中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(24): 0.

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基于主成分分析方法的并联机构参数优化

曾达幸;王娟娟;樊明洲;岳晓博;侯雨雷

中国机械工程. 2017, 28(24): 2899-2905.

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以DELTA并联机构为研究对象,求解该机构的全域条件数、全域各向同性系数、全域最小奇异值指标数据,建立多维全域性能指标数据。基于主成分分析(PCA)法,对上述多维全域性能指标数据进行降维、有效融合,去除指标间的冗余信息,减小目标函数对权重系数的人为依赖性,从而确定目标函数。通过对不同结构参数样本进行PCA分析,选出基于综合全域性能最优的结构尺寸。将PCA优化结果与各性能指标值分布图进行比较分析,最优和最差样本均与各性能指标分布图的最优和最差性能区域相对应,从而验证PCA方法在并联机构参数优化时的有效性。研究结果为多目标下并联机构的优化提供了一种新思路。

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基于转角的迭代学习控制策略下永磁同步电机EPS转矩脉动抑制方法

赵林峰1;陈久闪2;陈无畏1;张荣芸3

中国机械工程. 2017, 28(24): 2906-2913.

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建立了基于永磁同步电机（ PMSM）的电动助力转向(EPS)模型。由于PMSM固有的非正弦磁通分布、齿槽效应和电流检测误差等因素导致了明显的转矩脉动,因此根据寄生转矩脉动多是转子位置的周期函数和EPS系统中电机转速并非恒定不变的特点,提出了一种基于转角的迭代学习控制算法来抑制EPS中PMSM的转矩脉动,并对此进行了大量的仿真和实验验证。实验结果表明,该方案对EPS转矩脉动具有显著的抑制效果。

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永磁同步直线电机霍尔位置检测传感器的优化

李炳燃1;张辉1,2;叶佩青1,2,3

中国机械工程. 2017, 28(24): 2913-2918.

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针对采用线性霍尔元件检测直线电机动子的磁场进而通过磁场信息来解算电机位置的方法,通过介绍双霍尔传感器位置检测的原理,分析由安装误差造成解算位置偏差的机理。提出采用三轴霍尔传感器代替线性霍尔传感器的方法,实现霍尔线性影响因素的误差补偿。为了降低非线性干扰造成的位置解算误差,提出了模糊-神经建模方法来实现传感器的离线标定,最后通过仿真和实验证明了所提传感器误差补偿方法的有效性。

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基于掩蔽效应的汽车非平稳车内噪声烦恼度评价方法

冯天培1;孙跃东1;王岩松2;周萍1;郭辉2;刘宁宁2

中国机械工程. 2017, 28(24): 2919-2924,2930.

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基于采集的汽车加速与匀速运动时车内的噪声,利用参考语义细分法进行噪声烦恼度主观评价试验。考虑掩蔽效应,依据听音评价问卷调查结果,计算加速噪声后半时段和匀速噪声的时变心理声学参量平均值,利用支持向量机创建参量平均值与烦恼度主观评价值间的回归数学模型,建立基于掩蔽效应的非平稳车内噪声烦恼度评价方法。同时计算全部噪声样本的时变心理声学参量平均值并建立基于心理声学参量的烦恼度评价方法。留一法与十折交叉法检验结果表明,两种评价方法对非平稳车内噪声烦恼度的预测精确有效,而基于掩蔽效应的烦恼度评价方法预测结果更加精确、稳定性更高；在加速噪声烦恼度的预测方面,基于掩蔽效应的烦恼度评价方法具有更好的预测性能。

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基于弧长参数的Akima刀位轨迹拟合算法研究

周鹏1;吴继春1;周会成2;杨世平1;刘金刚1;马秋成1

中国机械工程. 2017, 28(24): 2925-2930.

