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2008年 第19卷 第16期    刊出日期：2008-08-25
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机械科学
基于小脑模型关节控制器的水下机械手复合运动控制的研究及仿真
胡雯蔷;徐筱龙;徐国华;
2008, 19(16):  0-1894. 
摘要 ( )   PDF (4872KB) ( )  
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水下机械手系统是一个高度非线性强耦合的作业系统，作业环境非常复杂且受到强干扰。考虑水动力对水下机械手的作用，推导了水下机械手的动力学模型；提出了一种基于小脑模型关节控制器与PID的复合控制算法，使水下机械手具有在线学习能力，能适应复杂的水下作业环境。以二关节水下机械手为例，利用MATLAB/Simulink对水下机械手的作业控制进行了仿真研究，结果证明，该控制方法和动力学模型可以有效地用于水下机械手的控制研究。
快速点磨削变量角度对表面粗糙度影响机理研究
修世超;巩亚东;蔡光起;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (3128KB) ( )  
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基于点磨削周边接触宽度和点磨削表面粗糙度的数学模型，分析了磨削变量角度的变化对工件表面粗糙度的影响机理，完成了磨削变量角度影响工件表面微观几何特性的快速点磨削加工实验，并将基于点磨削表面粗糙度理论模型的计算值与实验结果进行了比较。结果表明：随着垂直点磨削变量角度的增大，接触区周边接触宽度沿工件轴向的分量减小，工件表面粗糙度增大。实验和计算结果基本吻合，并具有相同的变化趋势。
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可重构装配线多目标优化调度研究
苑明海;白颖;李东波;
2008, 19(16):  0-1894. 
摘要 ( )   PDF (4973KB) ( )  
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针对可重构装配线调度存在的问题，综合考虑影响可重构装配线调度的三个主要因素，即最小化空闲和未完工作业量、均衡零部件的使用速率、最小化装配线重构成本，建立了可重构装配线多目标优化调度的数学模型。提出了一种基于Pareto多目标遗传算法的可重构装配线优化调度方法，该算法综合运用了群体排序技术、小生境技术、Pareto解集过滤及精英保留策略，并采用了交叉概率和变异概率的自适应重构策略。实例仿真表明该算法具有比其他遗传算法更高的求解质量。

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基于多轴运动控制器的电极丝恒张力控制系统
姜永成;任福君;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (4073KB) ( )  
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为解决往复走丝电火花线切割加工空间复杂曲面中电极丝张力变化影响加工精度的问题，分析了张力变化的原因及其对加工精度的影响，介绍了现有电极丝恒张力机构的不足，提出了基于功能强大的可编程多轴运动控制器的电极丝恒张力控制系统，给出了完整的系统软硬件结构。该系统可对线切割加工过程进行随动响应，保持电极丝张力恒定，改善电极丝动态定位精度。进行了恒张力线切割加工对比试验。实际测量结果表明该控制系统的加工误差明显减小，验证了恒张力控制系统的有效性。
内啮合转子压缩机工作腔容积计算及分析
冯诗愚;高秀峰;刘卫华;李云;
2008, 19(16):  0-1894. 
摘要 ( )   PDF (4117KB) ( )  
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内啮合转子压缩机工作腔容积和转角变化的关系是进行压缩机热力计算的基础，目前还缺乏相应的计算公式。采用线积分的方法来计算工作腔基元面积的方法可很方便地推广到型线更复杂的内啮合转子机构中去。同时，提出了容积转角的概念，通过该转角可使计算得到的容积－转角变化关系符合传统压缩机的使用习惯。分别以内外转子为主动机构，推导了扫气容积和余隙容积的计算方法。
三轴数控铣床切削力引起的误差综合运动学建模
吴昊;杨建国;张宏韬;郭前建;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (3310KB) ( )  
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使用齐次坐标变换的方法建立了三轴数控铣床的切削力误差综合数学模型。首先基于三轴数控铣床的结构分析对切削力误差元素进行识别，然后在机床各运动部件上建立一系列坐标系并推导出各相邻坐标系间的齐次坐标变换矩阵，最后根据切削加工中刀具切削点与工件正被切削点在基坐标系中的坐标值相同列出等式，推导出切削力误差综合模型。该模型包含30个对机床加工精度影响较大的切削力误差元素，适用于计算误差补偿时的补偿量。
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环板式行星分度凸轮机构针齿受力分析
刘明涛;宋轶民;张策;田广才;
2008, 19(16):  0-1894. 
