2023年, 第34卷, 第18期　
刊出日期：2023-09-25

  

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机械基础工程
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  负载条件下RV减速器动态传动误差分析与试验

  许立新, 夏晨, 杨博

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2143-2152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.001

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  目前RV减速器传动精度出厂标定值是在空载条件下检测的，难以反映扭矩加载条件下的真实精度性能，为有效揭示负载作用下RV减速器动态传动误差特性，考虑关键传动件几何形状与位置度多源误差因素影响，提出了两曲柄轴标准型RV减速器接触多体系统动力学理论模型。在建模中，针对RV减速器传动结构特点，首先完成整机动力学参数化建模架构设计，然后针对第一级渐开线齿轮传动、第二级摆线针轮传动以及多组转臂轴承和支承轴承部分，提出详细的动态接触分析方法；在此基础上，以RV20E减速器为对象，探讨扭矩负载作用下减速器动态传动误差特性。研究结果表明，随着负载扭矩的增大，减速器传动误差幅值不断增大，但幅值增长率逐渐减小；相比于空载情况，额定扭矩下的减速器传动误差计算增幅为73.1%，试验测试增幅为58.9%。
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  基于改进离散方法的截割稳定性预测分析

  谢苗, 朱昀, 刘杰, 任泽, 杨志勇, 刘治翔, 王贺, 孟庆爽

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2153-2164，2176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.002

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  为了研究悬臂式掘进机截割头煤岩多重交互与速度效应对截割头颤振稳定性的影响，考虑煤岩物理特性、截割头结构参数、截割头运动参数，拟合截割头截割深度与参与截割截齿的函数表达，建立了截齿动态截割的截割状态力学特性方程，并基于截齿截割头映射关系，构建了包含截割头煤岩多重交互与速度效应的截割动力学模型。提出了一种基于牛顿拉格朗日混合插值的改进离散方法，阐明了截割状态下再生效应与速度效应的耦合作用对截割颤振稳定性的影响规律。将改进全离散方法与全离散法、半离散法进行对比，证明了基于混合插值方法的改进全离散法的优越性。基于改进全离散法研究了不同截割系统动力学参数对稳定性的影响。基于相似试验理论，搭建截割头煤岩系统截割实验台，进行了截割系统颤振模拟实验。结果表明，构建的改进全离散方法能够很好地预测实际截割状态。
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  机器人铣削加工颤振自适应识别方法研究

  籍永建, 姚利诚,

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2165-2176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.003

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  针对机器人铣削颤振形式复杂、难以有效识别的问题，提出一种机器人铣削加工颤振自适应识别方法。首先对原始振动信号进行信号分离，保留能够表征机器人加工状态的信息；然后采用不同信号功率谱熵之间的差值表征不同铣削状态下振动信号的频率分布特性，采用原始信号的标准偏差表征机器人铣削振动信号的时域特性。采用上述特征指标构建能够表征机器人不同铣削状态的三维特征向量矩阵，将特征向量输入支持向量机，构建机器人铣削加工颤振自适应识别模型。对模型进行验证，并与现有方法进行对比，结果表明，构建的机器人铣削颤振自适应识别模型能够准确识别机器人铣削加工过程中的再生颤振与低频颤振；对于稳定、早期颤振、剧烈颤振、低频颤振以及空载等状态的识别准确率达到93%，优于现有方法。
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  行星轮齿轮箱太阳轮齿根裂纹传递特性分析

  沈子钰, 张砦, 王友仁, 李泓锟

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2177-2185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.004

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  采用集中参数模型，考虑啮合振动的内部激励，分别对齿轮箱内啮合和外啮合两种方式下的振动信号特征进行了分析。引入改进高斯窗的时变路径函数和考虑齿轮箱材料的时不变路径函数，改进行星轮齿轮箱箱体表面振动信号模型，分析太阳轮齿根在正常和裂纹情况下，不同传递路径对箱体表面振动信号调制现象的定量影响规律。仿真和实验对比分析表明：太阳轮齿根裂纹主要影响啮合频率倍频的边频带成分；该模型能够准确分析齿轮箱正常工况和太阳轮齿根裂纹情况下振动信号的频率、幅值和边频信息，可用于太阳轮齿根裂纹故障诊断。
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  形状记忆索网结构模型建立及实验研究

