中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(06): 0.

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基于互联网的设计知识服务研究——分析中国工程科技知识中心（CKCEST）的功能

谢友柏1，2

中国机械工程. 2017, 28(06): 631-641.

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在万众创新口号的召唤下,与知识服务相关的网站如雨后春笋般地涌现。成功的创新离不开正确的设计,正确的设计离不开充分的知识供给,而许多网站对所从事服务的理解存在一些误区,他们所提供的知识实际上不能直接支持设计,不利于知识在设计竞争中的高效运用。从设计科学中关于设计知识的基本定律出发,以中国工程院CKCEST当前提供的服务为例,分析了设计对基于互联网的知识服务的特殊要求和走出误区的途径,并用所在团队在过去20年中所做过的案例说明这些观点。

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双端面磨削砂轮直线修整中最佳修整参数的研究

周志雄1;谢沈1;舒阳1;许世雄2;彭关清2;唐湘平2

中国机械工程. 2017, 28(06): 641-647.

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根据双端面磨削原理,分析并确定砂轮直线修整相关的设计参数。以磨削区域内上下砂轮端面形状为研究对象,建立磨削区域的几何方程并进行分析计算,得到上下砂轮端面高度在工件几何中心运动轨迹上的变化曲线。分别确定固定式修整及插补式修整的最佳修整参数,获得磨削区域中理想的砂轮端面几何形状,提高工件的加工精度和精度稳定性,降低工件表面粗糙度。

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重力对超静定结构受力的影响

刘文兰1;许允斗1,2;闫文楠1;姚建涛1,2;赵永生1,2

中国机械工程. 2017, 28(06): 648-655.

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目前有关超静定结构的受力分析中几乎均未考虑分支重力的影响,针对此,提出了一种考虑分支重力情况下超静定结构受力分析的方法。首先基于分支的力矩平衡方程直接求解出在分支重力作用下产生的施加给动平台的垂直分支轴线方向的约束力分量,并将其视作施加给结构的广义外力;然后基于结构变形协调关系和受力平衡方程,获得超静定结构各分支沿其轴线方向的约束力分量的完整解析表达式以及存在制造误差时装配内力的解析表达式;最后讨论了分支重力对超静定结构受力的影响机理。以平面超静定结构3-RR和空间超静定结构7-SS为例进行了实例分析,并建立对应的刚柔混合模型,进行了仿真验证。

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微电子封装中的喷射点胶过程建模和控制

谭芳;单修洋

中国机械工程. 2017, 28(06): 656-660,668.

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针对喷射点胶阀存在点胶一致性差的问题,提出了一种基于体积估计模型的批次PI控制策略。通过对胶体流变特性进行分析,基于胶体剪切应力和剪切速率关系建立了喷射点胶的流量模型,依此推导出体积估计模型。基于建立的模型,运用批次PI算法来实现喷射点胶阀的一致性控制。仿真和实验结果验证了体积估计模型的可靠性,并表明该控制方法能有效地改善喷射点胶的一致性。

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阀芯结构对双流体喷雾粒子特性的影响

杨超1,2;陈波1;姜万录1;高殿荣1

中国机械工程. 2017, 28(06): 661-668.

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为了研究阀芯结构对双流体喷雾粒子特性的影响,提升喷雾效果,运用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对不同阀芯结构的双流体喷雾雾滴粒径、轴向速度以及雾滴数目进行了测试,并对测量结果进行了分析和讨论。结果表明：随着轴向距离的增大,雾滴索特平均直径(SMD)、算术平均直径(AMD)呈先增大后趋于平缓的趋势,轴向速度以及湍流脉动速度均呈减小趋势,雾滴数目呈先增大后减小的趋势；随着气液压力比的增大,SMD呈先增大后减小的趋势,而AMD、轴向速度以及雾滴数目均呈减小趋势；阀芯的喉口直径、出口直径的减小均有利于喷雾效果的提升,但同时导致速度稳定性变差；当喉口直径为1.5mm、出口直径为2.5mm时,与原始阀芯结构相比,雾滴数目和雾滴轴向速度分别增大了82.43%和22.31%,SMD和AMD分别减小了52.18%和21.47%,综合喷雾效果得到了大幅提升。

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一种考虑密度补偿的变过滤半径敏度过滤方法

陈垂福;杨晓翔

中国机械工程. 2017, 28(06): 669-675.

