中国机械工程

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中国机械工程. 2016, 27(20): 0.

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基于压阻原理的磁流变减振器阻尼力传感器设计

董小闵;毛飞;魏燕

中国机械工程. 2016, 27(20): 2699-2704.

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为实现磁流变减振器运行中的健康状态监测并满足轿车磁流变减振器控制器阻尼力的需要,设计了一种可同时测量磁流变减振器压缩和复原行程中动态阻尼力的压阻式力传感器。根据汽车磁流变减振器的工作特性和压阻式压力传感器的设计原则,对阻尼力传感器进行了整体结构设计;采用理论计算与有限元仿真相结合的方法,以达到设计量程、获得较大灵敏度和固有频率为设计目标,确定了传感器芯片尺寸;通过分析论证,确定了传感器芯片型式、制作材料;研究了压阻系数与晶向的关系,确定了电阻排布方向和位置、电阻条尺寸、电阻条折弯数,完成了芯片的版图设计。

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基于粒子群算法的滚削齿面综合轮廓误差预测模型与试验研究

袁彬;韩江;吴路路;田晓青;夏链

中国机械工程. 2016, 27(20): 2705-2711.

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在配备有自主研发的数控滚齿系统的精密卧式滚齿机上,运用三因素两水平响应曲面法设计滚削试验,研究齿轮滚削加工刀具转速、轴向进给速度、背吃刀量对齿轮齿面轮廓误差的影响规律。根据试验结果,分析得出齿轮齿廓总偏差、齿轮螺旋线总偏差、齿距累计总偏差的预测模型及各工艺影响因素对齿面轮廓误差的作用显著程度,并以三个预测模型的附加权重值之和达到最小值为目标,建立可以评定多目标误差的齿面综合轮廓误差数学模型,运用粒子群优化算法对齿面综合轮廓误差数学模型进行分析优化,寻找最佳滚齿加工工艺参数。试验表明,采用粒子群优化算法对响应曲面法建立的齿面综合轮廓误差数学模型进行优化可以作为滚削加工前的工艺参数选取方案。

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工业机器人倍四元数轨迹规划算法的研究

李宏胜;汪允鹤;黄家才;施昕昕

中国机械工程. 2016, 27(20): 2711-2716.

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针对工业机器人在笛卡尔空间的轨迹规划曲线的平滑性与实时性,提出一种用于描述超球面旋转的倍四元数对机器人运动轨迹进行球面线性插补,并结合正弦波加速度曲线升降速控制算法对轨迹规划的速度进行控制,为机器人的轨迹规划提供了一种新的位姿规划的解决方案。在六关节搬运机器人控制系统平台上进行了仿真与试验,验证了该算法解决方案的有效性。

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凸轮轴高速磨削温度的实验研究

邓朝晖1 ;刘涛1;廖礼鹏1,3;刘伟1 ;万林林1;彭克立2

中国机械工程. 2016, 27(20): 2717-2722.

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为深入探讨凸轮轴高速磨削过程中磨削温度的演变规律,设计了基于红外热像仪的凸轮轴高速磨削工件表面温度的实验测试装置。采用正交试验法和单因素试验法设计磨削实验,开展了不同磨削工艺参数下的磨削温度实验,运用极差法和方差法综合分析了相关磨削工艺参数对磨削温度的影响规律,基于工件表面磨削温度和表面粗糙度分析了凸轮轴高速高效磨削的可行性,为解决凸轮磨削表面热损伤等问题提供了参考。

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脚踏式下肢康复训练机器人结构设计及运动学仿真

刘瑞素;邢新闯;刘亚男;叶协通;王永敏

中国机械工程. 2016, 27(20): 2722-2727.

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借助于Pro/E软件建立下肢康复训练机器人的三维模型并设计了可以改变步长运动和进行位姿调整的步态运动机构。通过实验,对下肢康复训练机器人的工作步速范围、负载能力以及下肢关节运动角度进行分析,验证脚踏式下肢康复训练机器人设计的合理性。对设计结构进行了运动学仿真,仿真结果表明该机构能够较好地模拟人的实际步态运动,符合下肢康复系统的整体要求。

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基于灰数逼近理想解排序法的夹具设计方案评价

张莉1; 冯定忠2;刘鹏玉1;祝书伟3

中国机械工程. 2016, 27(20): 2728-2734.

