2019年, 第30卷, 第10期　
刊出日期：2019-05-25

  

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机械基础工程
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  基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真

  周小超, 陈远龙, 侯亭波, 王壮壮

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1135-1141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.001

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  针对电解加工产生的气泡影响加工精度的问题，引入Euler-Euler双流体模型对电解加工中气液两相流场进行描述，并耦合电场和温度场相关模型，分析了工具阴极、工件阳极表面气泡率、温度、电导率和电流密度的分布规律；通过调整加工电压、入口压力和出口压力，对工件阳极表面气泡率和电流密度分布进行仿真优化。仿真结果表明：在流速相同的条件下，减小加工电压、增加出口压力能够改善电导率分布，使阳极表面电流密度分布更加均匀。实验结果表明：仿真得到的阳极表面电流密度分布与工件轮廓高度误差分布吻合；采用优化后参数加工出的工件轮廓精度得到提高。
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  机械臂架系统的非随机振动分析

  曾光, 段民封, 倪冰雨, 姜潮

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1142-1149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.002

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  研究了机械臂架结构在不确定性动态激励作用下的振动问题。针对不确定动态激励的样本函数数量有限，难以得到具体的概率统计信息的问题，采用区间过程对其进行描述；基于结构单位脉冲响应并利用卷积积分及区间过程的相关性质获得动态不确定激励的波动上下边界；以混凝土泵车臂架作为典型工程装备部件，应用上述方法对臂架系统作业过程中的动态响应进行了研究分析。
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  预紧载荷下螺栓结合部静特性分析

  惠烨, 黄玉美, 李鹏阳, 李艳

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1149-1155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.003

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  结合面的接触变形与构件变形存在耦合关系，为提高整机分析结果的准确性，提出了建立分析模型时在构件间增加虚拟材料层反映结合部非线性特性的假设。基于结合面基础特性参数获得了虚拟材料物理参数，建立了包含结合部特性的分析模型。对预紧力作用下的螺栓结合部进行了一系列不同材料、预紧力及构件厚度的静特性试验。结合分析和试验结果，将结合面变形从整体形变中分离出来，与理论计算比较，验证了本文所提出的建模理论和试验方法的准确性和有效性。
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  组合转子疲劳-蠕变联合损伤机理研究

  王艾伦, 邓桂龙, 刘强, 李世杰

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1156-1162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.004

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  以某重型燃气轮机组合转子为研究对象，建立了组合转子整体损伤模型；将纯疲劳和纯蠕变的损伤研究作为基础，根据损伤力学累积模型将联合作用下的损伤变量表示为两种损伤的非线性叠加，揭示了疲劳-蠕变联合作用下组合转子的损伤机理；对疲劳-蠕变联合条件下组合转子的损伤规律进行了实验验证。结果表明，建立的整体损伤模型是正确的、有效的，可为部件损伤预测组合转子的整体损伤提供参考。
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  一种增量式贝叶斯算法及篦冷机故障诊断

  刘兆伦, 张春兰, 武尤, 王海羽, 刘彬

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1163-1171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.005

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  针对批量式算法增量维护性能差的缺点，提出了一种贝叶斯增量学习算法（ILA）。检测到新数据集时，构造WTUN函数来判断结构是否需要更新，若结构需要更新，则构建影响度（Affect）函数，得到结构中需要修正的节点集，在其马尔可夫范围内利用爬山算子修改得到候选结构，利用改进的评分函数选择评分最大的结构作为最优结构。无论结构是否更新，都将原参数作为先验参数，利用EM算法更新参数。将该算法与批量爬山（HC）算法、增量爬山（IHC）算法、增量遗传算法（IGA）对比，ILA算法可以对网络进行增量维护，一定程度上节省了空间和时间。利用该算法建立篦冷机工艺参数的故障诊断模型，该模型能较为准确地实现对二次风温的故障诊断。
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  磨料水射流二次逆向切割对断面质量的提升研究

  宋磊, 武美萍, 缪小进, 任仲贺

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1172-1177,1187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.006

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  针对磨料水射流切割过程中存在的拖尾余纹、切缝锥度和切割留尾问题，基于磨料水射流切割理论，设计了3组不同因素组合下的单次正向切割、单次1/2速度正向切割和二次逆向切割试验，探讨了3种不同切割方式下的断面形貌产生机理，并对试验结果进行对比分析。结果表明，二次逆向切割可降低表面粗糙度约52%~85%，可降低切缝锥度约66%~72%，同时可消除切割留尾。因此，高压磨料水射流采用二次逆向切割的方式可以显著提高磨料水射流切割工件的断面质量。
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  无级变速器减压回路压力脉动关键参数识别及优化验证

