中国机械工程

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中国机械工程. 2016, 27(24): 0.

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液压机滑块导向装置最佳配合设计方法研究

高梦迪;刘志峰;黄海鸿;李新宇

中国机械工程. 2016, 27(24): 3267-3272.

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基于液压机滑块导向装置滑动副能量损失分析,建立了总效率损失的数学模型。基于能量损失最小原则,提出滑块导向装置最佳配合间隙的数值计算方法。在最佳配合间隙下对满足偏载工况下的最大许用侧向力进行分析,同时在极限偏载条件下对立柱与滑块间的导向装置滑动副的磨损进行了校核。据滑块导向装置滑动副的磨损校核方法,计算了滑块与立柱之间最佳导向长度,在总效率损失最小的原则下,计算了滑块导向装置滑动副的最佳配合间隙。案例分析验证了该计算方法的正确性。该方法为液压机滑块导向装置滑动副最佳配合的计算及磨损的校核提供了理论和方法指导。

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基于GPL模型的仿生爬壁机器人路径规划

朱佩华;王巍;李雪鹏;吴士林

中国机械工程. 2016, 27(24): 3278-3282.

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为了研究基于GPL模型的仿生爬壁机器人路径规划问题,提出了一种适合GPL模型的路径规划方法。首先对基于GPL模型的爬壁机器人进行了简单介绍,通过对GPL模型进行运动学、静力学分析,研究了该构型攀爬运动时机器人路径对攀爬能力的影响；其次,基于足端力最优得到了GPL模型腰关节的运动曲线,实现了路径规划；最后,采用ADAMS仿真验证了分析结果的正确性。结果表明,该方法可以解决基于GPL模型的爬壁机器人路径规划问题,同时研究结果也揭示了壁虎等生物原型采用摆动爬行而不是直线爬行的运动合理性。

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一种改善静压导轨机械特性的新方法

史恩秀;郭鹏阁;王海龙

中国机械工程. 2016, 27(24): 3278-3282.

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液体静压导轨的承载能力和油膜刚度是衡量其性能的两个技术指标。为满足高精密数控机床对静压导轨性能要求,基于局部压力损失理论提出了一种新型高液阻液体静压导轨。通过仿真分析了新型高液阻静压导轨封油面上的油槽位置、宽度和深度对油腔压力的影响。研究表明,在静压导轨的封油面上开设结构参数合理的油槽可提高液体静压导轨的油腔压力。实验结果验证了所设计的高液阻静压导轨能有效提高液体静压导轨的承载能力和刚度。

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聚晶金刚石复合片电火花线切割加工电极丝损耗研究

滕凯1;孙涛1,2;赵恩兰1;何敏1

中国机械工程. 2016, 27(24): 3283-3287,3293.

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采用电火花线切割方法对聚晶金刚石复合片（PDC）进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察了电极丝表面的显微形貌。从微观角度研究了PDC超硬材料电火花线切割加工的电极丝损耗机理,探讨了电参数和冲液条件等因素对电极丝损耗的影响。实验研究发现,采用贴附式高压喷液方式在高电压、小脉宽、大峰值电流的加工条件下,PDC切割效率为19.35mm2/min,电极丝损耗为1.5~2μm(104mm2切割量),较常压喷液方式切割效率提高51.6%,丝损降低15.2%。

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大进给铣削沉淀硬化不锈钢刀具失效分析及切削参数优化

杨森1，2;孙剑飞1,2;李海燕3;韩利萍3

中国机械工程. 2016, 27(24): 3288-3293.

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针对大进给硬质合金刀具铣削沉淀硬化不锈钢（05Cr17Ni4Cu4Nb）寿命短、效率低的问题,采用单因素法和正交试验法开展刀具磨损试验,并进行回归分析,得到了刀具寿命经验公式。利用有限元仿真方法获得了切削力、刀具切削刃温度和应力场分布情况,结合磨损测量结果及磨损形貌分析了刀具的失效机理。根据有限元仿真结果和刀具寿命经验公式,综合考虑切削效率和刀具磨损,运用等寿命-效率曲面响应法进行切削参数优化,得到了刀具的最佳切削参数及在该切削参数下刀具的寿命。

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基于NSGA_Ⅱ算法的双驱动进给系统结构优化

黄俊;袁军堂;汪振华

中国机械工程. 2016, 27(24): 3294-3300.

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为了满足双驱动进给系统轻量化和高抗振性能要求,提出了以质量、最大耦合应力和一阶固有频率为目标函数的进给系统多目标优化设计方法。采用灵敏度法选取优化参数,通过正交试验设计方法建立了进给系统的二阶响应面模型,并将非劣排序遗传算法Ⅱ（NSGA_Ⅱ）作为求解算法。计算结果表明工作台质量减小0.3%,最大耦合应力减小5.9％,一阶固有频率提高了9.32%。以双驱动进给系统的工作台为研究对象进行了结构多目标优化设计,并将优化前后双驱动进给系统进行了动态试验测试,验证了所提出的优化方法的正确性。

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多因素影响的电子螺旋导轨误差的理论分析

吴震宇1;赵大兴1;钟瑞龄2

中国机械工程. 2016, 27(24): 3301-3306.