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在数控加工中,通常用小线段表达刀位轨迹,往往会导致刀位点庞大且轨迹不平滑。基于Akima曲线具有光顺连接且端点连接处保证G1以上连续等特点,将刀位点拟合成Akima样条曲线,提出了基于弧长参数的保凸Akima拟合刀位轨迹算法。该算法分为刀位点搜索和拟合两个阶段：首先利用拟合刀位轨迹的误差测试（双弦误差测试和弦切误差测试）约束,获得该段的首末刀位点；然后在该段内根据首末刀位点计算切线矢量,用弧长信息对刀位点参数化,生成一段Akima样条。利用UG软件生成了内含75个刀位点的鞋底模型,通过MATLAB编程和仿真实验,设置不同测试阈值,对比了弧长参数化Akima曲线与节点参数化Akima曲线、NURBS曲线之间的拟合效果,验证了算法的有效性。

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电液负载模拟器同步结构解耦研究

李阁强1,3;刘威1;韩伟锋2;邓效忠1,3

中国机械工程. 2017, 28(24): 2931-2939.

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针对电液负载模拟器中的多余力矩问题,以阀控摆动马达电液负载模拟器为对象,在分析研究多余力矩产生机理及影响因素的基础上,提出一种同步结构解耦新方法,具体实现是将加载执行元件设计成复式双层结构,外层同步马达用于跟踪承载对象进行位置同步控制,内层马达用于加载,通过复式结构加载执行元件实现变被动加载为主动加载,从根本上解决了多余力矩问题。给出了复式摆动马达的参数匹配原则、密封及结构设计方案,仿真分析了内外层马达油道配流方式的合理性。最后,通过小梯度加载下电液负载模拟器性能的仿真分析验证了同步结构解耦新方法的正确性及有效性。

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蹼翼型波浪滑翔机结构设计和运动原理分析

田宝强1,2;李玲珑3

中国机械工程. 2017, 28(24): 2939-2943.

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在传统波浪滑翔机研究的基础上,通过柔性蹼翼的引入和结构设计,对蹼翼型波浪滑翔机的运动原理进行了深入研究,建立了柔性蹼翼驱动力计算模型,搭建了原理样机并初步通过了造波水槽实验,实现了蹼翼型波浪滑翔机的滑翔功能。蹼翼型波浪滑翔机克服了传统波浪滑翔机的结构复杂易缠绕、机动性差和波浪能转化效率低等不足,能更好地应用于大尺度、长期的海洋环境观测应用研究。

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基于对比度增强抑制灰度的改进优化准则法

许小奎;郭宝峰;金淼

中国机械工程. 2017, 28(24): 2944-2948,2956.

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为了抑制变密度法拓扑优化结果中的灰度单元,基于对比度增强策略,提出了两种形式的对比度增强算子,引入到优化准则法迭代计算中,对优化准则法进行了改进。对比度增强算子能够拉大单元灰度差别,驱动中间密度向两极进行分化,最终使优化收敛于0/1材料分布状态。采用典型数值算例对该方法进行了验证,计算结果表明,该方法能够得到拓扑结构清晰的优化结果。

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轿车轮毂轴承铆装工艺理论分析与试验研究

杨军1;杨允松1;李伟1;肖耘亚2;周志雄1

中国机械工程. 2017, 28(24): 2949-2956.

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对轿车轮毂轴承单元的铆装工艺进行了理论分析和试验研究。建立了铆装力理论计算模型与铆装工艺有限元分析模型,研究了铆头轨迹、倾角和停留时间等工艺参数对铆装质量的影响,得出采用圆周轨迹、铆头倾角6°和停留时间0.8s时铆装质量最好的结论。以DAC2F10轿车轮毂轴承单元为例,在课题组开发的铆合装配专用机床上进行了铆装试验,验证了铆装力理论模型和铆装工艺有限元模型的合理性,并进一步优化铆头倾角为5.5°。采用所优化的铆装工艺试制出了轮毂轴承单元样件,耐久性试验测试最高使用寿命近2×105km,表明得出的铆装优化工艺能大幅提高轮毂轴承单元的使用寿命和可靠性。

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基于向量组的动静平台几何装配条件自动分析与综合方法

谢冬福1;罗玉峰1，2;石志新1;彭艳蓝1

中国机械工程. 2017, 28(24): 2957-2963.