  罗威, 周云山, 瞿道海, 张飞铁, 胡哓岚

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1178-1187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.007

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  针对无级变速器独立液压系统的减压回路，建立液压模型，通过引入Sobol'灵敏度分析算法，在MATLAB/AMESim软件平台上，对减压回路压力脉动衰减关键参数进行灵敏度分析。一阶灵敏度及一阶全局灵敏度的分析结果显示，先导阻尼孔、减压阀节流槽及负载流量（等效负载阻尼孔）对压力稳定性影响最大，二阶灵敏度指标显示节流槽与负载流量间的耦合作用最强。根据分析结果，对实车压力脉动现象进行关键参数响应曲面优化，并通过试验结果说明此分析方法的有效性。
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  离心风机振动噪声及压力脉动实验研究

  蔡建程, 鄂世举, 蒋永华, 焦卫东, 王冬云

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1188-1194,1206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.008

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  利用传声器、加速度计、微型精密压力传感器对离心风机噪声、管道振动及压力脉动进行测量分析。结果表明，在风机噪声、管道振动、压力脉动频谱中与叶轮转动相关的离散分量明显，旋转频率分量最大；离散频率处噪声、振动与压力脉动相干函数值在0.5以上，而宽频分量处的相干函数值较小；管道内强烈压力脉动主要在距离风机出口5D（D为管道水力直径）的范围内，强度与参考动压ρv_b²/2（ρ为流体密度，v_b为体积速度）相当；在10D以后，管内流场趋于均匀，压力脉动值约为参考动压的20%；压力脉动频谱中旋转频率分量最为明显，其幅度在风机出口2D~4D附近达到最大，为参考动压的25%左右。
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  圆柱滚子外圆精密加工技术综述

  姚蔚峰, 袁巨龙, 钟美鹏, 王成武, 周芬芬

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1195-1206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.009

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  圆柱滚子外圆精密加工技术作为圆柱滚子制造流程的终加工手段，对保证圆柱滚子的形状精度、尺寸精度、表面质量及其一致性起到关键作用。目前，依据加工原理不同，圆柱滚子加工方法主要分为无心磨削和无心超精研的工业主流传统加工方法，以及定心往复超精研、电化学机械光整、磁流体研磨、双平面方式超精研抛等非传统加工方法。介绍了上述不同加工方法的基本加工原理和研究现状，在加工精度、表面质量、生产效率等方面讨论了各加工方法的优缺点；展望了圆柱滚子外圆精密加工技术未来的发展方向，包括超精密工件和设备、高效自动化生产、高柔性生产、微小型零件、复合工艺、智能装备等。
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  轴瓦轮廓修形对发动机连杆轴承磨损性能的影响

  阮登芳, 陈黎, 高真超

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1207-1211,1218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.010

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  为了消除发动机连杆轴承在做功行程中两端出现的偏磨损，减少轴承的摩擦功耗，建立了某发动机曲轴系柔性多体动力学分析模型并进行了动力学仿真计算。根据连杆轴瓦内孔变形量仿真结果对轴瓦表面轮廓进行了修形设计。计算结果表明：对轴瓦轮廓修形后，轴承的润滑性能变化较小，最大油膜压力及最小油膜厚度随曲轴转角的变化趋势及数值大小均与原圆柱轮廓基本接近，消除了做功行程中的轴瓦偏磨问题，轴承的粗糙接触摩擦功耗无论是最大值还是平均值均降低，轴瓦表面粗糙接触压力沿轴瓦宽度方向分布均匀。
智能制造
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  存在死区的双柔杆空间机器人有限时间控制与抑振

  黄小琴, 陈力

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1212-1218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.011

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  探讨了存在关节力矩输出死区情况下，基于有限时间的漂浮基双柔杆空间机器人系统的轨迹跟踪与柔性抑振问题。采用奇异摄动理论，将系统的动力学方程分解为慢变与快变子系统，分别表示刚性运动与柔性振动。针对模型存在不确定性和死区参数未知的慢变子系统，设计了死区预补偿器和一种基于名义模型的有限时间控制器。引入了具有有限时间收敛特性的积分式滑模面，它与传统渐近收敛控制方法相比，具有更快的收敛速度、更好的鲁棒性和抗干扰特性。对于快变子系统，采用线性二次最优控制方法主动抑制其振动，以保证系统良好的稳定性。结合有限时间稳定性引理，采用李雅普诺夫理论证明了所提控制算法能使跟踪误差在有限时间内收敛到原点。仿真算例验证了所提方法的有效性。
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  3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真