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夹具设计的优劣直接影响着工件的质量和精度。分析了定位基准的选择方法,构造了定位基准指标因子表达式,并建立了定位方案层次结构模型。在此基础上,建立了基于约束自由度因子、加工刚度因子和工艺成本因子等指标的夹紧方案评价模型。采用灰数逼近理想解排序法方法对定位方案进行了评价,并利用其评价结果对夹紧方案进行了评价。最后,通过实例验证了所提方法的可行性并确立了最优夹具设计方案。

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折叠翼驱动扭杆参数优化分析

甄文强;姬永强;石运国

中国机械工程. 2016, 27(20): 2734-2737.

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分析了不同截面扭杆的剪应力分布及矩形截面长宽比对扭杆性能的影响。结果表明,在不显著影响扭杆弹性势能的前提下,增大扭杆矩形截面的长宽比可以有效地减小扭杆的临界长度,提高扭杆的结构效率。根据折叠翼展开过程的动力学模型及翼面的约束条件,以扭杆的总质量为目标函数,建立了折叠翼驱动扭杆的优化设计模型。使用Isight和MATLAB编写优化程序,对扭杆的长度、宽度、厚度和组数进行参数优化,得到了较为理想的扭杆参数,为扭杆的工程设计提供了技术参考。

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基于性能退化的小子样电主轴可靠性试验研究

邱荣华1;巨孔亮1;董友耕1;屈萍鸽1;刘宏昭2

中国机械工程. 2016, 27(20): 2738-2742,2748.

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针对高速电主轴可靠性研究存在的问题,探讨了小子样电主轴性能退化可靠性试验方法,完成了两根170MD18Y16型电主轴的退化试验;依据选定的性能退化特征量和截尾时间,检测了主轴轴端径向跳动量,据此建立试样电主轴退化模型,分析其失效寿命;基于跳动量测试数据和Weibull分布函数,应用修正极大似然函数分析分布参数,得到170MD18Y16型电主轴特征寿命,并确定其寿命分布模型。电主轴寿命理论值与实际使用值基本一致,表明小子样电主轴性能退化试验方法合理,建立的退化模型较准确地反映了电主轴性能退化轨迹,且寿命分布模型分析方法有效。

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基于改进BP神经网络的机床基础部件可再制造性评价模型

潘尚峰1;卢超1,2;彭一波1

中国机械工程. 2016, 27(20): 2743-2748.

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为了利用样本数据准确完成机床基础部件可再制造性评价,提高机床基础部件可再制造性评价预测精度,提出一种采用模拟退火遗传算法优化BP神经网络的机床基础部件可再制造性评价模型。该评价模型以机床基础部件可再制造性经典评价模型评价结果为样本数据,建立机床基础部件可再制造性评价BP神经网络预测模型,采用模拟退火遗传算法优化BP神经网络模型,寻找更优初始网络权值、阈值,以提高收敛速度和避免局部收敛。以一台机床基础部件可再制造性评价为例,验证了基于模拟退火遗传算法优化的BP神经网络评价模型具有更好的预测精度。

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基于LM-BP神经网络的非线性轮廓图优化方法研究

许静;何桢;袁荣

中国机械工程. 2016, 27(20): 2749-2753,2758.

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将正交试验设计理论与BP神经网络模型和Levenberg-Marquard算法相结合,提出了一种基于LM-BP神经网络模型的针对输出为非线性轮廓图响应的离线设计优化方法。并结合实例与传统的统计回归建模方法得出的优化结果进行了比较。结果表明基于LM-BP神经网络建模可以避免由于实验误差和试验设计方案所造成的模型系数估计误差,而与标准的BP算法比较,克服了标准BP算法性能不稳定、收敛速度慢、收敛精度低、存在局部最小值等缺点,具有极高的精确性,优化结果令人满意。

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数控机床全生命周期重要性测度分析

谷东伟1;王志琼2;赵希禄3;樊少华2

中国机械工程. 2016, 27(20): 2754-2758.

