中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(09): 0.

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精密钢球传动减速机构的瞬时接触热特性分析

孙鹏飞;安子军;刘向辉

中国机械工程. 2017, 28(09): 1009-1015.

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基于Hertz接触理论,以精密钢球传动减速机构为研究对象,建立了减速机构啮合副齿面接触分析模型。分析了钢球与摆线槽齿面间的瞬时接触域,在此基础之上,分析输入轴转速、负载对减速机构热特性的影响,得到钢球与齿面间接触域的瞬时生热率和瞬时摩擦温升。分析结果表明：钢球与摆线槽齿面的瞬时接触域是时变接触椭圆;输入轴转速和负载对瞬时生热率和瞬时摩擦温升都有明显影响,但转速的影响更大;瞬时摩擦温升在常规转速下随转速单调递增,在超低转速下随转速先递减再递增。研究结果为精密钢球传动的三维热力耦合分析奠定了理论基础。

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一种大工作空间密度的压电微动二维工作台设计

曹瑞珉;郝丽娜;高金海

中国机械工程. 2017, 28(09): 1016-1020,1028.

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针对目前微纳定位工作台工作空间密度小的问题,设计了一种新型二自由度对称式并联微纳定位工作台。分析了影响平行四边形位移放大机构变形的主要因素;对直圆柔性铰链、平行板柔性铰链和倒圆角直梁型柔性铰链进行刚度计算;采用能量法和位移矩阵得出平行四边形位移放大机构输出力和载物台运动位移的计算公式;优化平台尺寸,并对优化后的结果进行有限元仿真和实验分析。实验后得到设计平台的工作空间尺寸为143.7μm×142.1μm,工作空间密度可达2.521μm2/mm2,与同类型平台相比,能够实现较大的工作空间密度。

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一维斜向超声振动辅助磨削滚动轴承钢工艺及试验研究

王艳;王帅;刘建国;李德蔺

中国机械工程. 2017, 28(09): 1021-1028.

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针对目前只有一维轴向、一维切向等振动方向不变的一维超声振动辅助磨削的情况,首次提出了一维斜向超声振动辅助磨削工艺方法。利用MATLAB对一维斜向超声振动辅助磨削磨粒的运动轨迹进行了模拟分析。建立了超声振动试验系统的动力学模型。通过对超声振动工作台的模态分析,研制了一维斜向超声振动辅助磨削试验系统,对不同角度下超声振动辅助磨削滚动轴承钢的磨削力及表面粗糙度值进行了研究,探究了磨削力及表面粗糙度值随超声振动方向的变化规律。多次试验结果表明,超声振动角度为67.5°附近的表面粗糙度值明显优于其他角度的表面粗糙度值,磨削力也有减小。对正交试验结果的极差分析得出：当超声振动角度为67.5°、砂轮速度为20m/s、工件速度为0.5m/min以及磨削深度为4μm时,加工后的工件表面粗糙度达到最低值,其中工件速度是影响表面粗糙度的最重要工艺参数。

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磁化状态对力磁耦合关系的影响分析

段振霞;任尚坤;赵珍燕;祖瑞丽

中国机械工程. 2017, 28(09): 1029-1034.

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从宏观和微观两方面分析了磁化状态对力磁耦合关系的影响。从微观角度,在不同的磁化状态下,分析了铁磁构件磁畴结构在外加应力作用下的变化规律;从宏观角度,基于接近原理解释了外加应力是使初始磁化状态不断向无滞后磁化状态靠近的过程,而靠近的方向由无滞后磁化强度与初始磁化强度的差值决定,如果差值大于零,则磁化强度随应力的增大而增大,如果差值小于零,则反之,但无滞后磁化强度又随应力的变化时刻发生变化。为了验证理论分析结果,对三种不同初始磁化状态下的Q235钢进行静载拉伸试验,试验结果与理论分析具有一致性。

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微型冷气推力器电磁驱动方案优化设计

张曦1,2;郭加利1;张鑫彬1,2;王玥1

中国机械工程. 2017, 28(09): 1034-1038.

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对螺线管驱动式微型冷气推力器电磁驱动方案相关设计指标进行分析和梳理,确定电磁驱动线圈的评价指标。将CAE分析与综合评价方法相结合,利用经验证有效的微型冷气推力器电磁驱动仿真模型,完成符合指标要求的驱动方案集设计,进而采用组合赋权法对方案集中各方案进行综合评价,并根据评价结果指导样机改进,样机测试结果与设计结果一致性良好。

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抗磁悬浮石墨转子理论分析与实验

苏宇锋;叶志通;张坤

中国机械工程. 2017, 28(09): 1039-1043.