  潘逢群, 蒋翔俊, 杜敬利, 刘佳, 范叶森

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2186-2193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.005

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  针对星载索网结构天线在轨运行时由于空间环境导致的型面精度降低的问题，提出形状记忆索网结构。将形状记忆合金丝与索网结构进行集成，构成形状记忆索网结构。利用形状记忆合金丝的相变特性对索网结构反射面进行调整，以改善其在轨性能。利用2.2 m索网结构模型开展了常温实验和高低温实验。实验结果表明，常温环境下，形状记忆合金丝对索网结构型面精度的调节能力比较稳定；高低温环境中，与普通索网相比，形状记忆索网结构型面精度较高，形状记忆合金丝对索网结构反射面具有一定的调节作用。
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  液压支架双级安全阀设计及其快速动载冲击试验研究

  周国强, 王慧, 宋宇宁, 赵国超,

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2194-2203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.006

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  为提高液压支架的抗冲击性和稳定性，设计了一种额定流量、额定压力分别为50 L/min和45 MPa的一级直动阀与额定流量、额定压力分别为1000 L/min、50 MPa的二级差动阀相组合的新型双级安全阀。开发了基于蓄能器组的快速动载冲击试验系统，利用AMESim-Simulink联合仿真技术获得了快速动载冲击试验系统的压力动态响应特性和双级安全阀压力流量动态响应特性，研制了快速动载冲击试验台样机对双级安全阀进行了测试。结果表明，二级差动阀额定压力、额定流量分别约为49.2 MPa和992 L/min，开启时间小于3 ms，压力稳定时间在13～15 ms范围内，卸荷时间小于5 ms，验证了设计的双级安全阀具有卸荷速度快与抗冲击性能优良的特点及快速动载冲击试验方案的正确性。
智能制造
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  动态宽卷积残差网络的轴承故障诊断方法

  秦国浩, 张楷, 丁昆, 黄锋飞, 郑庆, 丁国富,

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2212-2221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.008

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  卷积神经网络特征提取范围受其卷积核感受野大小的制约，单一尺度的卷积核难以充分捕捉不同冲击的频率成分。针对上述原因导致轴承故障诊断准确率难以进一步提高的问题，提出一种动态宽卷积残差网络轴承故障诊断方法。该方法在一维深度残差网络框架基础上引入宽残差核结构，构建轴承故障特征的双通道并行网络结构；然后通过网络注意力机制对卷积核进行动态加权，自适应地充分提取不同尺度特征信息，实现轴承故障的有效识别。验证实验结果表明，所提出的方法在不同噪声水平的轴承故障诊断任务中均能达到98%以上的准确率，网络动态尺度加权机制改进能有效提高轴承故障诊断效果，尤其在强背景噪声下仍能保持高精度故障诊断。
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  基于梯度提升决策树的冷轧高强钢卷力学性能预测

  王伟, 马乾伦, 白振华, 王子昂

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2222-2229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.009

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  基于1180 MPa级超高强度冷轧双相(DP)钢卷生产数据，研究了基于主成分分析的化学主成分提取方法、网格搜索和交叉验证相结合的超参数寻优方法，建立了DP钢力学性能梯度提升决策树(GBDT)预测模型，并将预测结果与BP神经网络模型和广义可加模型的预测结果进行了比较。为了提高断后伸长率预测精度，以预测精度较高的GBDT预测模型为基础，通过模型预测误差分类模型和考虑误差补偿的模型预测修正方法，建立了考虑误差补偿的断后伸长率预测校正模型，该模型使断后伸长率在绝对误差±0.9%下的预测准确率达到了94.63%。DP钢性能预测模型在线运行时的实际预测精度较高，达到生产要求，有助于力学性能在线质量监控。
增材制造
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  基于涂层材料分布状态的超声应力反演模型构建