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引入可靠性重要性测度进行探索分析,通过分段威布尔模型确定机床早期故障期和偶然故障期的分界点,在此基础上建立各子系统可靠性动态重要性测度模型;对早期故障期和偶然故障期子系统及整机的故障次数和故障停时进行统计分析,获得子系统失效临界重要性测度和子系统运行临界重要性测度;基于时间变化的观点对比分析三种重要性测度在早期故障期和偶然故障期确定关键子系统的差别,阐明单独采用失效临界重要性测度（故障次数）分析确定关键子系统的片面性。数控机床关键子系统的确定可为设计人员有针对性地采取纠正措施以提高数控机床可靠性和维修人员制定维修策略提供依据。

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光纤光栅传感器在500m口径球面射电望远镜工程索网施工阶段的应用

王玉婷1,2;王启明2;朱;明2;何林1

中国机械工程. 2016, 27(20): 2759-2764.

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500m口径球面射电望远镜（FAST）的主动反射面系统由圈梁、反射面单元、主索网及下拉索、促动器和地锚等组成,工程索网施工阶段会对支撑索网结构的圈梁及格构柱结构产生复杂多变的应力影响。为实现对圈梁及格构柱结构精准的应力监测,将光纤光栅传感器应用于圈梁及格构柱结构的索网施工过程监测中。介绍了传感器原理、测点布设、数据采集及数据分析方法。根据FAST索网施工过程监测的特点,基于3σ准则提出了一种新的异常数据处理方法,并利用该方法进行异常数据的分析与剔除。对实测数据进行分析,结果表明,在索网施工过程中圈梁测点的应力始终小于安全值201.5MPa,格构柱测点的应力也一直处于安全范围内,且随着索网施工的进行,其应力变化具有一定的规律性。该光纤光栅传感器监测方法在FAST索网施工阶段得到了良好的应用。

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一种新的预测铣刀刀尖频响函数的方法

朱坚民; 何丹丹; 田丰庆; 赵全龙

中国机械工程. 2016, 27(20): 2765-2773.

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为准确快速地预测铣刀刀尖点频响函数,提出一种基于逆响应耦合子结构分析（IRCSA）法辨识刀柄-刀具结合面参数的刀尖点频响函数预测方法。该方法通过建立计算刀柄末端频响函数矩阵和刀尖点频响函数矩阵的数学模型,利用逆响应耦合子结构分析法求取随频率变化的刀柄-刀具结合面参数。通过Cuckoo search算法及有限元分析确定刀尖点频响函数中对刀柄-刀具结合面复刚度矩阵变化最为敏感的固有频率,取该频率对应的结合面参数为刀柄-刀具结合面复刚度矩阵的辨识结果,由此计算出刀尖点频响函数。通过硬质合金圆柱棒、2刃铣刀和4刃铣刀进行验证,对比了所提预测方法、Cuckoo search优化算法预测的刀尖点频响函数与实测值三者之间的差异,实验结果表明该预测方法预测的刀尖点频响函数的固有频率和实测固有频率的误差在5%以内,所用时间约为Cuckoo search优化算法的1%,达到了较高的预测精度,并且更加省时、简便。

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考虑摩擦的球面切向接触刚度分形模型研究

刘鹏;陈奇;樊浩;黄守武

中国机械工程. 2016, 27(20): 2773-2778.

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为准确且方便地计算两球面的切向接触刚度（TCS）,在前期对两球面接触分形模型研究的基础上,通过引入考虑摩擦因素的弹塑性变形临界面积计算公式,并基于接触面切向刚度基本理论,建立了考虑摩擦因素的两球面切向接触刚度的分形模型。对模型进行了仿真分析,结果表明：切向接触刚度与法向载荷成正比关系;摩擦因数与切向接触刚度的关系因分形维数的变化而呈现出不同的规律;受到分形维数变化的影响,切向接触刚度随接触面材料特性参数和分形粗糙度幅值的增大而增大;在一定工况下,切向接触刚度在分形维数取1.5时达到最大,且当分形维数在1.5左右时,其值增大最快;球面内接触比外接触时的切向刚度大;随着曲率半径的增大,切向刚度增大。研究结果为后续开展高副结合面（如轴承等）润滑及动力学分析提供了理论基础。

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碳纤维增强复合材料低温冷风磨削试验研究

张高峰;何杨;鲁炎鑫;周后明;朱科军

中国机械工程. 2016, 27(20): 2779-2784,2790.

