中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(17): 0.

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独立杆组参数矩阵的表达方法

卢文娟1,2;刘若男1,2;张立杰1,2;张一同1,2

中国机械工程. 2017, 28(17): 2017-2023.

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并联机构中由于各杆组间的约束类型不同导致部分杆组参数向量中含有不独立的混合参数,使得对机构中输出构件自由度数目及性质、机构过约束判断的直观性变差。为构建仅含独立运动参数的杆组参数向量,分别就向量中非独立的“角运动参数”、“非衍生线运动参数”、“衍生线运动参数”展开讨论,基于螺旋理论,通过研究螺旋系的相关性,得到线性无关的基螺旋系,并等价到杆组参数矩阵中,建立独立杆组参数矩阵,最终提出参数垂直分量有效准则。结合该准则,基于GOM自由度新公式,对几种典型机构进行自由度分析,验证这些理论在独立杆组参数矩阵确定、机构自由度求解、输出构件自由度及运动性质分析、过约束判断等方面的应用。

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考虑牙间均载的拉杆螺纹连接多目标优化

林谢昭;王福振

中国机械工程. 2017, 28(17): 2024-2028.

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为提高机架螺纹连接寿命,运用弹塑性接触有限元方法对拉杆连接螺纹进行强度分析,结合参数化建模,建立考虑牙间均载和应力峰值的多目标优化模型,采用径向基函数（RBF）神经网络方法和带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解。结果表明：牙侧角约为15°时,牙间轴向载荷分布不均匀率减小13.6%,等效应力峰值减小6.9%,第一主应力峰值减小11.5%。

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基于SIMPACK的扁疤车轮轮轨冲击力学特性分析

秦玉冬;胡明;杨柳青;周迅

中国机械工程. 2017, 28(17): 2029-2035,2042.

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为研究高速列车车轮多处扁疤引起的动力学问题,建立了CRH2型动车组的车辆-轨道动力学模型及车轮扁疤模型。采用变轮径扁疤模拟法,分析单处和两处扁疤的车轮引起的轮轨冲击响应,确定车轮两处扁疤时的扁疤长度、车速及扁疤间夹角变化对轮轨冲击的影响,进而确定CRH2型动车组安全运行时车轮扁疤限值,为高速动车组列车的行车安全提供了依据。

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图案化介质磁盘-磁头气体润滑动态特性分析

杨利花1,2;杨凯1;徐郝亮1;虞烈1

中国机械工程. 2017, 28(17): 2036-2042.

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在小扰动条件下,提出应用偏导数法在复数域内求解可压缩气体润滑的动态Reynolds方程,以计算任意磁盘表面形状的磁盘-磁头气膜润滑的动态刚度和阻尼系数。以圆柱形和立方形比特图案化介质(BPM)磁盘为研究对象,研究了磁单元尺寸参数对气膜动态系数的影响,并比较了两种BPM对应的动态性能。数值结果表明,与光滑磁盘相比,图案化介质磁盘对应的气膜润滑动态刚度系数和阻尼系数大大减小,且随磁单元高度增大,动态系数逐渐减小。相比圆柱形BPM,立方形BPM对应的气膜具有较大动态刚度和阻尼系数,计算结果可为图案化介质磁盘的设计提供重要的理论依据。

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考虑物性变化的油气悬架两相流力学特性研究

邓佩瑶1;谷正气1,2;张沙1;马骁骙1

中国机械工程. 2017, 28(17): 2043-2048,2055.

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为精确研究油气悬架力学特性,考虑了油气不分离式油气悬架工作过程中,由高压工作环境导致的气体溶解与油液密度等物理特性变化对其力学特性的影响。通过用户自定义函数,一方面在VOF两相流模型中添加质量源项,另一方面对油液密度变化进行动态定义,建立了考虑油气悬架物理特性变化的精确两相流模型,分析了油气悬架力学特性。进行了整车随机道路试验,在试验过程中对油气悬架上下支点加速度信号进行监测,基于试验数据,在ADAMS中建立了悬架虚拟试验台,以验证所建精确两相流模型的精确性,结果表明精确模型的仿真精度相较于未考虑物理特性变化的原始VOF模型的仿真精度提高了10%。

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滚珠丝杠压扭型2D电液比例方向阀动态特性研究

左强1;陆倩倩1,2;李胜2;邢彤2;阮健2

中国机械工程. 2017, 28(17): 2049-2055.