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基于方位特征集理论,提出了一种基于向量组的动静平台几何装配条件自动分析与综合方法,给出了其主要步骤和流程图。实例分析表明：在并联机构拓扑结构设计过程中,提出的自动分析与综合方法可综合出更多的机构,且综合出的机构更具一般性；在并联机构拓扑结构分析与综合过程中,所提出的方法减少了对设计者人为经验、灵感等因素的依赖,提高了并联机构拓扑结构综合的效率,方便计算机对机械系统进行自动分析与综合。

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电动静液压作动器主动悬架力跟踪控制研究

寇发荣;王哲;杜嘉峰;李冬;许家楠;何凌兰

中国机械工程. 2017, 28(24): 2964-2970.

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建立了1/4主动悬架和EHA主动悬架系统的数学模型,分析了EHA作动器中的无刷直流电机对该系统的影响。提出了一种基于主环LQG理想力控制器和内环电机电流控制器组成的力跟踪控制策略,设计了EHA主动悬架硬件控制器,并进行了仿真和台架试验。结果表明,力跟踪控制能够使电机输出的实际主动力接近理想主动力,改善了EHA主动悬架的动态特性,验证了所设计的控制策略和硬件控制器的可行性。

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变节距悬架弹簧对方程式赛车平顺性的影响

罗凤1;杨忠炯1,2;周立强1,2

中国机械工程. 2017, 28(24): 2971-2975.

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针对大学生方程式赛车座椅与车架为刚性连接,行驶过程中车架振动对驾驶员造成很大影响的问题,分析了赛车变节距悬架弹簧的弹性特性曲线拟合方法,得出了变节距悬架弹簧节距随载荷的变化规律；通过随机输入实验和确定输入实验,对比分析了赛车前悬架分别采用线性弹簧和变节距弹簧对平顺性的影响。实验结果表明：随着车速的提高,车身各测点的最大垂直振动加速度都增大,但采用变节距弹簧的各测点值都小于采用线性弹簧的各测点值；当实验车速为50km/h时,采用变节距弹簧,前轴测点和座椅底板测点的垂直振动加速度均方根值较采用线性弹簧分别减小了11.02％和20.16％,平顺性得到提高。

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基于旋量理论的三指机器人灵巧手逆运动学分析

裴九芳;许德章;王海

中国机械工程. 2017, 28(24): 2975-2980.

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为提高三指机器人灵巧手逆运动学的求解效率,提出了基于旋量理论的逆运动学新的求解算法。以Shadow三指灵巧手为例,在无法直接利用单纯的Paden-Kahan 子问题求解逆运动学的条件下,食指（无名指）的逆解采用Paden-Kahan子问题与代数解相结合的算法,拇指的逆解采用数值法与Paden-Kahan子问题相结合的算法。最后通过计算实例证明了算法的有效性和可行性。该算法在保证精度的前提下,几何意义明显,耗费时间短,效率高。

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基于阻抗特性的六足机器人动态稳定性

艾青林;徐冬;张立彬

中国机械工程. 2017, 28(24): 2981-2989.

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针对六足机器人在崎岖路面行走时,易受到外力干挠发生倾覆失稳的问题,提出一种考虑外力、重心位置、支撑面倾角、运动特性以及机器人阻抗特性的动态稳定性分析方法。建立机器人正运动学和重心求解理论模型,对机器人的实时重心与足端位置进行求解,将机器人绕足端支撑边界的倾翻动作等效为机械旋转系统,在规范化能量稳定裕度判定方法的基础上,建立基于阻抗特性的机器人动态稳定性数学模型,分析不同因素对机器人动态稳定性的影响规律。研究结果表明,机器人阻抗特性极大地提高了机器人的动态稳定性。

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基于蚁群算法-粒子群算法的白车身侧围点焊机器人路径规划

侯仰强1;王天琪1;李亮玉1;张志臣1;赵娜2

中国机械工程. 2017, 28(24): 2990-2994.

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针对白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务,对焊接路径规划算法进行了研究。提出了一种适用于该任务的蚁群粒子群混合算法,以实现多机器人焊点分配均匀和单机器人焊接路径最优的焊接要求。通过分析白车身侧围焊点分布特点及多机器人协调焊接要求,建立白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务数学模型。设计了基于蚁群粒子群混合算法的路径规划方案,在MATLAB中得到规划结果。利用机器人离线编程软件Robotstudio建立白车身侧围多机器人协调焊接工作站,对规划结果进行仿真实验。结果表明,该算法可实现焊点均匀分配,缩短焊接路径,有效提高焊接效率。

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新型客车安全气囊匹配设计与折叠方法

吴军亭1;吴俊1，2;曹立波1;吴梦华1

中国机械工程. 2017, 28(24): 2995-3000,3012.