摘要 ( )   PDF (3950KB) ( )  
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为了了解环板式行星分度凸轮机构的受力情况，以便对机构的针齿进行强度校核，从而进行强度设计，故对凸轮与针齿之间的受力情况进行了分析。用向量对凸轮与针齿的啮合状态、受力状态及受力针齿进行了数学表示，建立了变形协调条件，根据力矩平衡条件求出了凸轮与针齿之间的作用力的大小和方向。研究结果表明，该机构存在凸轮与某些针齿脱离接触的时刻，接触的针齿未必参与受力，针齿是否参与受力要根据该时刻该接触点的压力角大小而定，针轮所受总啮合力的变化规律与从动件的运动规律一致。
土压平衡盾构地层适应性设计理论和方法研究
胡国良;胡爱闽;龚国芳;杨华勇;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (3714KB) ( )  
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为了探讨盾构机工作参数与土体的相互关系，针对土压平衡盾构的特点在模拟试验台上进行了掘进试验。分析了盾构总推力、刀盘扭矩和土仓土压力的变化关系及其影响因素，同时还研究了刀盘开口率对刀盘扭矩的影响规律。试验结果表明：在土压平衡的情况下，刀盘扭矩和盾构总推力有良好的线性关系，并且盾构总推力随着推进距离的增加而缓慢地增加。
滚动轴承刚柔多体接触动力学分析
姚廷强;迟毅林;黄亚宇;谭阳;
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (4968KB) ( )  
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以柔性多体动力学理论为基础，提出了以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的递推数值分析方法。以球轴承为例，研究了滚动轴承刚柔多体接触输出响应的动态特性。综合考虑滚动体与轴承内外圈滚道的时变接触刚度、柔性接触、摩擦、离心力等非线性因素，分析出转速、摩擦力和预紧力对滚动轴承的时变接触力和时变振动位移的影响。结果表明，以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的动力学模型，可以有效地解决滚动体与滚道间的时变接触振动响应和柔性接触等非线性接触动力学问题。
柔索悬挂Stewart平台振动控制及稳定性研究
高彦锟;程源;任革学;黄德修;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (5327KB) ( )  
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在柔索悬挂条件下，利用多体动力学与控制理论以及特征系统实现算法（eigensystem realization algorithm,ERA），研究了Stewart平台的基平台受到扰动时其末端执行器的控制稳定性问题，提出了相应的控制策略。用自行研制的多体动力学与控制仿真软件分析了不同弹性系数在柔索悬挂条件下Stewart平台的动态特性，并用ERA对系统的模态进行了比较，获得了动力学上可控的悬挂支撑方案。以数值仿真分析结果为基础设计了柔索悬挂Stewart平台的试验方案，对实际控制效果进行了研究，验证了数值仿真结果的正确性。

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神经网络在加工螺旋面中的应用研究
贾建军;王建华;
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (3104KB) ( )  
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加工螺旋槽时，针对铣刀刃形的设计，应用包络面原理，采用神经网络方法建立了工件螺旋槽形与铣刀刃形之间的非线性关系模型,并通过工件螺旋槽端面截形模拟仿真出铣刀回转面刃形。仿真结果表明，采用神经网络的非线性逼近特性进行铣刀刃形的模拟设计，能够精确、快速地模拟出铣刀刃形。该模型可以验证加工螺旋槽铣刀刃形的正确性、铣刀和工件的干涉情况，以及在改变螺旋面参数时螺旋槽形的可加工性。
制造系统
多约束下多车场车辆路径问题的蚁群算法研究
陈美军;张志胜;史金飞;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (4601KB) ( )  
