-25

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