2019年, 第30卷, 第18期　
刊出日期：2019-09-25

  

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机械基础工程
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  基于脉冲涡流的铁磁性材料屈服强度检测方法

  李开宇, 高雯娟, 王平, 张艳艳, 杭成

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2143-2149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.001

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  钢铁工业中的铁磁性材料屈服强度的检测依赖拉伸检测，增加了检测成本，为此提出了一种多特征融合的铁磁性材料屈服强度脉冲涡流检测方法。提取脉冲涡流响应信号的时域特征、频域特征，然后建立各个信号特征与材料屈服强度的神经网络模型，最后用神经网络模型对材料的屈服强度进行估计。该方法是一种无损检测方法，检测误差不超过5%。
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  计及轴颈轴向运动的径向滑动轴承润滑分析

  李彪, 孙军, 朱少禹, 付杨杨, 苗恩铭, 李云强, 朱桂香

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2150-2155,2163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.002

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  以轴-径向滑动轴承系统为研究对象，综合考虑轴颈轴向运动和倾斜，建立了倾斜轴颈的轴承的流体动力润滑模型，采用有限差分法求解Reynolds方程，分析了不同的轴颈倾角、转速、偏心率和轴承间隙下的轴颈轴向运动对倾斜轴颈的轴承润滑性能的影响规律。结果表明：轴颈轴向运动对倾斜轴颈滑动轴承润滑特性影响显著，且影响程度与轴颈倾角和转速有直接的关系，倾角越大，对轴承润滑性能的影响越大，转速越低，对轴承润滑性能的影响越显著；轴承间隙越小，对轴承润滑性能的影响越大。
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  基于傅里叶分解方法的航空发动机转子故障诊断

  刘洋, 刘晓波, 梁珊

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2156-2163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.003

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  针对传统时频分析法无法提取转子故障特征信息的问题，提出了基于傅里叶分解方法（FDM）的转子碰摩故障诊断方法。构造了调频调幅仿真信号，对比FDM、集合经验模态分解（EEMD）、变分模态分解（VMD）的分解结果发现，FDM能够实现仿真信号的完备性分解，且时频分辨率高。利用FDM对采集到的转子试验器机匣单点-转子全周碰摩试验故障数据进行诊断，不同算法故障信号分解结果的周期功率谱密度估计和故障特征提取结果表明，该方法具有更高的诊断可靠性，可有效地解决转子故障诊断问题。
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  振动磨机研磨介质填充率的质量计量法及其修正

  程敏, 刘保国, 刘彦旭

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2164-2171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.004

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  引入考虑研磨介质形状和尺寸的致密度系数，对研磨介质填充率的质量计量法进行了修正。利用几何密排作图方法得到柱形研磨介质在磨筒内的六边形排布特征，给出了致密度系数的基础计算公式。导出筒壁空隙处能够继续填充研磨介质的判别条件，并利用三角形面积近似替代得到致密度系数的修正公式，其计算结果与几何密排作图结果之间的误差小于5%。球形研磨介质致密度的修正系数极值为0.625 2，接近实验结果的0.61。应用算例表明，对研磨介质填充率的质量计量法进行修正是必要的。
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  高能球磨-粉末冶金法制备硫化亚铁/铁基轴承材料的摩擦学性能

  张开源, 尹延国, 张国涛, 谢致远, 陈奇

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2172-2178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.005

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  以Fe、C和FeS为原料，采用高能球磨工艺和粉末冶金法制备了FeS/铁基轴承材料，研究了材料的微观结构，并考察了其摩擦磨损性能。结果表明：高能球磨工艺改善了FeS颗粒的分布均匀性及其与基体的界面结合，材料力学性能高于未球磨材料；FeS属固体润滑剂且具有良好的储油特性，油润滑条件下FeS向摩擦表面转移易形成液-固润滑膜，起到了良好的减摩抗黏着作用，FeS质量分数为8%的球磨铁基轴承材料具有较好的减摩耐磨特性和较高的承载能力。
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  HSI颜色空间下的直线导轨表面缺陷检测方法

  周友行, 马逐曦, 石弦韦, 孔拓

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2179-2184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.006

