中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(05): 0.

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面向多向3D打印的混联机构及其运动分析

周辉1, 2;丁锐1, 2;秦友蕾1, 2;曹毅1, 2

中国机械工程. 2017, 28(05): 505-511.

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为解决多向3D打印装备瓶颈问题，提出一种完全解耦五自由度混联机构作为3D打印的执行机构，该机构由并联模块3-CPaRR和串联模块RRo组成，其中并联模块由3条相同CPaRR支链构成，可实现空间的三维移动，串联模块RRo用于调整打印头姿态，改善3D打印过程中的台阶现象、干涉问题。基于约束螺旋理论，分析了3CPaRR&RRo机构自由度，并通过ADAMS建模对其进行了验证。然后运用D-H法求得混联机构的运动学方程，对机构的位姿正解表达式求导，得到了机构的雅可比矩阵和末端速度方程，分析了机构在工作空间内的奇异性问题，通过对模型运动仿真，绘制出了机构末端输出速度曲线，验证了上述分析的正确性。

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镁合金低周疲劳寿命预测模型探讨

陈凌1,2;张贤明1;刘飞2;欧阳平1;贾艳艳3

中国机械工程. 2017, 28(05): 512-518.

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通过铸造镁合金AZ91D和变形镁合金AZ31B室温环境下应力控制的低周疲劳试验,采用Basquin模型、SWT模型、应变能-寿命模型等模型进行了镁合金低周疲劳的寿命预测。在此基础上,基于连续介质损伤力学的不可逆热力学理论,将镁合金的低周疲劳损伤视为一个不可逆的耗散过程,用熵来反映系统的耗散过程,并以每一次循环的平均应变增量来反映平均应力对材料的影响,提出了一种新的镁合金低周疲劳寿命预测模型。用该模型进行了镁合金的低周疲劳寿命预测,预测结果与实测结果符合较好,同时相比上述其他模型,该模型具有较好的预测效果。

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振动拉削系统振幅衰减特性分析与实验研究

蒙臻1;倪敬2;武传宇1

中国机械工程. 2017, 28(05): 518-524.

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为了探究振动拉削中导致激振幅值衰减的主要因素,以双伺服阀电液激振拉削设备为研究对象,综合考虑双阀电液激振系统动力学特性,以及拉刀多齿接触效应、工件尺寸参数等影响下的动态拉削力特征,建立了振动拉削过程中的激振系统模型；再分别通过理论计算及系统实验,对比研究了电液激振器在非线性负载扰动下实际输出力和输出位移的衰减波形,为振动拉削激振系统参数优化提供理论指导和实验依据。实验结果分析表明：振动频率是导致系统振幅衰减的主要因素,而动态拉削力通过影响激振缸活塞的运动特征使得输出波形的峰值衰减,甚至使位移振幅趋向于0。

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基于三坐标测量机双参数向自适应测量自由曲面

何雪明1;李咏平1;武美萍1;张荣2

中国机械工程. 2017, 28(05): 525-531.

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提出一种基于三坐标测量机的双参数向自适应测量自由曲面方法。CMM手动测量被测曲面边界点后,连接点生成可测区域,由可测区域自动拓扑生成几条均布初始扫描线以及每条扫描线的均匀初始点,对于U向的各条扫描线,CMM在自动测完初始点后,不断拟合已测点为B样条曲线,由曲线末端曲率自适应预测下一测点并指导CMM自动测量。测完初始扫描线后拟合已测点云为B样条曲面,由曲面V向边界最大曲率自适应确定下一扫描线位置,并进行该条扫描线U向自适应测量,重复这一过程直至曲面测量完毕。测点可随被测曲面自身曲率变化特性而疏密分布,曲率变化大的重要特征区域分布密集,曲率变化小的非重要区域分布稀疏,既保证了重要特征点不会遗漏又避免了数据冗余。理论曲线曲面自适应测量实验结果表明该方法测量精度可达微米级,实例零件应用验证了该方法的可行性。

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基于双树复小波和深度信念网络的轴承故障诊断

张淑清1;胡永涛1;姜安琦2;李军锋1;宿新爽1;姜万录3

中国机械工程. 2017, 28(05): 532-536,543.