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提出了一种滚珠丝杠型压扭联轴器,该联轴器能将输出力放大约20倍,有效地解决了因比例电磁铁磁饱和造成直动比例方向阀无法实现大流量的问题。该联轴器将2D方向阀和比例电磁铁相连接,利用压扭放大驱动技术,将电磁力转化为阀芯左右两端不平衡的液压力,以克服摩擦力、卡紧力和液动力等非线性因素的影响。对主阀P-A处与导控级的压力分布和流场分布进行了仿真分析,理论与实验研究表明：压扭联轴器有效地放大了电磁力,在流量约为210L/min的情况下,阀的阶跃响应约为0.35s,该阀-90°频率为4Hz左右。叠加一定颤振对改善阀的阶跃响应不明显,但能较好保证阀芯位移与电磁铁位移之间的跟随性。

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电液位置伺服系统的频域设限加权切换控制

陈刚1, 2;曹赛2;王益群1, 2;赵团民3

中国机械工程. 2017, 28(17): 2056-2061.

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分析电液位置伺服系统二阶状态反馈(DOSF)控制系统存在静差的机理,设计三阶无静差状态反馈(TOSF)控制器。为克服TOSF控制系统阶次高的缺陷,以切换频域设限加权算法实现TOSF-DOSF双控制器切换控制,切换频域设限减小了控制作用量对加权系数变化的灵敏度。仿真结果表明：电液位置伺服DOSF控制系统静差与负载弹性刚度正相关,TOSF控制系统能消除系统静差且符合动态性能设定。测试实验结果表明：TOSF-DOSF双控制器频域设限加权切换控制使系统具有良好的动静态性能,与阈值切换相比,具有较小的切换冲击。

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机械工程类国家重点实验室运行管理及发展思考

宋建丽1;乔亚丽1;王国彪2

中国机械工程. 2017, 28(17): 2062-2068.

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机械工程类国家重点实验室立足学科前沿,服务国家重大需求,努力提升创新能力和研究水平,研究成果显著。经过30年的建设与发展,机械工程类国家重点实验室凝聚和培养了大批高水平科技人才,已成为开展高层次学术交流与合作的重要基地。围绕机械工程类国家重点实验室的定位与研究方向、队伍建设和人才培养、学术交流与国际合作、开放共享及制度建设等方面,结合2013年评估情况和实例,对机械工程类国家重点实验室运行管理中存在的问题进行了分析,并对其未来发展提出了建议。

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考虑产品性能偏差约束的公差优化设计

郭迎福1;罗炎旺1;赵延明2;何鸿曦1;谭华江1

中国机械工程. 2017, 28(17): 2069-2074.

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实际生产过程中,影响加工成本的因素很多,很难用一个统一的数学模型来精确描述所有类型的加工成本-公差关系。以产品加工成本与质量损失成本之和最小为优化目标,以产品性能偏差与经济加工精度为约束,建立了产品的公差优化模型；然后采用遗传算法对优化模型进行求解；最后以某型号汽车空调压缩机为例验证该模型的有效性。

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自励式电磁涡流联轴器调速性能研究

梅欣鑫;叶乐志;李德胜;刘玉朋

中国机械工程. 2017, 28(17): 2074-2079.