  杨彦东, 周治宇, 邓云蛟, 段艳宾, 窦玉超, 曾达幸, 侯雨雷

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1219-1225,1232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.012

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  动态特性是高速高精密天线功能实现的关键。采用3-RSR（R为转动副，S为球面副）型并联机构作为车载天线构型，基于拉格朗日方程建立基体运动下天线机构动力学模型。以固有频率为目标，利用遗传算法对3-RSR天线机构参数进行优化，性能对比验证了优化结果的有效性。考虑风雪载荷及车体随机激励工况，建立车载天线机构仿真模型，分析得到相应工况下驱动力矩变化曲线。研究工作对车载天线机构动力学设计及样机研制具有参考意义。
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  液压机械无级变速器的变论域模糊PID速比跟踪控制

  于今, 陈华, 刘骏豪

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1226-1232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.013

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  为提高液压机械无级变速器速比跟踪控制效果，设计了基于量化因子和决策因子伸缩变化的变论域模糊PID控制器。通过分析液压机械无级变速器的速比特性和系统数学模型，建立基于AMESim和MATLAB联合的仿真平台，并通过实验平台验证了仿真模型的正确性。对比了变论域模糊PID和常规模糊PID的仿真效果。仿真结果表明：变论域模糊PID控制器在阶跃信号输入下具有更小的超调量和调整时间，在斜坡和正弦信号输入下速比跟踪误差缩小了约50%，即所设计的变论域模糊PID控制器具有更优的速比跟踪效果和更小的速比跟踪误差，表现出了更优的控制效果和动态品质。研究结果为车辆的最佳燃油经济性和最佳动力性的控制策略提供了理论参考。
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  空间3R机械手逆向运动学的多模块神经网络求解

  肖帆, 李光, 游雨龙

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1233-1238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.014

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  提出用多模块神经网络的方法求解空间3R机械手的逆运动学多解。通过几何分析，将关节空间划分为多个只有唯一逆运动学解的关节子空间，每个子空间均用3个单输出的BP神经网络训练和求解。通过仿真试验并与其他方法对比，表明该方法不仅可以准确地划分逆运动学解的取值范围，还可以快速求得高精度的逆运动学多解。
工程前沿
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  高维空间可分性指标在转子诊断系统优化中的应用

  徐搏超

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1239-1243. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.015

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  二叉树相关向量机系统中正负类样本的选取往往通过方差进行可分性度量。常用的高斯核函数是在高维空间中完成分类，由于高维空间中数据点存在度量集中现象，欧氏距离往往并不能较好地度量样本点的可分性。分数范数计算出的高维空间距离差异性更大，故构造了一种基于分数范数的样本点距离度量指标。基于该指标优化各层分类器样本选取，通过实验1验证了基于高维可分性指标优化后的系统相较于欧氏距离优化后的系统在分类精度上有了较为显著的提高；实验2表明优化后的系统与智能诊断算法相比，在分类精度和耗时方面也具有优势。
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  P-V图和阀片运动图在冰箱压缩机性能评价中的应用

  甘宏伟, 金华强, 顾江萍, 黄跃进, 王新雷, 沈希

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1244-1249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.016

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  通过建立新的实验平台，准确测量压缩机各腔体内的气体压力和吸排气阀片的升程量，获取真实的P-V图和阀片运动图。对压缩机P-V图和阀片运动图进行同步研究和分析，得到阀片动作与压缩机内部工作过程的耦合关系，从而为压缩机优化提供方法。实验数据表明：在ASHRAE工况下，该款压缩机循环功耗为66.825 W，其中排气压力损失功耗占比为4.254%，吸气压力损失功耗占比为1.2%，吸气阀片位移为2.148 mm，排气阀片位移为0.825 mm。对压缩机吸排气阀片延时现象进行了分析。
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  工业智能系统：做可持续传承的“制造智慧”

  李杰, 刘宗长, 郭子奇

  中国机械工程. 2019, 30(10): 1250-1259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.10.017

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