中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(13): 0.

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界面黏滑摩擦现象的研究进展

宋保江1,2；阎绍泽1,2

中国机械工程. 2017, 28(13): 1513-1522.

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从宏观尺度和微观尺度两个方面介绍了界面黏滑摩擦的研究进展,重点概述了宏观黏滑现象及其摩擦特性、微观黏滑现象及其摩擦特性、黏滑摩擦的建模以及黏滑实验研究进展,分析了现阶段界面黏滑摩擦研究中的重点问题。最后指出,从微观和介观尺度上研究界面摩擦行为是黏滑摩擦的未来发展方向。

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星载相机隔振器的结构优化和隔振性能分析

刘世平1;熊琦1;李世其1;王跃2

中国机械工程. 2017, 28(13): 1523-1527,1534.

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基于黏弹性材料在剪切力作用下产生较大阻尼损耗的原理,初步设计了一种星载相机隔振器。采用正交试验设计结合有限元分析的方法,详细探究了隔振器的结构参数对其固有频率和模态损耗因子的影响,据此对隔振器的结构进行优化。建立了相机隔振系统的有限元模型,并对其进行了力学强度校核和隔振性能分析,结果表明,使用该隔振器的相机隔振系统能满足卫星发射阶段的力学环境要求,并具有较好的隔振效果。

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基于信号共振稀疏分解和最大相关峭度解卷积的齿轮箱故障诊断

何群1;郭源耕1;王霄1,2;任宗浩1;李继猛1

中国机械工程. 2017, 28(13): 1528-1534.

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当齿轮箱内旋转零件发生故障时,其振动信号中的故障脉冲成分易被箱体中其他旋转部件的谐波信号和背景噪声所淹没,故障特征难以被有效提取。针对这一问题,提出了基于信号共振稀疏分解和最大相关峭度解卷积的故障诊断方法。该方法首先通过信号共振稀疏分解将信号中的低共振冲击成分从谐波分量和噪声中分离,然后对低共振分量进行最大相关峭度解卷积计算,进一步突出低共振分量中的周期脉冲成分,最后通过包络谱分析进行故障诊断。算法仿真、实验分析和工程应用结果表明,该方法能够有效提取强噪声信号中的周期性冲击成分,凸显故障特征,从而提供准确可靠的诊断结果。

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自激振荡脉冲喷嘴空化效应及其射流形态的数值分析

汪朝晖1;胡亚男1;饶长健1;邓晓刚2

中国机械工程. 2017, 28(13): 1535-1541.

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基于自激振荡脉冲喷嘴空化效应和多相流模型,建立了自激振荡脉冲射流空化模型。依据自激振荡腔室结构及其几何参数建立了腔室轴对称物理模型,计算得到了振荡周期100ms内自激振荡脉冲射流的空化泡破碎、腔室内两相分布、湍动能分布和速度分布等结果。研究表明：在1.02~2.37ms时,空化泡半径减小,气泡开始径向运动形成泡面加速射流;在2.69~4.67ms时,空化泡面压力达到极限破碎值时气泡开始破碎；在自激振荡周期前25ms,主射流与空气接触边界面形成较强湍动能,自激振荡腔室中心漩涡区逐渐变大,外流场连续射流被割断成多股状射流,射流在喷射轴线附近速度达到并稳定在30~40m/s；在振荡周期的40~90ms,腔室内中心空化气囊形成并开始阻挡主射流运动,喷嘴出口流道出现大面积空化区域,湍动能最大区域集中在下喷嘴出口下游；在振荡后期,随着主射流与空气相互作用及射流贯穿距离增加,主射流速度逐渐趋于稳定且扩散作用减弱。

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基于压力反馈的液压型风机低电压穿越控制方法

艾超1,2;张亮2;陈立娟2;孔祥东1,2

中国机械工程. 2017, 28(13): 1542-1547,1553.

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结合液压型风力发电机组低电压穿越的控制要求,以实现低电压穿越过程中的功率快速调整为控制目标,提出了一种基于压力控制的低电压穿越控制方法,即在原有低电压穿越控制环的基础上加入压力控制环。通过AMESim和MATLAB/Simulink软件搭建仿真平台进行联合仿真,并依托30kV·A液压型风力发电机组半物理仿真实验平台进行实验验证。结果表明,所提出的控制方法既可实现功率的快速调整,也能有效地抑制并网转速的瞬态冲击。

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基于三维接触的滑环式旋转组合密封性能主控因素分析

祝效华;敬洋

中国机械工程. 2017, 28(13): 1548-1553.