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为节约物流配送费用，提出一类多约束条件下的多车场车辆路径问题。首先建立了在有客户优先级、路况影响、多车型、时间窗和容量等多约束条件下车辆路径问题的数学模型；然后提出了一种自适应的最大－最小蚁群算法，算法结合自适应方法和最大－最小蚁群算法的优点，能适时地控制蚁群算法中的信息素更新过程,扩大搜索范围，避免基本蚁群算法易陷于早熟和“局部最优”以及求解速度慢的不足；最后通过一个实例与禁忌搜索算法进行了对比。实验结果表明：自适应的最大－最小蚁群算法在车辆数、路径长度、路径时间和计算速度方面具有优势。
基于蚁群算法的完全遍历路径规划研究
张赤斌;王兴松
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (4282KB) ( )  
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提出了一种局部区域遍历和全局运动规划相结合的完全遍历路径规划方法；针对基于Boustrophedon单元分解所得区域的特点，机器人可在局部区域内采用往复运动的方式实现遍历。该方法定义了遍历空间中子区域间综合连通距离，综合连通距离包括区域之间的连通关系、区域之间的最短距离、区域之间的障碍物情况等要素，整个遍历空间中的连通关系由一个完全赋权连通矩阵表示。采用蚁群算法对子空间遍历距离进行优化，得到了最短全局遍历顺序。最后以一个模拟环境为求解实例，证明了算法的有效性。
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制造/再制造物流网络优化设计的多周期静态选址模型
狄卫民;胡培;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (3451KB) ( )  
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制造/再制造物流网络优化设计是制造/再制造物流管理的重要组成部分。考虑到物流系统不同时间段设计参数的差异，建立了物流网络优化设计的多周期、有能力限制、正逆向物流集成运作的混合整数非线性规划模型。利用该模型可以确定制造/再制造混合系统中各种物流设施的位置、数量及其相应的物流量分配,还可以获得计划期内的系统最小总费用。为快速有效地得到设计结果，提出了模型求解的混合遗传算法，介绍了算法的实现步骤。最后通过算例验证了模型及其算法的有效性。
信息技术
数控滚齿自动编程技术的研究
王时龙;康玲;周杰;李川;
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (4265KB) ( )  
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建立了圆柱齿轮滚齿自动编程数学模型，提出了数控滚齿自动编程方法。该方法仅需通过人机界面输入特定参数，在工艺数据库和运算库的支撑下，即可自动生成NC程序。针对西门子840D数控系统，进行了自动编程系统开发，实现了人机界面设计、系统算法设计和功能模块设计。在滚齿机上的应用表明编程效率高、加工零件精度高、算法可靠性强。
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微型燃气轮机虚拟设计系统的开发与研究
沈景凤;姚福生;钱炜
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (7456KB) ( )  
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在研究微型燃气轮机结构特点和虚拟设计的基础上，提出了微型燃气轮机的虚拟设计体系结构。利用计算机辅助设计技术完成了微型燃气轮机各主要结构的设计计算，应用参数化建模技术建立了微型燃气轮机实体模型，应用有限元分析方法进行了结构分析和优化。基于虚拟操作平台实现了微型燃气轮机的装配顺序规划、碰撞检测和装配仿真，从而实现了复杂产品的数字化集成设计。
塑窗型材锯铣加工中心数控系统开发
张辉;艾长胜;赵方;昃向博;
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (3634KB) ( )  
相关文章 | 计量指标
利用FANUC-0MD系统实现了塑窗型材柔性锯铣加工中心数控系统的开发。在分析了锯铣加工中心的功能、加工工艺以及控制要求的基础上，利用FANUC-0MD通用数控系统进行了二次开发，实现了锯铣加工中心的数控化，开发工作包括机床原点设置、伺服控制系统和流程控制功能的设计。实验结果表明加工中心达到了控制要求。
科学基金
基于TRIZ的产品创新模糊前端设想产生模式研究
檀润华;杨伯军;张建辉;
2008, 19(16):  0-2015. 