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提出了一种基于双树复小波(DTCWT)和深度信念网络(DBN)的轴承故障诊断新方法。采用DTCWT对轴承振动信号进行分解实验,结果表明DTCWT能够很好地将信号分解到不同频带。进而提取能量熵作为故障特征,采用DBN小样本分类模型对轴承故障进行分类,并与传统分类器进行比较,结果表明该方法能准确识别不同故障类型,扩展了DBN在机械故障诊断中的应用。

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基于挤压油膜理论的二维电液压力伺服阀稳定性分析

左希庆1,2 ;阮健1;孙坚1;李胜1;刘国文2

中国机械工程. 2017, 28(05): 537-543.

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针对飞机液压刹车系统,设计了一种2D电液压力伺服阀,以2D伺服螺旋机构为导阀,通过弹簧与主阀联动,采用直线位移传感器形成闭环位置反馈,精确控制出口压力；基于挤压油膜理论设计阀体结构,增大系统阻尼比,提高系统稳定性；在建立阀和油膜缓冲数学模型的基础上,仿真分析了主阀正开口量与弹簧变形量和主阀输出压力之间的关系,确保该阀具有良好的电流-压力特性；对初始系统、减小开环放大系数和增大系统阻尼比三种情况进行了稳定性仿真分析,验证了引入油膜阻尼缓冲设计的必要性。

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减振器阻尼对扭力梁疲劳寿命的影响

周兵;李宁;吴晓建;姜高松

中国机械工程. 2017, 28(05): 544-549.

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为了研究减振器阻尼对扭力梁疲劳寿命的影响,建立了扭力梁有限元模型以及刚柔耦合整车模型。通过试验采集强化路面道路载荷谱作为整车模型的输入激励,仿真得到疲劳寿命分析所需文件,利用模态应力恢复法对扭力梁进行疲劳寿命分析,并通过扭力梁耐久性台架试验证明了仿真模型与疲劳寿命分析方法的准确性。仿真得到了不同阻尼系数下的扭力梁疲劳寿命分布云图以及最小疲劳寿命循环数,分析结果总结出了减振器阻尼大小对扭力梁本体疲劳寿命的影响规律。

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基于自组织神经网络的滚动轴承状态评估方法

张全德1;陈果1;林桐1;欧阳文理2;滕春禹2;王洪伟3

中国机械工程. 2017, 28(05): 550-558.

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针对单一特征在进行故障诊断时准确率不高的问题,提出了一种基于自组织神经网络（SOM）的滚动轴承状态评估方法。该方法首先从原始振动信号中提取出多特征数据,运用主成分分析（PCA）方法对多特征数据进行预处理,采用SOM进行网络训练,构建多特征数据的融合模型,输出竞争神经元层的权值矢量；然后,计算每一个样本到竞争神经元层权值矢量的最小欧氏距离,输出最终的融合指标；最后,通过比较待检测样本与正常样本的最小欧氏距离的差异来判断轴承的状态。将该方法应用于滚动轴承状态评估,试验结果表明：融合指标比单一指标对早期故障更加敏感、更加稳健；同时,融合指标能够定量地描述轴承状态的劣化过程。

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液压缸非线性刚度约束系统的混沌预测及控制

刘彬1;李鹏1;刘飞2;刘浩然2;姜甲浩1

中国机械工程. 2017, 28(05): 559-564,582.

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针对液压缸非线性刚度约束系统的混沌问题,建立了一种液压缸非线性刚度约束系统的动力学控制模型,通过Melnikov方法得到了液压缸非线性刚度约束系统发生Smale马蹄变换意义下混沌的临界条件。通过仿真分析发现,当线性控制参数发生变化时,系统发生混沌的临界条件也会发生变化,同时当线性控制参数增大时,系统的稳定性会得到提高。

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局部特征尺度分解和局部切空间排列在故障特征频率提取中的应用

王斐;房立清;吕岩

中国机械工程. 2017, 28(05): 565-569,575.