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密封圈二维有限元分析中,常将密封圈接触面上最大接触压力推广到整个接触面上,针对这种不够精确的方法,提出了一种基于三维仿真模型的有效接触压力高精度计算方法。建立组合密封圈的三维模型,模拟实际工况,对影响其动密封特性的轴往复运动速度、轴转速、介质压力、O形圈压缩量、滑环厚度、滑环动接触面开槽进行了研究,并利用有效接触压力计算方法分析了动接触面上有效接触压力的分布情况。结果表明：滑环开槽、滑环厚度、O形圈压缩量以及介质压力对组合密封圈有效接触压力影响较大,内轴往复速度以及转速达到一定值后对有效接触压力影响较大。研究结果为滑环式组合密封圈的优化设计提供了参考。

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柴油机燃烧室匹配参数对撞壁喷雾特性的影响

郝靖;何邦全;金超

中国机械工程. 2017, 28(13): 1554-1560.

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利用高速纹影摄像技术,研究了喷油器喷孔角度、喷孔与活塞顶面间的撞壁距离、燃烧室缩口半径和凸台夹角对柴油撞击燃烧室壁面后喷雾特性的影响。研究结果表明,试验条件下适宜的喷孔角度为75°,增大喷孔角度可以促进喷雾撞壁后的油气混合,但是喷孔角度过大会增加油束撞击气缸盖和气缸套的风险;适宜的撞壁距离为4.2mm,即压缩上止点前15°CA（CA指曲轴转角）,较小的撞壁距离会促进喷雾液滴在凹坑区域的碰撞与黏结,而较大的撞壁距离不利于燃烧室中心区域的空气利用;此外,适当增大缩口半径可以促进燃油与空气的混合,减小燃烧室壁面的燃油湿壁面积;改变凸台夹角可以控制撞壁后喷雾在燃烧室中心区域的扩散速度。

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一种新型弱耦合三平移并联机器人机构及其运动学分析

朱伟;戴志明;刘晓飞;沈惠平;朱小蓉;何宝祥

中国机械工程. 2017, 28(13): 1561-1566,1607.

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提出一种弱耦合2RRPaR+PPaP三平移操作机器人机构,分析了机构的自由度及拓扑结构特征；推导了机构的正逆解方程以及速度、加速度模型,根据速度雅可比矩阵,分析了机构的奇异位置；根据机构的逆解方程和主要约束,采用三维极坐标边界搜索法绘制了机构的工作空间三维实体图和截面图；由ADAMS三维模型仿真和运动正解方程计算所得的位移、速度、加速度曲线基本一致,验证了运动方程的正确性。该机构解耦性好、结构简单、运动灵活,在纵向移动方向上具有部分解耦和工作空间大的优点,适合用作生产线自动操作手机构。

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基于Agent的电液复合制动系统防抱死控制研究

牛礼民;周亚洲;杨洪源

中国机械工程. 2017, 28(13): 1567-1573.

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针对纯电动汽车电液复合制动系统电机再生制动力与液压制动力动态响应特性的差异及其非线性特性问题,提出了一种基于Agent的电液复合制动防抱死控制方法。构建了由电机Agent、液压制动Agent和ABS Agent组成的复合制动系统,依据让步策略、竞争策略和协同策略对电机再生制动力和液压制动力协调分配。MATLAB/Simulink仿真结果表明：紧急制动状态下,各Agent间能有效协作,前轮始终先于后轮进入抱死趋势,复合制动系统可以准确识别路面附着系数变化并及时调整电机制动力与液压制动力,提高了制动稳定性与系统的自适应能力。

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基于耦合分析与加权满意度的机械系统多目标协同优化方法

马军;武柳洋;何文斌;明五一;曹阳

中国机械工程. 2017, 28(13): 1574-1579.