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为了进一步提高电子螺旋导轨对内斜齿的加工精度,从插齿机传动链机构运动学的角度,研究了内斜齿螺旋线偏差的产生机理。首先,根据插削时各轴的运动关系,建立了插齿刀附加转动的数学模型,定义了附加转动系数；然后,分别建立了附加转动偏差以及主运动曲线偏差与螺旋线偏差之间的数学关系,定义了Zebra系数；最后,分析了螺旋线偏差的产生机理,总结了杆件长度、曲柄初始位置以及运动副间隙对螺旋线偏差的影响规律。

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一种基于主成分分析和支持向量机的发动机故障诊断方法

张宇飞1;么子云1;唐松林2;朱丽娜1;张进杰1

中国机械工程. 2016, 27(24): 3307-3311.

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提出一种新型的基于主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）的故障诊断方法。首先提取振动信号的多项时域指标,并利用小波包分解提取频域特征；再利用PCA从提取的时域、频域特征中选取敏感特征,实现降维处理,减小数据处理复杂度；最后利用SVM进行特征子集的训练和测试,实现故障分离。该方法在柴油机的失火、撞缸、小头瓦磨损等典型实际故障中的诊断准确率高达98%,证实了该方法的有效性。

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基于虚拟光笔的坐标测量系统探针结构的设计

张瑞1;刘书桂1;张新2;王有富2

中国机械工程. 2016, 27(24): 3317-3325.

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针对光笔式测量系统模型的特征,基于虚拟光笔,建立了一种新的光笔结构。系统中采用的光笔共有10个控制点,设光笔前面6个控制点所在的平面与后面4个控制点所在的平面之间的距离为DFB。利用三坐标测量机主轴运动的高精度、高稳定性,构造了不同DFB的虚拟光笔。详细说明了虚拟光笔的构造模型,并通过实验证明了DFB参数对系统测量稳定性有着显著的影响,且DFB的最优值为80mm,通过精度对比实验进一步证明了该结论。

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基于知识流动视角的工程技术预测——以谐波减速器为例

刘怀兰1;廖岭1;周源2

中国机械工程. 2016, 27(24): 3317-3325.

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以知识流动为视角,立足于文献和专利数据,并结合聚类分析和主路径分析法,构建了定量的技术预测模型。以谐波减速器为例,基于1980~2009年的文献和专利数据,运用该模型进行技术预测,然后与2010~2014年的技术进行对比。结果证明,该技术预测模型具有较高的可行性和有效性。最后,预测出谐波减速器未来五年的技术：未来各国将致力于对影响传动装置高精度、零回差、高传动效率、高承载能力、高可靠性等性能相关的技术研究及对传动装置小型化、轻质化、组成部件的优化研究。

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基于模拟退火的贯通约束不规则排样

韩伟;张子成

中国机械工程. 2016, 27(24): 3326-3331,3354.

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针对带贯通性约束的不规则凸多边形的排样问题,提出了一种分阶段构造算法。为了控制每个阶段新生成的组合图形的形状,构造过程引入变动的形状权重,算法运行早期采用较小权重使图形组合具有较高出材率,而在后期采用较大的权重得到类似矩形的复合。基于模拟退火思想引入温度参数控制权重的变化率,在早期和后期形状权重变化率较小而在中期变化率较大。采用ESICUP标准测试数据分别对常数散列、线性散列和温控散列进行对比,结果表明温控散列函数能有效提高排样效率和排样出材率。

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局部特征尺度分解结合局部均值解调的齿轮故障诊断

崔伟成;许爱强;李伟;孟凡磊

中国机械工程. 2016, 27(24): 3332-3337.

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为了准确地进行故障诊断,根据齿轮故障振动信号的多分量调幅-调频特征,提出了一种新的解调方法——局部均值解调法,将之与局部特征尺度分解相结合进行齿轮故障诊断。该诊断方法首先对齿轮振动信号运用局部特征尺度分解,得到若干个内禀尺度分量,然后应用局部均值解调法求取每个分量的调频分量,最后根据瞬时频率的频谱进行故障诊断。采用仿真信号将局部均值解调法与Hilbert解调法、经验调幅调频分解法进行了对比,结果表明,局部均值解调法的精确性更好。通过齿轮故障振动数据的分析,验证了局部特征尺度分解结合局部均值解调的故障诊断方法的有效性。

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机械工程类国家重点实验室评估回顾与分析

王国彪1; 宋建丽1,2

中国机械工程. 2016, 27(24): 3338-3345.