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设计出一种新型环形安全气囊,并给出该环形气囊的折叠方法。以某客车为参照,建立了包括新型环形安全气囊的客车驾驶员侧约束系统。对未匹配气囊、匹配传统气囊以及匹配新型气囊工况下的驾驶员损伤数据进行对比分析,并对新型气囊的参数进行了优化设计。结果表明,采用新型气囊工况后,驾驶员头部和胸部的损伤值均至少减小36%,能够有效减轻客车正面碰撞事故中驾驶员头部和胸部的损伤。

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基于最小熵解卷积-变分模态分解和优化支持向量机的滚动轴承故障诊断方法

姚成玉1;来博文1;陈东宁2，3;孙飞2,3;吕世君2,3

中国机械工程. 2017, 28(24): 3001-3012.

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提出了一种基于最小熵解卷积和变分模态分解以及模糊近似熵的故障特征提取方法,并采用优化支持向量机对故障进行识别分类。首先利用最小熵解卷积方法降低噪声干扰并增强故障信号中故障特征信息,进而对降噪后的信号进行变分模态分解,并利用模糊近似熵量化变分模态分解后包含故障特征信息的模态分量以构建特征向量,之后通过采用扩展粒子群算法优化惩罚因子和核函数参数的支持向量机,对故障样本训练并完成故障识别分类。将所提方法应用于滚动轴承不同损伤程度、不同故障部位的实验数据,验证了该方法的有效性。与基于局部均值分解的特征提取方法相对比,结果表明所提方法可以更精确地提取出滚动轴承故障特征,并能够更准确地完成不同故障的识别；通过与基于网格寻优算法优化的支持向量机方法和基于扩展粒子群优化的最小二乘支持向量机方法相对比,结果表明所提方法具有更好的分类性能,能达到更好的诊断效果。

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基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测

洪波1,2;尹力1,2;李毅1,2;李湘文1,2

中国机械工程. 2017, 28(24): 3013-3016,3023.

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针对工字梁、箱梁等焊接结构自动化生产中工件偏移和偏转问题,提出了一种基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测方法。建立了角焊缝位姿的弧长模型,分析了角焊缝位姿对弧长的影响规律;基于傅里叶分析,提出了角焊缝位姿解耦算法,实现了对角焊缝横向偏差、纵向偏差、坡口角度和工件偏转角度的检测；通过对存在坡口间隙和定位焊缝的角焊缝进行位姿检测试验。结果表明,所提出方法具有检测误差小、抗干扰能力强等优点,在焊接自动化生产中具有良好的应用前景。

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二维随机载荷作用下疲劳寿命的研究

藤瑞品;宋晓琳

中国机械工程. 2017, 28(24): 3017-3023.

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基于Goodman公式和Miner损伤定则,提出了一种考虑载荷均值影响的二维随机载荷作用下疲劳寿命的计算方法。在此基础上以幅值和均值均符合正态分布的随机载荷为研究对象,推导出了其当量载荷的概率密度函数和等效载荷的数学模型,采用Gauss-Legendre求积公式进行积分运算,对该载荷作用下的疲劳寿命进行了研究。分析了等效载荷随载荷均值和幅值不同分布参数变化而变化的规律,并与不考虑载荷均值的一维随机载荷作用下的等效载荷进行了对比。研究结果表明：载荷均值μm的正负变化对等效载荷产生明显的影响,负的μm导致等效载荷降低,甚至低于一维随机载荷作用下的等效载荷；而正的μm会导致等效载荷迅速增大以至到远大于一维随机载荷作用的等效载荷；当μm=0时,二维随机载荷则略高于一维随机载荷作用的等效载荷。

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中国机械工程. 2017, 28(24): 3024.

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中国机械工程. 2017, 28(24): 3025.

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2017年, 第28卷, 第24期　
刊出日期：2017-12-25

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