中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(18): 0.

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基于贝叶斯改进结构算法的回转窑故障诊断模型研究

刘彬1;刘永记1;刘浩然1;李雷2;孙美婷1

中国机械工程. 2017, 28(18): 2143-2151.

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针对现有改进互信息爬山(MI&HC)算法精度低、耗时长及简化爬山(SHC)算法产生大量冗余边的问题，提出一种新的结构学习算法,即改进爬山(IHC)算法。通过计算互信息链得到贝叶斯初始结构，利用条件独立性测试以及对孤立节点进行处理来加边补充贝叶斯初始结构得到完全结构，利用改进的爬山搜索算子对完全结构进行搜索直到得出最优结构。将该算法与爬山(HC)算法、MI&HC算法、SHC算法进行比较，仿真结果表明，IHC算法能够得到较高准确率的模型,时间开销最小而且产生的冗余边数远远少于SHC算法产生的冗余边数。最后基于IHC算法，结合某回转窑数据进行训练，得到了回转窑工艺参数的故障诊断模型，对回转窑的烧成带温度实现了较为准确的故障诊断。

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一种并/混联汽车电泳涂装输送机构运动/力传递效率性能分析

朱明星1,2;高国琴1;吴军3;陈太平1

中国机械工程. 2017, 28(18): 2152-2160.

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针对一种新型汽车电泳涂装输送机构,提出一种表征并/混联式输送机构输入输出端之间的运动/力传递效率的分析评价方法。首先采用旋量形式导出输送机构的运动学和动力学,再根据旋量的Klein型即李代数e(3)的双线性形式,建立了以输送机构末端执行器的瞬时运动功率与输入端瞬时运动功率的比值作为表征机构输入输出的运动/力瞬时传递效率的瞬态分析评价指标。基于所提出的分析评价方法,得出机构在三种典型期望运动轨迹下从输入端到输出端的运动/力瞬时传递效率随时间变化的曲线,并求得其运动/力平均传递效率。最后利用MATLAB软件对机构进行实例仿真,仿真结果表明了评价指标的合理性和有效性。

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摇摆工况下错位瓦轴承支撑的转子系统动力学特性

张磊1;裴世源1;徐华1;张亚宾2;朱杰2

中国机械工程. 2017, 28(18): 2161-2170.

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基于轴承刚度和阻尼的分段线性化假设,建立了不同横摇角度的转子轴承模型；利用DLAP软件,耦合求解错位瓦轴承支撑的转子系统的动力学模型；采用特征值和特征向量、不平衡响应分析、稳定性分析和瞬态动力学分析等手段,研究了轴系的稳定性和安全性,并与正常工况下轴系的动力学特性对比,得到了摇摆工况下错位瓦轴承支撑的转子系统的动力学特性。

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渐开线花键副微动磨损分析的能量耗散法

郑维彤;王三民;颉晓欣;李浩

中国机械工程. 2017, 28(18): 2171-2176.

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针对航空传动系统中的渐开线花键副,采用能量耗散法,建立了微动磨损量计算公式,并针对三种工况,研究工况因素对磨损分布规律的影响。研究结果表明:①理想工况下,各齿对的磨损量几乎相同,外花键齿廓上齿根接触末端为最大磨损发生位置；存在侧隙时,侧隙越小的齿间磨损越严重；存在轴线偏斜时,齿面在轴向位置的中部发生较大磨损,最大磨损发生位置向齿顶移动。②渐开线花键副设计安装时,为减少微动磨损带来的失效,应尽可能保证各齿间侧隙均匀并减小内外花键的轴线偏斜。

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船用柴油机燃烧室结构分析

赵昌普;孙雅坤;王耀辉;张志刚;朱亚永

中国机械工程. 2017, 28(18): 2176-2182.