摘要 ( )   PDF (5501KB) ( )  
参考文献 | 相关文章 | 计量指标
为解决不能充分应用不同领域知识的问题，将发明问题解决理论（TRIZ）及计算机辅助创新软件系统（CAIs）应用于产品创新模糊前端的设想产生，建立了过程模型，提出了4种创新设想产生模式。4种模式可单独应用，也可组合应用。中药滴丸机创新设想产生表明了战略机遇确定模式应用的可行性。
信息技术
基于网络协作的数控设备E-维护技术研究
赖红;何岭松;唐立新
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (6319KB) ( )  
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针对数控系统的售后服务与技术支持问题,提出基于Internet的数控设备E-维护系统,系统由数控设备E-服务平台、嵌入式数控设备网关和远程数控终端三部分组成。数控设备E-服务平台为分布在不同地域的设备、数控车间维护工程师、制造企业技术工程师和远程的诊断维护专家提供了面向网络协作的信息共享平台,它通过Internet向客户提供技术支持与服务。嵌入式数控设备网关用于公用网络和数控车间网络之间的协议交换,负责采集机床实时运行信息、视频信息和传感器信息,并将信息传送到E-服务平台和远程数控终端供诊断分析。远程数控终端运行在Internet上的任何PC机上,采用基于Web的方式远程监控数控设备,提供了面向数控设备的可重构远程操作面板和机床特征信号分析软件。面向数控设备的E－维护系统以“数据移动”代替“人员移动”,有效减少系统停机时间和维护响应时间,客户通过E-服务平台获得快速和高质量的产品售后服务。
材料工程
管材液压成形中的数值模拟方法
章志兵;李赳华;柳玉起;杜亭;
2008, 19(16):  0-2011. 
摘要 ( )   PDF (5012KB) ( )  
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根据动力显式增量有限元方法和BT壳单元提出了液压胀形模拟算法。该算法充分考虑了管材胀形时的液体压力加载曲线、管材外壁与模具的润滑情况、轴向进给、径向进给等实际工艺条件对管材成形性的影响,能够预测零件成形过程中的开裂、起皱等缺陷，从而优化成形工艺参数，提高零件的成形工艺性。算法具有通用性，能够模拟轴线为直线、曲线以及带径向侧冲头的各种复杂管材的成形。将算法集成到FASTAMP软件中，通过模拟三台阶轴的液压胀形，并与实验数据比较，验证了算法的准确性与实用性。
科学基金
间隙对薄壁矩形管绕弯成形截面畸变影响的研究
刘郁丽;卢彩红;赵刚要;杨合
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (4111KB) ( )  
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基于ABAQUS/Explicit，建立了铝合金薄壁矩形管绕弯成形过程三维有限元模型，并对其可靠性进行了验证。模拟分析了芯棒与管坯间隙、压块与管坯间隙、防皱块与管坯间隙及弯曲模与管坯间隙对管坯截面畸变的影响规律。研究结果表明：减小芯棒与管坯间的间隙及弯曲模与管坯间的间隙都可减小管坯截面畸变的程度；而压块与管坯间隙及防皱块与管坯间隙的改变对管坯截面畸变率影响不大。
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MEMS电磁驱动微器件的失稳特性研究
郭永献;贾建援;张秀艳;张大兴;
2008, 19(16):  0-2011. 
摘要 ( )   PDF (3085KB) ( )  
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在对电磁驱动微器件进行分类的基础上，详细分析了磁动势控制模型中不同类型电磁微器件的失稳特性。结果表明：竖直式和端点作用的旋转式电磁驱动微器件的失稳发生在系统气隙磁阻减小1/3的时候；旋面作用的旋转式电磁驱动微器件中，失稳角度（临界吸合角度）随磁力作用区域增大而增大，约介于系统最大旋转角度的33％~44％之间，励磁电流随磁力作用的悬臂区域的增大而先增大再减小。
TBM刀盘设计若干关键技术
刘志杰;滕弘飞;史彦军;杨光辉;
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (4967KB) ( )  
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刀盘设计是全断面岩石隧道掘进机的设计关键，是影响其掘进性能的决定性因素。综述了刀盘设计关键技术的研究进展，重点对盘形滚刀破岩机理、刀盘切削参数、围岩力学属性参数及试验、刀具破岩受力分析模型和施工预测模型、刀盘布局（含刀具布置）等方面进行了较系统的分析和总结。最后讨论了有待深入研究的问题。

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超声振动辅助磨削脉冲放电复合加工工艺研究
闫鹏;张建华;张洪丽;白文峰;
2008, 19(16):  0-2011. 