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提出了一种由钕铁硼永磁体和高定向热解石墨转子组成的抗磁悬浮结构。石墨转子采用四个叶片结构,其重力与永磁体对它的抗磁力相等,从而实现转子稳定地悬浮在永磁体上方,并在外界驱动转矩的作用下发生转动。有限元软件中仿真得到石墨转子的悬浮高度为130μm,与实验测量值吻合较好,仿真误差为1.5%。实验中利用针孔喷嘴向转子叶片处施加切向气流作为驱动转矩,对转子的旋转速度与气流流速的相对关系进行了测试分析,发现转子最大转速可达500r/min。该抗磁悬浮结构有望用于非接触式的微型传感器和微型电机中。

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油液混合动力挖掘机多控制策略参数匹配仿真

谭贤文1;方锦辉1;费树辉2;金月峰2

中国机械工程. 2017, 28(09): 1043-1049.

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为提高油液混合动力系统挖掘机的节能效果,研究了辅助动力系统多控制策略的参数匹配问题。根据动力源驱动结构、工作原理及负载特性,提出稳定发动机工作点+恒排量释放、稳定发动机工作点+恒扭矩释放、稳定主泵工作点+恒排量释放及稳定主泵工作点+恒扭矩释放四种控制策略,并建立了系统主要元件数学模型,仿真对比分析四种控制策略的节能效果,得出稳定发动机工作点+恒排量释放节能效果最优的结论,并依此确定辅助马达参数。仿真结果表明：较原系统,参数匹配后的混合动力系统节油率提高了9.8%,工作效率提升了9.72%。

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基于流固耦合的多油楔滑动轴承动特性研究

李强1;张硕1;马龙1;许伟伟2;郑水英3

中国机械工程. 2017, 28(09): 1050-1055,1117.

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提出了适用于多油楔滑动轴承结构的动网格方法,并实现了轴颈任意扰动（自由振荡运动、脉冲激励运动和偏心涡动）下润滑流场的瞬态计算。通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了多油楔滑动轴承润滑流场与转子动力学之间的耦合计算。讨论了轴颈自由振荡、受脉冲激励以及偏心涡动时轴瓦安装角对多油楔滑动轴承动特性的影响,数值计算表明：当安装角设置在20°~40°之间时,轴承的阻尼较小,稳定性较差;而当轴瓦安装角在100°~120°之间时,轴承阻尼较大,稳定性较好,并且轴瓦数越多,安装角对稳定性的影响越小。

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基于深度学习特征提取和粒子群支持向量机状态识别的齿轮智能故障诊断

时培明;梁凯;赵娜;安淑君

中国机械工程. 2017, 28(09): 1056-1061,1068.

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针对齿轮故障诊断问题,利用数理统计特征提取方法、深度学习神经网络、粒子群算法和支持向量机等技术,提出了一种基于深度学习特征提取和粒子群支持向量机状态识别相结合的智能诊断模型。该模型利用深度学习自适应提取的频谱特征与数理统计方法提取的时域特征相结合组成联合特征向量,然后利用粒子群支持向量机对联合特征向量进行故障诊断。该模型在对多级齿轮传动系统试验台的故障诊断中实现了中速轴大齿轮不同故障类型的可靠识别,获得了满意的诊断结果。应用结果也验证了基于深度学习自适应提取频谱特征的有效性。

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基于BP神经网络的截齿磨损程度在线监测

张强1,2,3;刘志恒1,4;王海舰1;黄传辉4;阮越宣1

中国机械工程. 2017, 28(09): 1062-1068.

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为实现截齿截割过程中磨损程度的实时精准在线监测,提出了一种基于BP神经网络的截齿磨损程度多特征信号融合的检测方法。通过提取截割过程中不同磨损程度截齿的三向振动信号、红外温度信号和电流信号,建立了不同磨损程度截齿的多特征信号样本数据库,采用多特征信号样本对BP神经网络进行学习和训练,建立截齿磨损程度的识别模型,实现截齿磨损程度在线监测与精确识别。实验结果表明：基于BP神经网络的截齿磨损程度监测系统,网络判别结果和测试样本的实际磨损程度类别相符,该BP神经网络系统能够对截齿磨损程度类型进行准确的监测和识别。

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广义变分模态分解及其在齿轮箱复合故障诊断中的应用

杨宇;罗鹏;程军圣

中国机械工程. 2017, 28(09): 1069-1073.