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为了从非线性、非平稳的振动信号中提取故障特征频率,提出了一种故障特征频率提取新方法。该方法将局部特征尺度分解和流形学习算法局部切空间排列相结合,首先利用局部特征尺度分解将振动信号分解成若干个内禀尺度分量,将其组成多维特征向量；其次采用流形学习算法中的局部切空间排列对多维特征向量进行降维处理,得到低维特征向量,对得到的低维特征向量进行信号重构；最后采用频谱分析方法对重构信号进行故障特征频率的提取。在滚动轴承故障试验中,所提出方法能够准确提取出内圈和外圈故障的特征频率,验证了该方法的有效性。

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基于气熔比的氧化锆陶瓷薄板激光切割质量研究

吴迪;王续跃

中国机械工程. 2017, 28(05): 570-575.

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采用一种基于气熔比控制的激光精密切割方法,研究了气熔比和板厚对激光切割氧化锆陶瓷板质量的影响,即气熔比对切缝质量、切面条纹形貌及粗糙度的影响。对气熔比分别为0.099、0.160、0.184和0.202的4组试件进行观测,发现提高气熔比可明显改善切缝质量,增大切面条纹光滑区长度和条纹波长,切面粗糙度由6.969μm降低到2.482μm。同时对板厚分别为0.8mm、1.0mm、1.5mm、3.0mm的4组试件进行观测,随着板厚的增加,气熔比减小,切缝质量降低,切面粗糙度由5.946μm降低到2.287μm。板厚为0.8mm、1.0mm时,切面为较光滑的周期性条纹；板厚为1.5mm时,切面呈现两个区域,即光滑区和粗糙区；当板厚增加到3.0mm时,切面呈现三个区域,即光滑区、粗糙区和鳞状层叠区。综合研究气熔比和板厚可以加深对激光切割机理的认识,为提高氧化锆陶瓷板的激光切割质量提供理论与实验依据。

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钳夹车双层并联过约束机构力学解算与均载性分析

赵延治1,2,3;焦雷浩1,2;王向南1,2;任玉波1,2;魏鸿亮3;于跃斌3

中国机械工程. 2017, 28(05): 576-582.

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为研究钳夹车双层并联过约束起升机构力传递与均载特性,基于Timoshenko梁理论建立了起升机构钳形梁刚度模型,通过联立该双层并联过约束机构弹性变形协调方程与静力平衡方程,对起升机构进行了力学解算,得到了机构分支承载力与机构刚度的映射关系。在此基础上,定义了不均衡载荷系数,分析得到了机构刚度变化及其载运偏载量对起升机构均载性能的影响规律。基于动力学仿真软件RecurDyn建立了双层并联过约束起升机构的刚柔耦合仿真模型,仿真分析结果验证了理论建模分析的正确性。

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基于多阶段工作转移矩阵的串行耦合设计任务分配策略

田启华1;梅月媛1;刘勇2;杜义贤1

中国机械工程. 2017, 28(05): 583-588.

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针对串行耦合设计任务的团队分配因涉及任务的返工而导致分配策略相当复杂这一问题,引入多阶段工作转移矩阵,将任务间的耦合关系以返工量的形式量化,并根据团队分配衍生矩阵建立串行耦合设计任务分配的数学模型,简化了串行耦合设计任务的分配过程。利用遗传算法求解该模型,获得了不同设计需求下产品开发任务的最佳任务分配方案。以某电动汽车开发项目为例,验证了该模型的可行性和有效性。

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并联稳定平台电液驱动单元复合内模控制研究

张立杰1,2;王力航1;李少华1;李永泉2,3

中国机械工程. 2017, 28(05): 589-596.

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针对液压驱动舰船稳定平台样机的运动控制要求,提出了一种基于速度前馈结构的复合内模控制方案。以舰船稳定平台的单通道液压驱动单元为研究对象,采用机理建模和参数辨识相结合的方法得到了控制对象的数学模型,在模型的基础上完成了基于速度前馈结构内模复合控制器的设计,并对提出的控制方法进行了仿真和实验研究。仿真和实验研究结果表明：基于速度前馈结构的复合内模控制可以改善系统的跟踪性能,提高系统的抗干扰性和鲁棒性。

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基于确定性信息理论的设计认知复杂度计算方法

徐江1，2;王修越2;王奕2;郭峰2

中国机械工程. 2017, 28(05): 596-602.