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针对永磁涡流联轴器调速结构复杂的问题,结合自励发电和涡流传动技术,提出一种新型自励式电磁涡流联轴器结构。通过建立自励发电和电涡流传动两部分的电磁场有限元数值模型,研究了自励式电磁涡流联轴器的发电特性和传动特性。通过对转速差、导体层和气隙长度对传动力矩影响的分析可以看出：转速差较小时,导体层选择电导率高的材料可以得到较大的力矩；铜层厚度由1mm增大到9mm时,传动力矩先增大后减小,在铜层厚度为5mm时达到最大；传动力矩随气隙长度增大而减小。

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基于谐波小波包和BSA优化LS-SVM的铣刀磨损状态识别研究

董彩云1;张超勇1;孟磊磊1;肖鹏飞1;罗敏2;林文文3

中国机械工程. 2017, 28(17): 2080-2089,2108.

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针对铣削刀具磨损状态识别问题,提出谐波小波包和最小二乘支持向量机（LS-SVM）的状态识别方法。为克服传统小波包分解的频带交叠问题,采用谐波小波包提取不同磨损状态下铣削力信号的各频段信号能量,归一化处理后,输入LS-SVM多类分类器,实现铣削刀具磨损状态的识别。针对LS-SVM的惩罚因子和核参数对模型识别精度影响较大的问题,提出回溯搜索算法（BSA）进行自动参数寻优。实验结果表明,谐波小波包比小波包在刀具磨损状态特征提取时具有更好的识别效果。与粒子群算法进行比较,证明BSA优化LS-SVM具有更高的识别精度。

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基于实时重构的自由曲面自适应布点方法

刘红军;叶文静;纪俐

中国机械工程. 2017, 28(17): 2090-2014.

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针对现有的自适应算法计算量庞大、在工程中可应用性不强的缺陷,提出在等距法布点的基础上,对测量点进行实时重构来指导三坐标测量机根据曲面本身特性自动增加测量点的方法。测量过程中,当通过拟合五次B样条曲线、三次B样条曲面判断现有测量点不满足精度时,利用两侧测量点的曲率半径,计算出需增加测量点的准确位置,重新拟合包含新检测点的检测样本,直到满足精度要求。以曲面样件为例,辅以计算机图形可视化验证该算法,实验结果表明该方法测量精度及重构精度均可满足数字化检测要求,且在工程应用中相比曲率自适应算法其计算量大幅下降,有效提高了曲面检测效率。

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基于小波与双三次插值的高温锻件红外图像增强方法

张玉存1;张喜英1;付献斌2;张桂茹3;徐飞1

中国机械工程. 2017, 28(17): 2095-2099.

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提出了一种基于小波变换和双三次插值的图像处理方法,该方法利用离散小波将原图像分解成低频子带与高频子带,然后对原图像及这些子带分别进行双三次插值,同时提出增加一个中间步骤来估算高频子带,即扣除原低分辨率图像和插值后的LL子带中的相同成分而得到不同成分的图像（高频成分）,然后利用不同成分的图像对高频子带LH、HL及HH分别进行校正融合,并通过小波逆变换对这些图像进行融合重构。该方法不仅能够有效地消除图像噪声,改善细节信息,而且能够最大限度地保留边缘信息和增加图像的清晰度。最后运用该方法和传统算法分别对核电主管道高温锻件和小型高温锻件的红外图像进行增强处理,实验结果验证了该方法的可行性及优越性。

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星形人字齿轮传动系统振动模式的理论研究

郝立峰;王三民;王飞鸣

中国机械工程. 2017, 28(17): 2100-2108.

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采用集中质量法建立了含N个星轮的星形人字齿轮传动系统的弯-扭-轴耦合动力学模型和动力学方程。模型中将人字齿轮看作由两斜齿轮通过无质量弹簧连接而成。求解了系统的固有圆频率和固有振型,根据振动模式将星形人字齿轮传动系统的固有振动模式进行分类,并对其重根数和固有频数个数进行了理论研究。结果表明：星形人字齿轮传动系统含有4种典型振动模式,即：中心构件轴向-扭转耦合模态(重根数 r=1),星轮模态(重根数 r=N-3,N>3),中心构件平动模态(重根数 r=2),星轮与中心轮耦合模态(重根数 r=2)。

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基于非线性拓扑优化的汽车变厚度保险杠耐撞性设计

杨江林1;张诗阳2

中国机械工程. 2017, 28(17): 2109-2114.