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针对变分模态分解在实际应用过程中需要根据先验知识确定惩罚函数和分量分解个数这一缺陷,提出了一种改进方法,即广义变分模态分解方法。该方法减少了人为因素对分解结果造成的主观影响,将信号分解转化为非递归、变分模态分解方式,能够有效分离频率成分相近的谐波分量,且对信噪比较小的信号有着良好的鲁棒性。将该方法应用于齿轮箱复合故障诊断中,仿真和实验的结果验证了该方法的有效性。

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高速摄像环境下航天电连接器分离边缘提取算法

洪涛;赵佃云

中国机械工程. 2017, 28(09): 1074-1078.

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为了准确测量航天电连接器的分离距离,以深入研究其分离特性,提出了一种高速摄像环境下电连接器分离边缘的提取算法。该算法主要通过划分感兴趣区域选定待测量位置区域,经滤波处理后,利用小波变换算法增强图像的弱边缘信号,然后通过两次自适应阈值分割图像,并利用SUSAN算子进行边缘检测,进而提取边缘,获得准确的边缘信息。

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低压开关的机构动态仿真分析与优化

谭韡1,2;查海林2;肖星2

中国机械工程. 2017, 28(09): 1079-1085.

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低压开关的动态过程分析对于其优化设计非常重要,机构系统中碰撞接触导致的弹跳会引起电弧烧蚀,直接影响开关的电气寿命。采用虚拟样机技术对开关的闭合过程进行动态仿真,获得机构的动态过程及各接触位置的接触状态变化,并通过与开关闭合过程的弹跳时间测试结果进行对比,以及与电气寿命试验后样品的烧蚀位置进行对比,证明了仿真模型的正确性。最后通过仿真模型的正交试验研究了相关设计参数对开关弹跳的影响,分析得到机构的优化方案并进行了试验,试验结果验证了所提出方案的有效性。

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小型四辊轧机工作辊水平位移对板形的影响

白振华1;刘亚星1;钱承1;李柏阳1;杜江城1;李建忠2

中国机械工程. 2017, 28(09): 1085-1091.

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小型四辊轧机由于工作辊长径比较大且辊径较小而造成工作辊沿轧制方向很容易出现水平位移现象,常规四辊轧机板形计算模型不能满足出口板形的准确计算与预测,为此,充分结合小型四辊轧机的设备与工艺特点,建立了四辊轧机考虑工作辊水平位移时的板形模型;通过板形对比说明了该模型计算结果的准确性。在此基础上,具体分析了工作辊水平位移产生的规律以及在考虑工作辊水平位移时弯辊力对板形控制的影响,并将该模型应用到某钢厂650可逆四辊轧机机组,开发了650可逆四辊轧机工作辊水平位移对板形影响分析软件,有效地解决了以往板形计算误差大的问题,实现了对出口板形的准确计算与预测,大大提高了板形控制精度。

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2A12航空铝合金多轴疲劳试验及应力准则寿命预测模型研究

陈亚军1;刘波2;刘辰辰1;周剑1

中国机械工程. 2017, 28(09): 1092-1096,1100.

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针对多轴疲劳失效问题,选取2A12航空铝合金进行应力幅比变量、相位差变量和平均应力变量的多轴疲劳试验。对常用的3种多轴疲劳应力准则寿命预测模型（即Lee准则、Carpinteri准则和Sines准则）进行讨论,并通过引入应力幅比参量和相位差参量,提出基于Carpinteri准则的修正模型。将不同条件下2A12航空铝合金的试验寿命与不同应力准则下模型的预测寿命进行比较,结果表明：Lee准则对上述多轴疲劳试验的预测结果过于危险;Carpinteri准则和Sines准则由于未考虑拉-扭应力幅比和相位差因素,预测寿命与实际寿命相比均出现了较大偏差;修正后的应力准则寿命预测模型在不同条件下90%的寿命预测数据在两倍误差带内。

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曲面冲击头随焊冲击旋转挤压法控制40Cr钢冷裂纹

张勇;孙琳琳;綦秀玲

中国机械工程. 2017, 28(09): 1097-1100.