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固定过滤半径的敏度过滤方法可以有效解决棋盘格现象和网格依赖性,但处理后拓扑优化结果普遍存在边界扩散现象,图形边缘存在大量的灰度单元。提出了一种考虑密度补偿的变过滤半径敏度过滤方法,即正向补偿相对密度为0.5~1的单元,反向补偿相对密度为0~0.5的单元,同时在拓扑优化计算的后期逐步缩小过滤半径至1。结合固体各向同性惩罚微结构模型,利用经典结构柔度最小化算例验证可行性。研究结果表明,考虑密度补偿的变过滤半径敏度过滤方法能够消除棋盘格现象,体现了网格无关性,拓扑优化结果具有清晰的边界,且优化效率和优化效果明显提升。

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闭环齿轮传动系统传动误差研究

雷贤卿;孟琦;马文锁;杨科林

中国机械工程. 2017, 28(06): 675-682.

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利用当量啮合误差原理,建立闭环齿轮传动系统各齿轮共同作用时传动误差与时间的关系式,得出了闭环齿轮传动系统传动误差随时间的变化规律,利用蒙特卡罗法验证了传动误差随时间变化规律的正确性。依据闭环齿轮传动系统的角频率特性,研究各齿轮误差初始相位与齿轮传动误差的关系及两支路传动误差的同步性；构建了同步传动误差和各齿轮传动误差之间的耦合模型,提出减小同步传动误差的措施,实例分析表明,该措施可以有效地提高闭环齿轮传动系统的传动平稳性。

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一种基于子域分解的表面混合网格生成方法

汪攀;韩磊;鞠传明;池宝涛;张见明

中国机械工程. 2017, 28(06): 683-688.

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提出了一种新的基于子域分解的混合网格生成方法。该方法首先用映射法生成结构化背景网格,并确定实体表面上包含的小孔、键槽等小特征在背景网格中的位置,然后删除这些小特征覆盖的背景网格,并在这些区域内生成三角形网格,最后将剩余的背景网格和生成的三角形网格合并,得到整个目标域的网格。该算法综合了映射法效率高、网格质量好、四边形网格计算精度高,以及三角形网格几何适应能力强的优势。数值实验表明,针对复杂的实体表面,新方法能够全自动地生成质量较好的混合网格,生成的网格质量及算法效率均优于传统的推进波前法和铺砖法。

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多维关联函数建模及其低碳实例检索应用

洪欢欢1,2;赵燕伟1;陈尉刚1

中国机械工程. 2017, 28(06): 688-694.

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针对低碳设计多维度实例检索建模及其降维计算问题,提出了一种多维关联函数建模及其检索应用方法。首先,通过变斜率原理改进侧距,构建了基于改进侧距的多维侧距模型。然后,针对侧距难以准确描述设计参数与最优值之间距离的问题,建立了多维关联函数及其三层次的低碳实例检索方法。最后以螺杆空压机为例进行了验证,结果表明了改进侧距的正确性和有效性、多维关联函数降维计算的快速性与有效性,以及低碳实例检索的合理性与实例间的差异性。

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基于梯度方向信息熵的印刷电路板缺陷检测

李云峰1,2;李晟阳1,2

中国机械工程. 2017, 28(06): 695-701.

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针对印刷电路板裸板缺陷在线视觉检测,提出了一种适用于电路板彩色图像的缺陷检测算法。该算法主要通过分析缺陷区域边界像素的梯度方向信息获得对应的典型图像特征,具体由滤波去噪、目标分割和特征提取三部分组成。为减弱环境光干扰同时保证边缘细节的清晰,首先在CIE Lab色彩空间对图像进行双边滤波,然后利用该色彩空间的均匀性分割出需要检测的目标区域,最后设计了邻域梯度方向信息熵这一描述子用于提取缺陷特征和构造特征向量,利用支持向量机对缺陷进行识别。实验结果表明:所提算法能够对印刷电路板裸板存在的短路、断路、孔洞、余铜、划痕等常见缺陷进行快速精确的定位,能够满足生产过程中的实时检测要求。

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基于固有频率的呼吸式裂纹梁损伤识别方法

刘文光;郭隆清;贺红林;颜龙

中国机械工程. 2017, 28(06): 702-707,713.