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评估作为国家重点实验室管理的重要环节,在引导实验室定位和发展方向、促进实验室建设与运行等方面发挥了重要作用,并为国家相关管理部门决策提供了科学依据。对国家重点实验室的评估制度发展历程、组织协调、评估指标体系及评估程序等进行了回顾。对机械类国家重点实验室的历次评估情况和评估结果进行了系统的总结与分析。

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液压缸活塞变间隙密封结构形状研究

高雨;傅连东;湛从昌;朱兵

中国机械工程. 2016, 27(24): 3345-3350.

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变间隙密封液压缸的核心部位是活塞唇边,间隙的变化主要体现在活塞唇边变形上。应用弹性力学中悬臂梁结构的应力函数解对唇边变形进行理论分析,推导出了唇边变形公式。利用有限元软件仿真模拟不同的唇边结构在不同压力工况下的变形情况,找到了变间隙密封活塞唇边变形特点和影响因素。比较了实验测试变间隙密封液压缸内泄漏量与理论变形曲线计算的泄漏量,结果显示两者误差在允许范围内,证实了仿真的正确性。

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铰链点可互换的近似直线机构综合方法及解域研究

尹来容1,2;黄娟3;胡林1;刘鑫1;张志勇1

中国机械工程. 2016, 27(24): 3351-3354.

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基于拐点圆极点理论,给出了一种可以综合出无穷多铰链四杆近似直线机构的方法。用解析法证明了该方法综合出近似直线机构的一个连架杆的固定铰链点和对应动铰链点可以互换,铰链点互换前后得到的两个机构具有相同的鲍尔点和直线方向,另外一个连架杆不变。推导了综合曲柄摇杆直线机构的公式,并绘制了曲柄摇杆机构解域图。计算示例表明该方法简单有效,能迅速综合出曲柄摇杆直线机构,且综合出的机构动铰链点和固定铰链点可互换。所得到的近似直线机构为实际工程应用提供了更多选择。

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基于多特征融合多核学习支持向量机的液压泵故障识别方法

刘志强1,2,3;姜万录1,2;谭文振3;朱勇1,2

中国机械工程. 2016, 27(24): 3355-3361.

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提出基于多特征融合多核学习支持向量机的液压泵故障识别方法。该方法首先对原始信号进行集总经验模态分解,然后分别用AR模型和奇异值分解两种特征提取方法提取故障特征,最后将不同类型的特征分别用相应的核函数进行映射,用多核学习支持向量机来识别液压泵的工作状态和故障类型。实验结果表明该方法显著地提高了故障诊断的准确性。

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基于多元经验模态分解互近似熵及GG聚类的轴承故障诊断

张淑清1;李威1;张立国1，2;胡永涛1;钱;磊1;姜万录1

中国机械工程. 2016, 27(24): 3362-3367.

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提出了一种基于多元经验模态分解（Multi-EMD）、互近似熵和GG聚类的滚动故障轴承诊断方法。首先,将振动信号进行多元经验模态分解,得到若干个内禀模态函数（IMF）分量和一个趋势项。然后,将IMF分量分别与原始信号进行相关性分析,筛选出前7个含主要特征信息的IMF分量,并将筛选的IMF分量的互近似熵作为特征向量。最后,将特征向量输入到GG模糊分类器中进行聚类识别。通过聚类三维图,对两种算法机械运行的4种状态进行了对比,验证了多元经验模态分解方法不仅可解决采样的不均衡问题,而且可解决EMD算法聚类的混叠问题。

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表面粘贴式光纤光栅传感器的动应变传递规律

易仁慧;周祖德;刘明尧;季冬亮

中国机械工程. 2016, 27(24): 3362-3367.

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通过理论分析,以基体承受正弦动态载荷为例,建立了表面粘贴式光纤光栅动应变传递模型,确定了影响参数；运用有限元仿真法分析了影响动应变传递的各个参数；通过实验分析验证了理论与仿真分析结果。理论与实验分析表明：振动频率、粘贴长度、粘贴厚度和粘胶中间层厚度是影响表面粘贴式光纤光栅动应变传递的主要因素,粘贴宽度对动应变传递率影响较小；激振频率远小于结构固有频率时,动应变传递率基本维持不变,实验动应变传递率为92%；激振频率达到固有频率之前,动应变传递率随激振频率增大缓慢增大；粘贴长度大于光纤光栅栅区长度的2倍时,传递率明显优于粘贴长度较短者,实验动应变传递率为92%。

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AA5083管件颗粒介质非均匀内压温热胀形工艺性能解析

陈晓华1;赵长财1;董国疆2;杨卓云1;曹秒艳1

中国机械工程. 2016, 27(24): 3368-3375.