摘要 ( )   PDF (6503KB) ( )  
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利用超声振动、电火花脉冲放电的加工特点，将其同单一普通磨削优化组合，可以得到较好的加工效果。从加工表面粗糙度、表面微观形貌两个方面，比较了单一磨削、超声振动辅助磨削、磨削—电火花脉冲放电复合加工、超声振动辅助磨削—电火花脉冲放电复合加工的加工效果，得出了不同加工方法的优缺点。通过对几种加工方法的优化组合，设计了新的加工工艺。实验结果证明，新的加工工艺可以有效地提高加工表面质量，减少裂纹和热应力的产生。
材料工程
热障涂层抗氧化夹层界面残余应力分析
徐颖强;汪震隆;李剑锋
2008, 19(16):  0-1897. 
摘要 ( )   PDF (4130KB) ( )  
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通过喷涂等工艺预制的Al₂O₃夹层能有效抑制热障涂层高温不规则氧化生长及其所导致的失效。但是，预制的Al₂O₃夹层又会导致其界面应力重新分布。针对热障涂层界面三维形貌特征，考虑陶瓷层（ZrO₂层）、夹层（Al₂O₃层）、氧化层及粘结层，建立了三维四层球模型，并推导出相应的应力解析式。凹凸两种界面形貌下抗氧化夹层的算例分析表明，抗氧化夹层厚度对热障涂层界面残余应力分布规律有很大的影响。

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拉深变形力理论计算模型研究
卢险峰;谭欣珍;周勇;李湖峰;
2008, 19(16):  0-2011. 
摘要 ( )   PDF (2448KB) ( )  
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基于对冲压成形加工中拉深工序变形区材料的应力、应变特点的分析, 针对现有拉深力理论计算公式中忽略了材料厚度变化及加工硬化两个因素的影响的问题, 利用金属塑性成形理论中的主应力法, 考虑这两个影响因素，建立和提出了描述拉深力理论计算的一个新的数学模型, 并用铝板材料的拉深试验进行了验证。
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车辆工程
压缩空气/燃油混合动力发动机工作过程可用能分析
方清华;刘昊;陈鹰;陶国良
2008, 19(16):  0-1894. 
摘要 ( )   PDF (3966KB) ( )  
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以一种新型压缩空气/燃油混合动力发动机作为研究对象，应用热力学第二定律建立了该混合动力发动机两种工作模式——压缩空气动力模式和内燃机模式的可用能平衡数学模型，并对其工作过程的可用能分布进行了仿真研究。仿真结果表明，压缩空气动力模式的减压和排气过程可用能损失之和超过了50%，降低减压损失和回收排气可用能是提高压缩空气能效的主要途径；内燃机模式的排气可用能损失达到了202%，采用废气能量回收措施能够显著提高发动机效率。
双转子电机混合动力汽车驱动特性研究
周斯加;罗玉涛;黄向东;
2008, 19(16):  0-2011. 
摘要 ( )   PDF (3969KB) ( )  
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双转子电机应用于混合动力汽车,可以方便地构建出集电机驱动、差速和能量回收等功能于一体的无差速器四轮混动驱动系统。以永磁无刷直流型双转子电机为例，分析了作为电驱动桥动力源的双转子电机的工作原理，并建立了在SUV混合动力电动车上应用的动力性和经济性仿真模型。最后，以欧洲城市工况为例，利用仿真模型进行了动力性和经济性对比仿真。结果表明，新型混合动力方案在动力性略有提高的基础上百公里油耗比原型车下降了21.09％。
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