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为探索不同燃烧室结构对大缸径船用柴油机燃烧和排放的影响,基于原机燃烧室,新设计了6种不同形状的燃烧室,采用AVL Fire软件建立燃烧室仿真模型,并结合涡流数和均匀系数来对缸内流动、混合和燃烧过程进行数值模拟分析。结果表明：燃烧室直径和凹坑深度等参数会对缸内流动产生很大影响,凹坑深度较大的缩口燃烧室能产生较强的涡流从而改善燃烧,而浅坑的开口燃烧室的缸内燃烧状况较差。同时发现,只有在缸内涡流和湍动能都较大的情况下才能使燃烧更充分。从发动机性能和排放结果来看,缩口燃烧室G1的功率输出增加4.6%,排放与原机基本持平；直口燃烧室G4在略低于原机的功率输出下,NOx排放降低43.3%；开口燃烧室的做功能力较差。

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基于小波分析的FastICA联合降噪方法在滚动轴承故障诊断中的应用研究

吴雅朋;王吉芳;徐小力;蒋章雷

中国机械工程. 2017, 28(18): 2183-2188,2197.

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采用小波分析方法进行振动信号降噪存在选取参数依靠经验的问题,采用独立分量分析（ICA）方法进行振动信号降噪存在欠定问题,为了避免小波降噪以及ICA方法单独使用的缺点,提出了将小波降噪分析和基于负熵的FastICA独立分量分析相结合来处理滚动轴承含噪振动信号的方法。首先对原始信号进行小波降噪处理,然后将处理后的信号与原始信号组成FastICA的输入矩阵,进行FastICA降噪处理,最后利用滚动轴承振动信号对该方法进行有效性验证。实验分析表明：该方法增大了振动信号的峭度值,达到了滚动轴承振动信号降噪的目的。

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基于虚设运动副的并联机器人静态误差建模与标定

赵延治1,2;宋晓鑫1,2;杨建涛1,2;齐立哲3;何勇1,4;赵铁石1,2

中国机械工程. 2017, 28(18): 2189-2197.

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基于并联机器人影响系数和虚位移原理,以一般空间并联机器人为例,通过虚设运动副,提出一种并联机器人静态误差建模与分析的通用新方法。该方法用于确定各个原始加工装配误差源对并联机器人末端位姿的独立影响,具有物理意义明确、建模分析便捷等优势。在此基础上,基于虚设运动副建立了3-P(4S)并联机器人各误差映射矩阵,并对该机器人开展了静态误差标定实验研究。实验结果表明,基于该方法标定后,3-P(4S)并联机器人输出定位误差最大值由0.585mm减小到0.142mm,标定后机器人定位精度明显提高,从而验证了该方法的有效性。

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旋转滑动摩擦高频噪声产生机理的实验研究

麦云飞1;刘志亮1;王书文1;董冰洋2

中国机械工程. 2017, 28(18): 2198-2203,2208.

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为了深入研究金属旋转滑动摩擦高频噪声的产生机理,以多功能摩擦磨损试验机为平台,采用单因素实验法来研究相对滑动速度、接触压力、表面形貌等影响因素对摩擦高频噪声的影响规律。实验发现：金属旋转滑动高频摩擦噪声多发生在相对滑动速度低、接触压力较大以及摩擦因数-速度负斜率处；摩擦副间相对滑动速度、接触压力和表面粗糙度的变化几乎不会对高频噪声的频率产生影响,但高频噪声声压级随表面粗糙度的增大呈现明显减小趋势。对摩擦噪声声压信号和法向、切向振动加速度信号进行互相关分析,结果表明,法向振动加速度信号和摩擦噪声声压信号之间具有更高的相关性,从而为进一步理解摩擦高频噪声的产生机理和预测模型的建立提供了参考。

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水平轴风力机的转矩性能及叶尖损失对其的影响

姜海波;李艳茹;赵云鹏

中国机械工程. 2017, 28(18): 2204-2208.

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分析了叶尖损失机理,根据PRANDTL 和GLAUERT叶尖损失修正因子及叶素-动量理论,推导出考虑叶尖损失的叶片弦长公式,然后沿叶片展向积分,推导出与风力机尖速比和翼型升阻比关联的风力机转矩系数解析表达式,并得到风力机在任何稳定运行状态转矩系数的最高参数值,可作为风力机转矩系数的设计参考值。研究表明,叶尖损失对弦长的影响集中在叶尖部位,当升阻比为无穷大且尖速比从常见范围10变化到4时,叶尖损失导致转矩性能损失约4%~10%,且损失的数值随升阻比的变化极小。

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滚动轴承性能不确定性与可靠性评估

常振1;夏新涛1,2;李云飞1;刘红彬1

中国机械工程. 2017, 28(18): 2209-2216,2223.