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针对机械系统优化中因设计变量耦合关联导致的优化结果可靠性问题,提出了基于加权满意度的耦合关联机械系统多目标协同优化方法。建立机械系统设计变量耦合关联模型,采用最大-最小满意度函数法,并考虑各子目标的相对权重,建立基于权重加权和的多目标协同优化评价函数,将多目标优化问题转变为单目标优化问题。以掩护式液压支架四连杆机构-结构多目标协同优化为对象的应用表明,提出的方法简化了耦合关联机械系统多目标优化求解的复杂度,而且提高了优化结果的可靠性。

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基于Pareto最优原理的钻机钻进参数多目标优化

王凯;王荣鹏;刘宇;宋桂秋

中国机械工程. 2017, 28(13): 1580-1587.

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针对某双管定向钻机,提出了基于Pareto最优原理的钻进参数多目标优化方法。该方法根据钻机性能与工况,考虑水力对钻头比能影响,确定了钻进参数优化模型。针对罚函数处理约束条件的不足,引入了改进约束条件处理策略,提出了基于小生境思想拥挤度值计算方法及自适应交叉和变异算子。测试了改进算法的性能,并将改进算法用于求解基于某煤矿工程实际建立的钻机钻进参数优化模型。研究结果表明：与NSGA-Ⅱ和MOPSO算法相比,改进算法在求解测试问题时具有更好的收敛性与分布性。利用改进算法求解实际问题时得到的Pareto前端解集分布均匀,而且有效提高了机械钻速,延长了钻头寿命并降低了钻头比能。

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大功率永磁涡流联轴器结构参数对传递特性的影响分析

李延民;蔡硕;姚建峰;程俊智

中国机械工程. 2017, 28(13): 1588-1592.

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阐述了永磁涡流联轴器的结构和工作原理,针对所研究的大功率永磁涡流联轴器,建立了其等效磁路,并利用磁阻法对联轴器转矩进行了计算,得到了结构参数（铜盘厚度、导磁盘厚度、气隙长度、永磁体厚度、永磁体数量、相对转速）与转矩的关系。运用Ansoft Maxwell软件得到了联轴器的磁场及涡电流的分布情况,分析了结构参数对转矩和轴向力的影响。

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基于多分布响应面算法的火炮方向机齿轮传动误差可靠性分析

白亚莉1;张毅1;冀敏2;刘文强3

中国机械工程. 2017, 28(13): 1593-1600.

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为了提高火炮方向机齿轮传动误差(GTESMG)的分析效率并考虑工程设计可行性,提出了一种改进的多分布协作响应面算法(MDCRSA)。该算法从概率的角度出发,综合考虑静态影响因素和动态影响因素,结合响应面法和蒙特卡罗法,评估系统可靠性。将该算法应用到实际项目中估算GTESMG的可靠性,结果显示：当GTESMG的设计值为10′时,估算的可靠度为0.990,基本上满足GTESMG的设计和工程需要。同时通过与传统估计可靠性方法的比较,可以看出MDCRSA算法具有较高的计算效率及精度,并且这种优势随着计算次数的增加而更加明显。MDCRSA算法不仅可以评估GTESMG可靠性,还可预测火炮其他部件的可靠性。

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基于轴心轨迹特征的发动机曲轴再制造性分析方法

王玉琳;胡锦强;柯庆镝;宋守许

中国机械工程. 2017, 28(13): 1601-1607.

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运用主动再制造理论对再制造毛坯质量的不确定性进行了分析研究,提出了一种基于轴心轨迹特征的发动机曲轴再制造性分析方法。该方法通过运用不变矩算法提取同一发动机曲轴不同磨损状态下轴心轨迹的特征量,建立特征量与磨损量之间的映射关系,来判断发动机零部件的再制造性,从而实现对任意状态下曲轴磨损的量化。试验结果表明,运用该方法对曲轴磨损量进行识别具有较高的精度,为寻求曲轴服役期内最佳再制造时机提供了较为准确的判别依据,同时为服役期内伴随产品失效的同批次再制造毛坯质量的不确定性控制等问题提供了解决方案。

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机械冲击对高硬激光熔覆层力学性能与微观组织的影响

郑丽娟;付宇明;王好平;齐童

中国机械工程. 2017, 28(13): 1608-1612.