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采用随焊冲击旋转挤压法控制高强钢冷裂纹。为了增强加载区域的塑性延展,进行了曲面冲击头的设计,对强拘束度条件下40Cr钢工件,利用冲击旋转挤压曲面头进行了间距分别为80mm、100mm和110mm的随焊加载。采用小孔法测量了接头处的残余应力。实验结果表明,随焊冲击旋转挤压法能够显著减小残余应力,从减小接头残余应力的角度控制了高强钢焊接冷裂纹。

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钢齿齿长变化对复合材料预紧力齿连接接头力学性能影响的试验研究

孙建1;刘亚文1;高一峰1;赵启林2;戚亮3

中国机械工程. 2017, 28(09): 1101-1105,1111.

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通过拉伸试验研究了不同钢齿齿长对一种新型复合材料预紧力齿连接接头力学性能的影响,发现了该接头的几种破坏模式以及极限载荷随钢齿齿长的变化规律,并且通过理论公式推导出钢齿发生弯剪变形的临界齿长。研究结果表明：接触端钢齿齿长变化对应复合材料预紧力齿连接接头存在三种破坏模式。在钢齿齿长较短的情况下,改变钢齿齿长会增大单齿的极限承载力;但钢齿齿长增加到一定长度后,钢齿齿长对接头承载力的影响趋于稳定。理论推导出的钢齿临界齿长可以作为钢齿的设计齿长。

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考虑轮胎侧偏特性的赛车转向几何研究

柴天1,2;李凡1,2;雷飞1,2;刘杰1,2;曾侠2;唐应时1,2

中国机械工程. 2017, 28(09): 1106-1111.

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为了提高赛车轮胎侧向附着合力及转向极限侧向加速度,提出了一种考虑轮胎侧偏特性的转向几何。通过分析轮胎侧偏角的影响,确定了整车转向瞬心位置,并建立了三自由度整车模型。结合轮胎力学模型,以最大化整车轮胎侧向附着合力为目标,采用隔代映射遗传算法对考虑轮胎侧偏特性的转向几何进行求解。整车仿真和试验结果表明,相比阿克曼转向几何,考虑轮胎侧偏特性的转向几何可以更有效地增大整车轮胎的侧向附着合力,提高赛车在极限工况下的转弯性能。

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基于等效油耗最小的四驱混合动力汽车能量管理

司远1;钱立军1;邱利宏1,2;李浩1

中国机械工程. 2017, 28(09): 1112-1117.

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提出了一种基于遗传算法优化的四驱混合动力汽车等效油耗最小控制策略。针对四驱混合动力的特点,建立了整车动力学模型,设计了基于等效油耗最小的瞬时能量管理优化策略。为进一步提高四驱混合动力汽车的燃油经济性,采用遗传算法优化了等效油耗最小策略的关键参数。硬件在环仿真结果表明,基于遗传算法优化的等效油耗最小策略可以实现整车能量优化管理,与基于规则的能量管理策略相比,其在典型工况下的平均燃油经济性高8.94%,比优化前的等效油耗最小策略的燃油经济性高2.68%。

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在线电解修整磨削液研究现状及其展望

伍俏平1,2;王煜1;瞿为1;邓朝晖1,2

中国机械工程. 2017, 28(09): 1118-1125.

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在线电解修整(electrolytic in-process dressing,ELID)镜面磨削过程中,磨削液的成份及配比对砂轮表面氧化膜的生成速度、致密性、黏附性以及绝缘性等都有着很大的影响,磨削液的配比及优化成为ELID磨削过程中的关键技术之一。主要介绍了ELID磨削液的成分配比、磨削液对氧化膜的影响以及ELID磨削液改进这几个方面的研究进展,并对ELID磨削液下一步的研究重点进行了展望。

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风电机组可靠性研究现状与发展趋势

李垚1;朱才朝1;陶友传2;宋朝省1;谭建军1

中国机械工程. 2017, 28(09): 1125-1133.

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对国内外风电机组失效模式和可靠性研究进展进行分析,对风电机组增速齿轮箱、轴承、发电机、叶片和润滑系统等关键零部件失效模式、失效原因及其检测方法进行归纳总结;分析了风电机组可靠性研究的常用方法和可靠性研究现状,给出了提高风电机组可靠性的研究重点、研究方法和措施。结合工程需求和研究现状,对风电机组可靠性研究趋势进行了分析,提出风电机组智能健康管理技术路线,该技术对降低风场运行维护成本和提高风电机组运行安全性具有重要意义。

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中国机械工程. 2017, 28(09): 1134.

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2017年, 第28卷, 第09期　
刊出日期：2017-05-10

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