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将呼吸裂纹梁简化为由扭转弹簧连接的两段弹性梁,在假定振动响应随振幅变化的基础上推导出呼吸裂纹梁的固有频率方程；考虑振动过程中呼吸裂纹的开合情况,假定裂纹梁的刚度是振幅的非线性函数,建立了呼吸裂纹梁的多项式刚度模型；结合等高线裂纹识别理论和方法,提出了一种基于固有频率的呼吸裂纹梁损伤识别方法,算例验证了方法的可行性与有效性。研究表明,该方法的识别精度取决于实验固有频率的精度。

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基于表面肌电的肌肉舒适度评价准则

张丽珍1;邵祺1;杨加庆1;杨朦朦1;陶宁蓉1;宋政2;戴鹏2

中国机械工程. 2017, 28(06): 708-713.

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为了避免操作人员长期处于较差的姿势工作,选取人体上身5个关节进行动作试验,对每个动作变化起主要作用的肌肉块进行了肌电信号测试。通过最大主动收缩法消除不同受试者的肌电信号差异,对肌电百分比值进行归一化和加权平均法处理,根据每个动作变化涉及肌肉的平均生理横断面积,给出复合动作肌肉舒适度指数的计算方法；提出了一套基于表面肌电的肌肉舒适度评价准则,与DELMIA人机仿真软件中的RULA分析结果对比显示,该评价准则具有可行性,适合对操作人员的作业姿势进行评价。

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基于排序模式相异性分析的轴承健康监测

江国乾;谢平;王霄;何群;李继猛

中国机械工程. 2017, 28(06): 714-720,727.

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排序模式分析方法通过相空间重构将一维振动时间序列映射到排序模式概率分布,来揭示序列内部结构的复杂性变化,为微弱信号特征提取提供了一种新视角。将排序模式分析和信息散度相结合,提出一种排序信息散度指标,用于对设备不同运行状态下的振动信号在高维相空间中排序模式概率分布的差异性进行量化分析,并用于轴承内圈不同损伤程度评估和轴承全寿命退化趋势分析。结果表明,与传统的时域统计指标及小波熵、近似熵、排序熵等非线性复杂度指标相比较,所提出的排序信息散度指标具有较好的故障程度量化分析性能,对轴承早期故障退化更加敏感,且稳定性好、计算效率高,利于工程实现。

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基于有向线段重构轮廓与成对几何直方图的缓解阀盖图像匹配算法

赵大兴;王博;周唯倜;孙国栋

中国机械工程. 2017, 28(06): 721-727.

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针对货运列车缓解阀盖缺失故障的检测,提出一种基于轮廓有向线段重构与成对几何直方图的匹配方法。该方法首先根据最大弦长和极半径确定采样初始位置,并根据局部弯曲度评价机制对轮廓进行动态分级采样；然后以采样点为端点按逆时针顺序构建有向线段,依次计算每对线段间的有向相对角和归一化当量距离,并最终将其作为该对线段的双重特征描述子计入二维直方图；最后使用巴氏距离对二维直方图间的相似性进行度量。实验分析表明,该算法对旋转、缩放和平移等几何变换有较好的鲁棒性,同时也兼顾了检测效率,满足了列车故障检测的实时性要求。

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通用型线电动涡旋压缩机的结构设计及动态仿真

王立存1,3;董光辉2;王旭东1,3 ;敖文刚1,3

中国机械工程. 2017, 28(06): 728-733.

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根据通用涡旋型线的特性建立了切向角系数参数化模型；针对电动汽车涡旋压缩机防自转结构的动力特性问题,建立了圆柱销防自转机构的机构模型；基于圆柱销防自转结构的工作原理,从机构学和运动学的角度分析了圆柱销的受力。利用UG软件平台,实现动涡旋盘及电动涡旋压缩机其他零件的三维实体建模,构建虚拟样机模型。通过运动仿真,获得准确的运动学参数曲线,确保圆柱销防自转结构设计的准确性和可靠性。

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功能梯度材料快速成形过程建模与控制

焦盼德;李淑娟;杨磊鹏;闫存富

中国机械工程. 2017, 28(06): 733-738.