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为减少高硬合金激光熔覆层缺陷,提出了一种将机械冲击作用于激光熔覆过程的工艺方法,在45钢轴表面制备了Ni基、Fe基和Co基三种高硬合金熔覆层,对比分析了机械冲击对熔覆层力学性能和微观组织的影响。研究结果表明：加载机械冲击可改善熔覆层表面熔覆质量,抑制裂纹的萌生；机械冲击对不同材料的熔覆层力学性能影响不同,Ni65WC试样的可承受最大载荷提高了26.2%,但断裂总伸长量却减小了约37%,Fe90试样的可承受最大载荷提高了21.3%,而且断裂总伸长量亦增大约21%,Sti6+3%WC试样的可承受最大载荷提高了9.04%,其断裂总伸长量无明显变化；机械冲击使微观组织明显细化,显微硬度提高。

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三维模型驱动的零件切削过程碳排放评估

张雷;蒋诗新;张伟伟

中国机械工程. 2017, 28(13): 1613-1619,1627.

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针对传统产品生命周期碳排放评估方法对产品开发周期的延拓问题,将零件切削过程作为研究对象,以典型加工工步特征为核心,构建了输入-加工-输出切削工步系统模型；在分析典型机床加工特点及其碳排放影响因素的基础上,建立了零件机加工工艺过程碳排放量化公式,提出了基于Pro/E环境的零件切削过程碳排放量化评估方法。该方法在Pro/E平台上利用Pro/Toolkit函数自动识别与提取零件模型信息,再结合工艺方案与工艺过程量化公式,在零件设计过程中就可实现其工艺碳排放的量化评估。

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一种数控切削机床运行能耗状态在线判别方法

王超;刘飞;庹军波

中国机械工程. 2017, 28(13): 1620-1627.

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机床运行能耗状态由一系列的能耗状态节点和能耗过程构成。针对至今仍存在一些关键状态节点无法判别等问题,提出了一种数控机床运行能耗状态在线判别方法。该方法基于数控机床运行能耗状态和状态节点的系统分析,并综合机床功率信息和数控系统通信信息,提出关键节点状态与过程状态在线判别方法,解决了切削加工开始、完成等关键节点和精加工状态判别等难题,从而实现了数控机床全部运行能耗状态的在线判别。在FANUC数控机床上进行的案例研究验证了该方法的有效性和实用性。

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搅拌摩擦修复2A12铝合金的疲劳性能和裂纹扩展行为

王磊1,2;单勇峰1;任俊刚3;回丽1,2;周松2

中国机械工程. 2017, 28(13): 1628-1632.

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对含预制裂纹的2A12铝合金板进行搅拌摩擦修复试验,并对修复后的试样进行热处理。对修复试样与修复后热处理试样分别进行疲劳寿命与裂纹扩展试验,研究其疲劳性能的变化。结果表明:热处理可使修复试样疲劳寿命延长34.79%,修复试样与修复后热处理试样分别达到母材寿命的36.98%和49.89%,裂纹扩展速率均比母材的快,但修复后热处理试样裂纹扩展速率较修复试样低。疲劳断口显示,母材裂纹源多萌生于表面或亚表面夹杂相,修复试样与修复后热处理试样裂纹源多萌生于修复区和母材的界面,且裂纹源通常不止一处。稳定扩展区修复试样的修复区没有河流花样的解理面,而热处理后试样出现与母材类似的致密紧凑疲劳条带。修复试样瞬断区中由大量细小的等轴韧窝组成,而修复后热处理试样韧窝大小不等,但分布均匀。

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La2O3对AZ91D镁合金表面激光熔覆Al-Cu涂层的影响

孙琪;李志勇;朱润东;刘车凯

中国机械工程. 2017, 28(13): 1633-1637.

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试验采用Nd:YAG 激光器在AZ91D镁合金表面激光熔覆不同La2O3含量的Al-Cu涂层,借助扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计和滑动磨损试验机,分析稀土对熔覆层表面形貌、显微组织、物相结构、显微硬度和耐磨性能的影响。研究结果表明：稀土氧化物La2O3在Al-Cu涂层中能够细化晶粒,改善熔覆层的质量,并生成稀土化合物Mg17La2和LaAl3；当添加质量分数为1.2%的La2O3时,熔覆层组织均匀,晶粒细小,显微硬度最高；添加La2O3的熔覆层的平均摩擦因数比镁基体和未添加La2O3的熔覆层的平均摩擦因数小,说明稀土氧化物能够减小熔覆层的摩擦因数,提高涂层的耐磨性。

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中国机械工程. 2017, 28(13): 1638.

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2017年, 第28卷, 第13期　
刊出日期：2017-07-10

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