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采用SD80N100B金刚石砂轮开展了单向碳纤维复合材料的低温冷风磨削与常温干式磨削的对比试验研究,探讨了低温冷风与磨削参数对碳纤维复合材料磨削性能的影响。采用扫描电镜与超景深电子显微镜观察了磨削后的表面形貌和亚表面损伤情况,并分析了表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：与常温干式磨削相比,低温冷风磨削的磨削力增大,表面粗糙度减小;在低温冷风和常温干式两种磨削方式下,纵向90°磨削较其他磨削方向的磨削力更大,表面粗糙度更小。

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基于压电振动俘能装置的采煤机滚筒扭矩检测系统

张强1,2,3;石抗抗1;王海舰1;井旺1

中国机械工程. 2016, 27(20): 2785-2790.

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为实现采煤机滚筒扭矩的实时精确检测,提出了一种基于压电振动俘能装置自给供电的滚筒扭矩检测系统。压电振动俘能装置将采煤机工作过程中Y、Z方向上产生的振动能量有效地转换为电能,实现对检测系统无线应变采集模块和销轴传感器的长期、稳定供电,避免了电池更换需要反复拆卸的难题。现场实验测试表明,扭矩检测系统自供电性能稳定,系统能够实现采煤机滚筒Y、Z方向上所受载荷的实时、精确检测,从而准确推算出滚筒的扭矩,系统具有较高的检验精度和可靠性。

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面向转子故障特征提取的多尺度拉普拉斯特征映射方法

王广斌1;杜晓阳1;罗军1,2

中国机械工程. 2016, 27(20): 2791-2797.

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融合多尺度分解理论和流形学习思想,提出了一种面向转子故障特征提取的多尺度拉普拉斯特征映射算法。首先对转子故障振动信号进行多尺度小波包分解,提取各独立频带信号的最优尺度小波熵,构建特征参量矩阵并估计其固有维数,然后通过拉普拉斯特征映射将特征参量数据嵌入到低维本征空间,得到故障的最敏感特征,最后融合决策实现故障的准确识别。实验表明,相对于主成分分析算法、局部线性嵌入算法和拉普拉斯特征映射算法,多尺度拉普拉斯特征映射方法提取的转子故障信号特征更容易识别。

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随焊旋转冲击对液压支架熔覆层性能影响研究

张勇;唐俊;郭威;张鲲鹏

中国机械工程. 2016, 27(20): 2797-2801.

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采用D112堆焊焊条在液压支架磨损处进行堆焊修复,研究了随焊冲击工艺对熔覆层性能的影响。采用小孔法对堆焊层进行了残余应力分析,并通过金相组织观察、硬度试验、耐磨性试验及耐蚀性试验对堆焊层的性能进行了比对分析。由试验结果知：随焊冲击可以有效地减小焊接残余应力,细化晶粒,提高堆焊层的硬度及耐磨耐蚀性能。

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面向多因素多目标的模具光整加工工艺

计时鸣;韦伟;金明生;张利;黄希欢;潘烨

中国机械工程. 2016, 27(20): 2802-2806.

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基于灰度关联分析法、TOPSIS分析法及层次分析法,提出一种针对模具光整加工工艺研究的多因素多目标分析方法。该方法采用灰度关联法来分析多加工参数之间的关联度,利用TOPSIS分析多加工质量评价标准间的关联度,通过层次法获得合理的主客观结合的权重矩阵,并可通过方差分析（ANOVA）获得各加工参数对每个标准的影响程度及相关预测模型。将该方法应用于激光强化模具表面光整加工的工艺研究中,研究结果验证了该方法的实用性和有效性。

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大直径电缆铝护套四通道连续包覆数值模拟和实验研究

裴久杨;宋宝韫

中国机械工程. 2016, 27(20): 2807-2812.