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以灰色系统理论和泊松计数过程为基础,对滚动轴承性能不确定性进行参数量化,并在设定阈值条件下研究不同工况下轴承性能可靠性,进而建立其性能不确定性与可靠性匹配序列,以寻找轴承服役期间两者之间的内在联系。根据轴承运转期间某属性时间序列,进行灰自助处理得到该属性的不确定性；然后参考设定阈值进行泊松计数,获得该时间序列的有效变异强度,进而得到其性能运转可靠性；最后分析不确定性与可靠性两者之间的灰关系。实验结果显示,滚动轴承性能不确定性与可靠性的演变状况可以被真实描述,两者归一化处理结果十分相像,有着明显的灰关系,各案例的实验结果保持良好的一致性。

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风力机柔性叶片翼型的气动特性研究

邓勇1,2;龚佳辉2;何宇豪2;陈严2;罗振1

中国机械工程. 2017, 28(18): 2217-2223.

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基于柔性叶片大尺寸变形的特点,选取NPU翼型作为研究对象,采用Xfoil软件计算不同弦向变形时翼型的升阻力系数及俯仰力矩系数,并总结翼型变形后升力系数计算的修正公式。研究表明,柔性叶片弦向弯曲变形越大,翼型的升力系数越大,阻力系数也会有小幅度增大,但升阻比总体呈现增大趋势,有利于提升气动性能。翼型变形后的气动特性计算修正公式的计算结果与模拟仿真的结果也吻合较好。

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废旧轿车无级变速箱再制造工艺的碳排放评估

王秋成;魏瑞晖;张启炯

中国机械工程. 2017, 28(18): 2224-2230,2267.

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针对废旧轿车无级变速箱再制造工艺碳排放问题,提出了一种多层次关联分析理论与碳排放系数法相结合的再制造工艺碳排放量化方法。对无级变速箱再制造工艺过程的碳排放特性进行分析,定义了再制造工艺系统边界,将系统内多种碳源进行归类分析,构建了多层次碳排放要素之间的关联矩阵,并结合碳排放系数法进行基本碳源建模,提出无级变速箱再制造工艺碳排放量化方法。基于碳排放评估的角度对无级变速箱的再制造工艺进行研究,并以带轮盘激光修复工艺为例,验证了所提出碳排放量化方法的有效性。实验结果表明,在无级变速箱带轮盘激光修复工艺过程中,设备碳排放是总碳排放的主要组成部分,相比于其他碳排放影响因素,扫描速度对设备碳排放以及总碳排放的影响程度最大。

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基于花授粉算法的曲面薄壁件定位布局优化

王仲奇;李诚;杨勃;杨元

中国机械工程. 2017, 28(18): 2231-2236.

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优化定位布局是减小薄壁件装夹变形的重要手段,现有研究大多以节点法向变形最小为优化目标而忽略其他方向上的变形,为此提出了一种新的基于花授粉算法的夹具布局优化方法。针对曲面薄壁件,在建立法向约束定位模型的基础上,通过应变能来描述所有方向上的变形,以薄壁件的整体应变能最小为目标,结合花授粉算法和基于Python语言的参数化有限元分析,实现薄壁件的定位布局寻优。最后以飞机蒙皮定位布局优化为例验证方法的有效性,并通过与遗传算法的对比表明,花授粉算法在优化薄壁件的定位布局时具有更优的性能。

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基于快速终端滑模算法的机械手跟踪控制研究

钱东海;黄友昕;董小康;吴鹏

中国机械工程. 2017, 28(18): 2237-2241.