  柯庆镝, 罗俊友, 蒋守志, 黄海鸿,

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2230-2237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.010

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  随着金属增材制造工艺的工业化应用，涂层成形过程中残余应力及其超声无损检测技术日益受到重视，但涂层结构中材料复杂分布状态使其局部声弹性特征不确定，导致出现一定的误差。针对这一问题，通过分析涂层结构材料区域分布，提出其应力反演方法。首先，基于声弹性理论，分析不同材料及应力分布下超声传播及信号演化过程。其次，结合等离子喷焊增材工艺中涂层结构不同区域的成形过程，分析涂层结构的材料分布状态，重点讨论结合区域的材料分布规律及其声弹性特征表达，构建涂层结构的应力反演模型。最后，采用等离子喷焊增材工艺，设计并制备基体材料（C45E4）和涂层材料（Cu）的涂层结构试件，开展拉/压应力下的超声检测试验，通过实测值与模型值的比较分析，验证了所提出的涂层结构应力反演模型的有效性，并分析了模型在涂层结构应力检测中的可行性，可将其作为等离子喷焊增材工艺中涂层成形质量评估及状态监测的方法支撑。
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  汽车发动机连接支架拓扑优化及增材制造研究

  刘英杰, 胡强, 赵新明, 张少明, 黄帅, 王永慧

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2238-2267. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.011

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  开展汽车发动机连接支架拓扑优化及增材制造研究，利用ANSYS Workbench软件中的Topology Optimization模块对汽车发动机空调压缩机连接支架进行拓扑优化，并开展增材制造工艺研究，完成拓扑优化件打印。打印件与铸件相比质量减小约43.8%，一阶共振频率提高约23%（提高到255 Hz），且优化后的支架结构力学性能显著优于原铸件的力学性能；同时进行增材制造铝合金件热处理方法研究，获得了较优的热处理方法。实现了汽车发动机关键零部件的拓扑优化增材制造一体化技术开发。
服务型制造
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  云仿真驱动的列车动力学协同可视化分析

  王力霆, 唐兆, 黎荣, 辜铮, 胡玉炜, 李岳洪, 张继业

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2248-2256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.012

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  为应对传统列车动力学仿真分析过程中场景构建自动化程度不足、多角色多用户协同不便、分析时效性差、客户端硬件需求高等挑战，提出了一种云仿真驱动的列车动力学协同可视化分析框架。设计了面向列车动力学的仿真分析场景搭建框架、远程可视化交互框架、面向实时分析的求解器集成模型，分别实现了多维度可视化分析场景搭建服务化、多角色多组协同的远程可视化分析、模块高效联通与节点弹性扩展。基于所提框架构建了软件系统，并在项目中得到了验证，验证结果表明：该框架与系统在保证精度的同时具有优秀的可视化性能与并发求解能力。框架的成功应用也表明云仿真在列车动力学可视化分析中有较大应用潜力。
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  大跨距复合材料结构弯曲载荷监测及定位方法

  闫东东, 胡宇博, 郎利辉, 秦成伟, 张三敏, 李勇

  中国机械工程. 2023, 34(18): 2257-2267. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.013

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  针对复合材料构件服役过程中载荷监测需求及其面临的实时监测问题，将光纤光栅（FBG）传感器粘贴于碳纤维复合材料表面，用于测量碳纤维复合材料应变,通过建立应变与载荷大小、加载位置理论模型，实现了碳纤维复合材料所受弯曲载荷大小及加载位置的监测，为复合材料服役过程超载警示提供方法与技术支撑。在复合材料构件弯曲载荷作用下，首先对比了有限元分析应变值与理论计算应变值，验证了有限元分析模型的有效性，然后对比了FBG传感器监测应变值与理论计算值之间的误差，最后结合FBG监测应变值计算出复合材料所受弯曲载荷的大小及位置。结果表明：中心载荷作用下，FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过16.22%，载荷大小误差最大不超过10.37%，载荷位置误差最大不超过2.83%；偏心20 mm载荷作用下，FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过10.69%，载荷大小误差最大不超过13.89%，载荷位置误差最大不超过5.70%。