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采用有限单元法,基于SSLB500型双轮四槽立式连续包覆机,采用四根直径15mm的铝杆为坯料,运用四通道方式对178mm×4mm电缆铝护套的连续包覆成形过程进行有限元分析,分别得到了成形过程中变形金属速度场、温度场、应力场的分布规律;基于挤压速度和分流结构对模具结构进行了优化设计;进行了铝护套的连续包覆实验,铝护套外径尺寸波动小、壁厚均匀,圆度达到99%,同心度达到90%;对铝护套焊合区域进行了横向力学性能测试,抗拉强度、延伸率与母材一致,焊缝结合强度达到使用要求,表明模具结构设计和工艺参数选择合理;数值模拟结果与实验结果一致,证明有限元模型准确,可用于指导大管径电缆铝护套连续包覆生产。

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装有液压互联悬架的某型SUV车辆动力学分析及路试验证

彭鹏1;张邦基1;章杰1;郑敏毅1,2;张农1,2

中国机械工程. 2016, 27(20): 2813-2821.

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提出一种新型油气互联悬架,用于替代传统车辆所使用的稳定杆,在基本不影响车辆其他性能的前提下有助于提高抗侧翻性能。为研究该悬架对某型SUV车辆操纵稳定性的影响,搭建了基于CarSim/Simulink/AMESim的联合仿真平台,建立了液压互联悬架的整车机液耦合的多体动力学模型。仿真结果表明,装有液压互联悬架的整车在操纵稳定性评价中得分较高。为了验证该仿真平台的正确性和进一步研究该油气互联悬架对车辆性能的影响,基于某型SUV车辆开发了整套油气互联悬架样车,并进行了路试。实验结果与仿真结果吻合较好,从而验证了仿真平台的正确性,为后续该类悬架的设计和优化提供一种新的计算机仿真方法。实验和仿真结果表明,在不影响车辆舒适性的前提下,液压互联悬架能提供较大的侧倾刚度,增强高速转弯时车辆的安全性,提高车辆的操纵稳定性。

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基于多工况匹配的商用车侧翻预警方法

陈可际;过学迅;裴晓飞

中国机械工程. 2016, 27(20): 2822-2827.

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提出了一种MTTR(matched time-to-rollover)侧翻预警方法,该方法的关键是如何实时准确地获得车辆侧倾角和侧倾角速度。为此,利用卡尔曼滤波来估计侧倾角速度;同时,提出了三种侧倾角估计方法,以适应不同的侧翻工况,并且利用模糊推理完成工况匹配。基于以上方案,以J转向、鱼钩、双移线工况作为典型的车辆侧翻工况,在TruckSim/Simulink软件中进行了联合仿真。结果表明,MTTR侧翻预警方法能够更为直接、准确地反映车辆距离侧倾发生所剩余的时间,具有更好的预警效果。

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电动汽车动力系统参数多指标稳健设计方法

于丽敏1;熊会元1,2;宗志坚1,2;吴义忠3

中国机械工程. 2016, 27(20): 2828-2834.

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为降低行驶工况的波动对整车经济性能的影响,提出基于多因素行驶工况的动力系统部件参数多指标稳健设计方法。以工况能耗、工况续驶里程和部件成本建立综合经济性能指标函数,以电池、电机和传动系参数为控制因子,以行驶工况的关键因素作为噪声因子,建立动力系统参数稳健设计的数学模型。基于Modelica建立整车性能仿真模型,并构建工况仿真的径向基函数响应面模型。采用概率方法描述行驶工况的不确定性,制订试验设计方案对动力系统参数进行稳健设计。以EVBus进行实例计算,基于蒙特卡罗分析表明稳健设计方案的综合性能指标函数的均值及方差均得到有效改善,表明了研究方法的有效性。

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汽车半主动悬架的非线性动力学分析

宋作军

中国机械工程. 2016, 27(20): 2835-2839.

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基于弹簧、减振器及轮胎的非线性方程,运用现代非线性动力学理论,对双质量块形式的悬架模型进行了稳定性分析。根据Hurwitz代数判据,使用MATLAB软件计算得到悬架系统的双Hopf分岔;依据中心流形理论,将系统降至二维,并利用李雅普诺夫第一运动稳定性定理,判定系统的稳定性。最后,得到簧载质量、非簧载质量的时域响应及相图,验证了计算过程及结果的正确性,为半主动悬架系统的设计及控制提供了数据支持。

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中国机械工程. 2016, 27(20): 2840.

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2016年, 第27卷, 第20期　
刊出日期：2016-10-25

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