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结合非线性拓扑优化方法和连续变厚度轧制技术对汽车保险杠横梁进行了耐撞性设计。推导了基于板壳厚度插值的非线性吸能灵敏度公式,并把灵敏度约束在轴向与周向上。应用该方法对三点弯工况下的保险杠进行优化设计,最终确定了保险杠的厚度分布。优化结果表明,等质量情况下,对比均匀厚度的保险杠,具有连续变厚度（TRB）结构的保险杠吸收能量值平均提升了近30%。

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基于多目标算法与动态仿真的带调整时间的拆卸线平衡优化方法

李六柯;张则强;胡扬;邹宾森

中国机械工程. 2017, 28(17): 2115-2124.

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针对拆卸方向改变对作业时间的影响,以最小化拆卸成本、无效作业率和不平滑率为优化目标,构建了考虑调整时间的多目标拆卸线平衡问题模型,并提出了一种Pareto免疫遗传算法与仿真技术相结合的求解方法。算法融合了遗传算子和免疫算子,能有效避免解出现退化和陷入局部最优。通过求解25项拆卸任务算例,并与现有5种算法进行对比,验证了所提算法的有效性。进而将所提模型和算法应用于某打印机拆卸线实例,进一步考虑拆卸时间不确定、存在故障等实际情况,运用仿真技术分析与优化,结果表明所提方法能有效降低等待和堵塞造成的无效作业时间,提高拆卸效率。

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垃圾压缩站箱体结构的荷载分析及轻量化设计

李昂;刘初升

中国机械工程. 2017, 28(17): 2124-2130.

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通过对垃圾压缩站箱体进行应力-应变测试,获得了箱体在工作过程中的荷载分布形式。采用Hyperstudy对曲线进行拟合筛选,得到与试验结果最匹配的荷载分布函数,并作为箱体优化分析的边界条件。同时引入超单元技术对模型进行简化处理,使得模型的优化效率得到了大幅度提高。传统优化算法与超单元算法的对比验证了采用超单元技术处理复杂模型的有效性。

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弹性力学中无网格和有限元耦合的元胞自动机算法

陈泽芸;袁卫锋

中国机械工程. 2017, 28(17): 2131-2135.

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结合有限元和无网格算法的优势,提出了一种元胞自动机算法用以求解二维弹性力学问题。该算法将二维模型离散成一系列节点,这些节点被分成有限元群和无网格群。有限元区域被定义在问题的边界附近,其中的任一节点和其周围相邻点的力学关系通过有限元单元建立；无网格区域定义在远离原理问题边界处,其中的节点之间的关系借用有限元中的位移插值概念建立。无论处于有限元区域还是无网格区域,任何一个节点都被置于元胞自动机的框架下进行处理,即节点的位移通过元胞自动机进行求解。与有限元方法相比,所提出的元胞自动机算法无需采用高斯消去法等传统系统求解器,而是通过元胞自动机的自动演化解决问题。依据该算法,有限元和无网格方法可以实现无缝连接。数值算例验证了该算法的新颖性和正确性。

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数控渐进成形不等层间距等高线轨迹生成

朱虎;王河坡;邢宇飞

中国机械工程. 2017, 28(17): 2135-2141.

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考虑数控渐进成形中层间距对成形质量的影响,提出了一种基于等残余高度的、并对成形角不同曲面区域生成不等层间距的等高线轨迹生成方法。首先生成等残余高度的等高线轨迹,然后在大成形角、大层间距区域中插入等高线来优化层间距。最终生成能满足等残余高度要求、并能通过减小成形力来减小反弹变形的轨迹。数值模拟分析与试验结果表明,该方法生成的不等层间距成形轨迹与等残余高度轨迹相比,成形件所受的等效应变均匀性好,成形件轮廓精度高,能够获得较好的工艺质量。

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中国机械工程. 2017, 28(17): 2142.

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2017年, 第28卷, 第17期　
刊出日期：2017-09-10

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