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  为解决直线导轨表面微小缺陷受背景纹理影响、无法准确检测的问题，提出了一种HSI颜色空间下的直线导轨表面缺陷视觉检测方法。将直线导轨表面图像由RGB空间转换到HSI空间，得到色调、饱和度和亮度的分量图；采用主成分分析法对各分量图像进行降维，建立混合灰度模型；利用粒子群算法优化其相应的加权系数；通过阈值分割完成缺陷检测。实验及计算结果表明，相比RGB空间的缺陷提取，该方法能准确检测出常见的直线导轨表面四种类型缺陷。
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  化学机械干式研磨的转化率建模及优化试验

  袁巨龙, 王洁, 吕冰海, 黄晟, 张韬杰, 杭伟

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2185-2190,2197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.007

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  化学机械干式研磨的最大去除率产生于化学固相反应与机械作用达到平衡时。建立了固相反应转化率的数学模型，以全面分析其影响因素。从影响因素中选择4个主要参数，展开固结SiO₂磨料磨具研磨蓝宝石的试验研究。试验结果表明，按影响显著程度由高到低排列的4个参数分别为磨具转速、载荷、磨料粒径、磨料与结合剂的质量百分比，所研究范围内的化学机械作用最优参数组合是：粒径45 μm，百分比30%，载荷0.6 MPa，转速150 r/min。
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  基于傅里叶描述子的耦合串联机构构型尺度融合设计

  朱留宪, 吕浩, 韩远飞, 赵萍, 李祥云

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2191-2197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.008

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  利用傅里叶变换方法，提出了耦合串联连杆机构的构型尺度融合设计方法，针对给定目标运动对其上各点的轨迹进行谐波分析，识别出包含最少数量谐波分量的最简轨迹，通过这些谐波分量的数量、幅值以及频率等特征信息便可反演得到耦合串联机构的拓扑结构特征和尺度参数信息，解决了耦合串联机构的运动综合问题，并给出了相应的算例证明所提方法的有效性。
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  球头副曲率半径对力传感器方位误差的影响

  梁伟, 杨晓翔, 王秀荣, 姚进辉

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2198-2206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.009

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  对不同接触形式的球头副的载荷偏心量和接触应力进行了分析，并设计了9对不同接触形式、不同结构尺寸的球头副进行方位误差测量。实验结果发现，相对于球面-球面点接触形式球头副，球面-平面点接触形式球头副的方位误差更小，球面-球面完全接触形式球头副与球面-平面点接触形式球头副的偏心载荷相当；调整角度较小时，可以选用球面-球面点接触或球面-球面完全接触，调整角度较大时，宜采用球面-平面点接触或半径较小的球面-球面完全接触。
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  类金刚石膜在水环境下的摩擦学行为

  郭飞飞, 金守峰, 秦立果, 董光能

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2206-2210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.010

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  测试了CoCrMo合金表面沉积类金刚石薄膜与CoCrMo在水溶液润滑下的摩擦磨损行为。结果表明：摩擦副在不同浓度牛血清白蛋白溶液润滑下的平均摩擦因数均在0.10左右，CoCrMo合金销磨损量最小值为1.69×10^-5 mm³；相同条件下，生理盐水溶液润滑的磨损量为1.38×10^-5 mm³，且销表面有转移膜生成；牛血清白蛋白溶液润滑时，界面蛋白吸附层屏蔽了转移膜的形成。根据结果可知，转移膜的形成经历了磨屑附着、连续转移、局部脱落的过程。
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  螺旋锥齿轮铣齿机主轴-轴承系统的动力学分析

  王志永, 杜伟涛

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2211-2216,2223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.011

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  螺旋锥齿轮铣齿机的刀具主轴系统在加工中易出现颤振现象，影响工件的加工质量。针对这一问题，依据集总质量法，构建了刀具主轴系统等效动力学模型；采用Timoshenko梁理论分析得到了主轴转子的刚度矩阵；通过对圆锥滚子轴承的力学分析，构建了轴承在轴向预载荷作用下的轴向刚度和径向刚度计算式。利用力锤激励实验对采用数值分析法构建的刀具主轴系统的动力学模型进行了验证，对比结果表明所构建的动力学模型可以有效反映刀具主轴系统的动力学特性。
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  挤压旋转的橡胶辊滞后生热温度场分析

  初红艳, 许康健, 孙冬明, 蔡力钢

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2217-2223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.012

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  为了研究橡胶材料非线性黏弹性行为表现出的滞后生热的影响，以一对挤压对滚的钢辊-橡胶辊为研究对象，先采用解耦方法进行瞬态力学场分析，再通过损耗计算得出节点生热率，最后将滞后生热作为内热源进行热分析，得到其稳态温度场分布。结果表明，胶辊产生的滞后温升为6~13℃，周向两端的温度最高，径向中部的温度最高。仿真结果与试验结果的良好一致性证明了该方法的可行性，也证明了滞后生热是运动过程中的主要生热因素。
智能制造
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  混合偏最小二乘回归和粒子群优化直接进给轴加速度饱和性能的优化方法