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针对创新设计模糊前端的认知计算问题,从信息处理研究的角度,借助口语数据来表征团队设计认知信息,提出了设计认知复杂度分析及计算方法。从设计的过程、内容、团队和方法四个方面阐述设计认知行为的复杂特性,并以链接表结构化表达设计推理的过程及概念信息,结合熵信息和确定性信息理论来描述设计认知,在新定义的链接矩阵的基础上实现T-code解析算法分析,对设计认知推理的不同阶段、概念分布、关键概念等方面开展设计认知的复杂度、信息量和信息熵研究。以功能背包设计为实例,对比分析设计认知敛散过程与设计概念空间的布局特性,验证了此计算方法的有效性和可行性。

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超声振动对微盒形件拉深高度及断口质量的影响

查长礼;陈炜

中国机械工程. 2017, 28(05): 603-606.

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构建了一种基于超声振动的SUS304薄板成形试验装置以研究微盒形件的拉深性能,探究了不同的试样厚度、模具及振幅对微盒形件拉深高度与断口质量的影响,并引入归一化比例系数λ,分析了三种模具对应的试样成形时对超声振动的敏感性。结果表明：在加载超声振动时,厚度为40μm、100μm和200μm三种试样对应的最大拉深高度分别由0.19mm、0.30mm和0.79mm提高至0.24mm、0.44mm和1.10mm；在无振动方式下拉深微盒形件至破裂时拐角处的断口呈撕裂状、凹凸不平,而随着振幅的增大,断口趋向平坦；2号模具对超声振动的敏感性高于另外两种模具。

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TC4-DT钛合金材料动态力学性能及其本构模型

艾建光1;姜峰1;言兰2

中国机械工程. 2017, 28(05): 607-616.

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利用同步组装的高温分离式Hopkinson压杆试验装置,对TC4-DT钛合金材料分别进行了常温下不同应变率（930~9700s-1）和应变率为5000s-1时不同温度下（20~800℃）的动态力学性能测试,获得了各种冲击载荷下的应力-应变曲线。试验数据表明,TC4-DT材料具有应变率增塑效应且存在着临界应变率值,当应变率高于此值时应变率敏感性增强明显,此外随着材料加热温度的升高,软化效应减弱。利用试验所得的数据拟合了基于Power-Law和Johnson-Cook两种热-黏塑性本构方程且获得这两种动态本构模型参数,并将所得的两种拟合曲线与试验所得数据进行对比分析,结果表明两曲线吻合度都较好,此外还对这两种曲线的拟合精度进行对比,对比结果表明两种模型的拟合误差相差不大,但是Power-Law模型拟合精度要略优于Johnson-Cook模型的拟合精度。

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采用单气门变升程工作模式的发动机经济性能仿真

许江涛;常思勤;刘梁;范新宇

中国机械工程. 2017, 28(05): 617-623.

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基于全柔性化的电磁驱动配气技术,提出了单气门变升程工作模式；在考虑驱动机构驱动功耗的基础上对发动机进行了建模和仿真分析。研究结果表明：在发动机中低转速工况下,采用单气门变升程工作模式能够适度增大充气流速,减小泵气损失和配气机构驱动功耗,进而达到改善发动机燃油经济性的目的；且随着发动机转速和负荷的降低,改善幅度呈上升趋势,如发动机转速1000r/min、负荷率40%工况下单气门2.00mm升程运行模式有效燃油消耗率相比原型机减小了12.2%。

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基于动态模糊阈值的电池组均衡策略优化

刘征宇1，2;马亚东1;孙庆1;汤伟1

中国机械工程. 2017, 28(05): 624-629.

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简单地以固定的端电压阈值作为动力电池组均衡控制指标,可能会导致均衡判断失误和均衡电路频繁启动等问题,针对此,在分析锂电池极化电压、欧姆内阻、充放电电流对端电压影响特性的基础上,提出基于动态模糊阈值的均衡方法,首先基于模糊算法对端电压阈值进行动态设置,然后据此进行均衡控制操作。实验表明,与传统端电压阈值均衡策略相比,该方法能够有效缩小单体电池之间端电压差异,明显缩短均衡时间。

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中国机械工程. 2017, 28(05): 630.

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2017年, 第28卷, 第05期　
刊出日期：2017-03-10

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