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基于管件热单向拉伸试验、颗粒介质传压性能试验和外摩擦因数试验,分析了采用温热颗粒介质压力成形工艺时,在非均匀内压下AA5083管材自由胀形区的受力情况,探讨了颗粒介质与管件内壁摩擦作用对管件胀形区壁厚分布和胀形极限的影响。理论分析和工艺试验表明,温热颗粒介质压力成形工艺中颗粒介质与管坯之间存在的有益摩擦有效抑制了管件减薄,提高了管件胀形极限。

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高氮钢复合焊接接头组织与力学性能研究

王力锋1,2;刘凤德1;刘双宇1;张宏1;刘薇娜1;田淼磊1,3

中国机械工程. 2016, 27(24): 3382-3388.

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热输入对焊接接头组织与力学性能有重要影响。采用激光-电弧复合焊接方法,研究了不同电弧能量和激光能量下的接头组织、焊缝氮含量、拉伸与冲击性能及接头显微硬度。研究表明：焊缝组织为奥氏体+少量δ铁素体,焊缝中析出的δ铁素体随热输入加大而增多；当电流达到200A后,熔池液态金属中氮的溶解近于饱和,即使焊接电流增大,焊缝氮含量依然趋于恒定；而当激光功率增至2.0kW后,焊接过程中的匙孔维持在稳定状态,焊缝氮含量也近于恒定；拉伸断裂位置均在焊缝区,当焊接电流为200A时,平均拉伸强度最高,达到967.58MPa,当激光功率为1.6kW时,平均拉伸强度可达962.88MPa；焊缝冲击功随激光功率的增大呈先降低后升高的变化趋势,但随电流的增大其变化趋势相反；熔合线的冲击功随着焊接参数的变化呈现出相同的变化趋势,焊缝和熔合线的最大平均冲击功分别为47.60J和62.85J；拉伸和冲击的断裂形式均为韧性断裂；焊缝区显微硬度最低,导致拉伸测试时均断裂于焊缝区。

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面向压铸模浇道的变参数建模方法研究

董玉德1;朱冠群1;杨光辉1;凌乐舒2;张昌浩1

中国机械工程. 2016, 27(24): 3389-3395.

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针对压铸模浇道建模过程中遇到的几何特征重复生成时的繁琐性、操作过程的复杂性和设计参数的离散性等问题,提出以变参数为主导的浇道建模方法。该方法在浇道特征要求和实用技术基础上,通过对浇道变参数细节特征进行分析,以及浇道特征对金属溶液特性产生不同影响的研究,以UG8.0为研发平台并结合CAD技术,实现了压铸模浇道的参数化、系统化和标准化设计,开发出变参数压铸模浇道设计系统。该系统有效地实现了参数的集中处理,避免了用户的重复操作,缩短了浇道的设计周期,提高了设计精度。

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基于梯度的等效静载荷法的汽车正面碰撞关键结构优化设计

陈涛;戴江璐;陈自凯;李奇奇;李卓

中国机械工程. 2016, 27(24): 3396-3401,3407.

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针对在已有车型的继承式开发中,由于结构尺寸、总布置等因素限制,无法快速准确地进行结构非线性优化设计的问题,提出了一种基于梯度的等效静载荷法与G1-G2设计规则以及载荷传递路径相结合的正面碰撞关键结构优化设计流程：收集对标车型数据,根据G1-G2设计规则,确定满足乘员损伤的最优目标加速度等效双阶梯形波；建立载荷数据库,得到一类车型的碰撞载荷路径百分比分布图；提取基础车型正面碰撞关键部件,以目标波形为指导对其进行必要的截面尺寸优化,并运用ESLMG对其进行厚度优化；将优化后的关键部件放入整车模型中,验证其加速度曲线是否达到目标值。结果表明,优化后的结构特性基本达到目标要求,整车碰撞性能得以改善。

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基于加权相对灵敏度的驾驶室结构轻量化

陈剑;杜选福;施斐博

中国机械工程. 2016, 27(24): 3402-3407.

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建立了某卡车驾驶室结构有限元模型,通过实验与数值模态分析的对比验证了模型的准确性。对驾驶室构件直接进行灵敏度分析,通过层次分析法确定约束响应的权重系数,并考虑约束响应可变裕度。在此基础上提出加权相对灵敏度概念并据此确定设计变量及其优化方向。在保证驾驶室主要静动态性能不降低的前提下,优化驾驶室部分构件厚度。优化后的驾驶室质量比优化前减小了8.7%,主要静动态性能均有不同程度的提高,车内低频噪声略有升高。

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中国机械工程. 2016, 27(24): 3408.

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中国机械工程. 2016, 27(24): 3409.

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刊出日期：2016-12-25

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