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提出了一种模糊自适应快速终端滑模控制方法。该控制方法采用多幂次趋近律构造趋近运动,用以提高趋近滑模面的速度,然后对常规的终端滑模面进行改进,提高沿滑模面收敛的速度。为消除控制系统中存在的不确定因素和建模误差,该控制算法还引进模糊自适应方法进行在线逼近。利用李雅普诺夫定理证明了所提出算法的稳定性。最后基于MATLAB与ADAMS联合仿真平台,采用所提出的算法对自行设计的3R型机械手进行轨迹跟踪研究,仿真结果显示,本控制方法具有更快的收敛性和更强的鲁棒性,有效地抑制了滑模控制中存在的振荡。

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圆弧形砂轮精密修整及其声发射在线监测技术

陈冰1,2;王各3;刘建明4;邓朝晖1,2;赵清亮5

中国机械工程. 2017, 28(18): 2242-2249.

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针对球面、非球面及自由曲面超精密磨削加工用圆弧形金刚石砂轮难以精密修整的问题,提出基于旋转绿碳化硅（GC）磨棒的端部在位精密修整方法及修整过程的声发射在线监测技术。基于圆弧形金刚石砂轮的结构特性,制订圆弧形金刚石砂轮的在位精密修整与修整过程的声发射在线监测技术方案。依据修整与在线监测方案,对D64圆弧形金刚石砂轮进行修整实验及其声发射信号采集,修整后跳动误差小于10μm,比修整前减小30μm左右,砂轮精度显著提高。利用声发射信号均方根值获取砂轮修整结束的特征预警阈值,实现了旋转GC磨棒端部在位精密修整过程的在线监测以及修整结束时间的准确判断,可以有效提高球面非球面磨削加工过程的效率。

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弧面凸轮侧铣加工刀轨的空间线性回归分析

胡东方1,2;郭建伟1,2;任小中1,2

中国机械工程. 2017, 28(18): 2249-2255.

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为减小弧面凸轮非等径加工存在的法矢异向误差,根据空间线性回归算法的NURBS直纹面生成原理,寻求加工误差最小的刀轴矢量,进行初步拟合。通过迭代逼近减小初始刀轴矢量误差,将刀轴作为NURBS直纹面母线来重构理论刀轴回归轨迹面。利用最小二乘法进行进一步优化,建立了弧面凸轮侧铣加工刀轨误差优化模型,提出了求解该优化模型的一种实数编码的人工免疫算法。以左旋弧面凸轮进行矢量数值计算和仿真,验证了该算法的有效性。

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IC10合金的动态回复/再结晶本构行为研究

张宏建1;温卫东1,2;崔海涛1;肖健峰1

中国机械工程. 2017, 28(18): 2256-2261.

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对IC10合金在1073~1373K范围内、不同应变率下开展了拉伸试验研究,试验结果表明：IC10合金在1073K附近表现出明显的动态回复力学特征,在1173~1373K范围内则表现出明显的动态再结晶特征。通过透射电子显微镜对试验样品进行观察,研究了IC10合金变形机理,结果表明,在1073~1373K范围内,IC10合金变形过程中螺位错和刃位错可动性相当,并在γ′相边界逐步形成一些胞状亚晶结构。最后,将工程中应用广泛的Sellars模型应用于描述IC10合金在1073~1373K范围内、不同应变率下的力学行为,预测结果与试验结果的平均相对误差值不超过5%。

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板坯形状对方截面无模旋压轴向可旋深度的影响

贾震1;李研1;韩志仁1;肖咏2;范作军1

中国机械工程. 2017, 28(18): 2262-2267.

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利用实验方法对比了方形和圆形板坯形状对方截面无模旋压轴向可旋深度的影响,并对其影响机理进行了理论分析。首先采用确定初始步长的方法推导了可无限扩展的方截面旋轮路径公式,在此基础上分别模拟了方形和圆形板坯的无模旋压过程,并对模拟结果进行实验验证。然后提出了轴向可旋深度的评估方法,并以此为判据,对比分析了同轴向旋压深度下圆形和方形板坯工况的后续可旋性,发现方形板坯工况优于圆形板坯工况,进而揭示其机理为：方形板坯工况旋压过程中剩余法兰形状与旋轮路径切合性较好,促进了金属径向流动均匀化。

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中国机械工程. 2017, 28(18): 2268.

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2017年, 第28卷, 第18期　
刊出日期：2017-09-25

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