  林献坤, 张立明

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2224-2230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.013

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  为了提高直线电机驱动进给轴的驱动性能，对进给轴的加速度饱和性能优化方法进行了研究。分析了直接进给轴驱动过程中加速度饱和性能的影响因素，提出一种混合偏最小二乘回归（PLS）与粒子群优化（PSO）的优化方法。采用正交试验设计方法分配伺服试验参数，利用激光干涉仪测量进给轴的运动时间和速度，从而构建样本库，建立基于PLS的加速度饱和性能模型，采用PSO算法辨识加速度饱和性能优化的伺服参数。搭建了直接进给轴试验平台，进行了200组样本的随机试验。结果表明，混合优化后的伺服参数具有较好的加速度饱和性能，比样本组的平均加速度饱和性能指标高68%。
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  基于全卷积层神经网络的轴承剩余寿命预测

  张继冬, 邹益胜, 邓佳林, 张笑璐

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2231-2235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.014

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  传统的数据驱动的轴承剩余寿命预测方法需要基于知识和经验，通过人工建立性能退化指标，费时费力，为此，采用卷积神经网络对输入信号进行特征自学习和剩余寿命预测。将传统卷积神经网络中的全连接层全部更换为卷积层与池化层，以减少神经网络需训练的参数；采用加权平均方法对预测结果进行降噪处理。轴承加速寿命实验数据集验证了所提方法的有效性。
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  数控型腔铣削加工稳定性预测

  吕树杰, 李郝林

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2236-2241. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.015

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  数控型腔铣削加工过程中，铣刀进入拐角时，刀具-工件间啮合信息的变化通常会引起颤振。针对这一状况，在用半离散算法对刀具-工件啮合状况恒定铣削加工稳定性预测的基础上，结合数控型腔铣削加工过程中加工路径引起的刀具-工件间啮合信息的变化，针对给定的加工路径提出了型腔铣削加工稳定性预测的方法。试验证明，该方法能在数控加工时对型腔加工过程中的铣削稳定性进行成功预测。
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  一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法

  刘坚, 王媛媛

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2242-2249,2256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.016

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  针对球姿态视觉检测中图像的“近大远小”透视畸变问题，提出了一种面向球姿态检测的图像透视畸变校正方法。基于相机成像模型分析了透视畸变的特点及产生原因，根据已知的球体特征模型、相机标定技术和逆透视变换原理构建了图像透视畸变校正模型，进而实现球体任意姿态图像的透视畸变校正。实验结果表明，利用该方法测量直径60 mm以内的球体姿态时平均绝对误差低于0.6°，且该方法适用于工业生产中球体的其他视觉测量。
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  一种以测量关键特征拟合舱段位姿的方法

  陈栋, 李世其, 王峻峰, 丰意, 何旺

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2250-2256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.017

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  受工艺条件和产品性能限制，在舱段上无法事先加工用于测量其位姿的基准点。为此提出了一种以测量及拟合关键特征获取舱段位姿的方法。首先根据舱段结构特点提取舱段上满足装配精度要求的关键特征并利用激光跟踪仪测量。利用2σ准则剔除关键特征测量数据中粗差异常点，以改进基于经典测量平差理论中的最小二乘法在处理粗差时容错性较差的问题。然后利用处理后的关键特征数据拟合舱段坐标系原点及各坐标轴方向的单位向量，最终得到舱段的位姿参数。仿真试验结果表明：经改进的最小二乘法在拟合舱段位姿时能获得更高的精度；所提出的位姿拟合方法的实用性和通用性不仅能满足舱段位姿测量与计算需求，也能为其他刚体位姿求解提供参考。
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  新型轮腿机器人步态规划策略

  刘吉成, 季洪超

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2257-2262. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.18.018

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  设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构，驱动系统置于封闭空间内，可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略，规划了轮腿机器人的足端轨迹；利用运动学模型分析求解出各关节变量，对步态控制策略进行研究，并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。
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  工业物联网推动智能制造——解读《工业无线传感器网络抗毁性关键技术研究》

  段莹, 李文锋

  中国机械工程. 2019, 30(18): 2263-2267.

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