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在三坐标雕刻机上开发出一种功能梯度材料增材制造装置,在低于水的凝固点温度下,将两种材料的水基膏体以一定比例进行挤出沉积,形成梯度材料零件。在该三维零件沉积成形过程中,配置好的材料不可避免地会存在结块和气泡现象,当结块分解或气泡释放时,会导致沉积过程中的挤压力不断变化,使得成形过程不稳定,成形零件质量差。在分析三维梯度材料沉积成形过程的干扰因素的基础上,通过实验建立了沉积过程中挤压力的动态模型,采用最小二乘方法进行系统辨识,完成了最小方差自适应挤压力控制器的设计,并用两种不同颜色的腻子粉（CaCO3）进行实验,验证了功能梯度材料快速沉积原理的可行性和控制器的有效性。

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高应变速率下铸态AM80镁合金的变形行为及数值模拟

郭鹏程1,2;叶拓1,2;曹淑芬1;徐从昌1,2;李落星1, 2

中国机械工程. 2017, 28(06): 739-743.

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采用INSTRON准静态压缩实验机和分离式霍普金森压杆装置对铸造固溶态AM80镁合金不同应变速率下的压缩变形行为进行了研究,应变速率分别为0.0001s-1、800s-1、1050s-1、1600s-1、1850s-1和2100s-1。结果表明：当应变速率ε˙≤1850s-1时,实验用AM80镁合金的流变应力随应变速率的增大而增大,表现出明显的正应变速率敏感性；当应变速率增至2100s-1时,由于局部温升效应,合金产生了明显的动态软化,导致流变应力反而略有减小。采用Johnson-Cook材料模型对实验用AM80镁合金在不同应变速率下的变形行为进行描述,并取材料应变速率强化参数为应变速率的函数。对比结果表明,所建立的本构方程与实验结果基本吻合。此外,由于力学本构忽略了由形变引起的温升软化,基于ABAQUS的仿真结果在较低应变速率（800s-1）和高应变速率（1850s-1）的中低应变下与实验结果吻合得较好;而在高应变速率（1850s-1）的较高应变条件下,仿真结果与实验结果差异较大。

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电动汽车永磁无刷轮毂电机控制策略建模

郑淑琴1;龙江启2

中国机械工程. 2017, 28(06): 744-749,755.

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针对轮毂电机的独立控制问题进行研究,分析轮毂电机的基本结构和类型,建立了无减速机构的轮毂电机动力学计算模型,探讨轮毂电机电磁转矩的控制方法。在理论分析的基础上,建立了轮毂电机的直接转矩控制方法模型、车辆控制模型和地面负载输入模型,研究不同路面情况和控制转矩输入下,轮毂电机的滑移率和轮速的差异性关系以及制动过程中定转子间隙变形情况,选择了合适的轮毂电机制动控制方法。仿真和试验结果表明,轮毂电机的转矩控制方法具有控制精度高、响应迅速的特点,搭载轮毂电机的电动汽车具有良好的操纵稳定性。

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基于递推最小二乘法与模糊自适应扩展卡尔曼滤波相结合的车辆状态估计

汪1;魏民祥1;赵万忠1;张凤娇1,2;严明月1

中国机械工程. 2017, 28(06): 750-755.

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针对汽车状态估计中模型参数的变化和观测噪声的时变特性,提出了递推最小二乘法与模糊自适应扩展卡尔曼滤波相结合的汽车状态估计算法。为实现模型参数与观测噪声的实时更新,建立了基于三自由度非线性车辆动力学模型的算法,首先利用递推最小二乘法对汽车的总质量进行估计,其次建立了模糊控制器对扩展卡尔曼滤波的观测噪声进行实时跟踪。在搭建的CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真平台中验证了该算法的有效性,结果表明该算法估计精度高于传统扩展卡尔曼滤波算法,研究结果为汽车的主动安全控制提供了理论支持。

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中国机械工程. 2017, 28(06): 756.

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2017年, 第28卷, 第06期　
刊出日期：2017-03-25

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