中国机械工程

石磊, 张英杰, 李宗斌, 张毅

2009, 20(23): 2773-2776,2781.

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针对球头铣刀的铣削特点，建立了铣削的力学模型。利用经验公式，在保持切削力基本恒定的约束下，对加工自由曲面的NC代码进行了进给率的优化，从而减小切削力的波动，提高数控加工件的质量和加工效率，延长刀具的使用寿命并避免刀具折损等现象。建立了在切削力基本恒定的约束下的加工优化原型系统，并用实例进行了验证。

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有缆水下机器人主动升沉补偿控制研究

杨文林, 张艾群, 张竺英, 魏素芬

2009, 20(23): 2777-2781.

摘要 ( )

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针对母船的升沉运动影响有缆水下机器人的释放与回收的工程实际需求,提出了利用液压绞车降低中继器的升沉速度来实现水下机器人主动升沉补偿控制的方法，来提高水下机器人释放与回收的安全性能。建立液压绞车的数学模型并设计主动升沉补偿前馈控制器。水下机器人主动升沉补偿实验表明液压系统的非线性降低了液压绞车主动升沉补偿前馈控制的升沉补偿效率。针对液压绞车的非线性特性，设计了液压绞车主动升沉补偿预测控制算法，仿真实验表明基于液压系统参数辨识的液压绞车主动升沉补偿预测控制可以得到较高的升沉补偿效率。

一种基于区间模型的多学科不确定性设计优化方法

陶友瑞, 韩旭1, 姜潮

2009, 20(23): 2782-2787.

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提出了一种解决多学科优化中目标函数和约束不确定性的方法。该方法采用区间模型描述不确定性变量，基于区间数的序关系方法将不确定性目标函数转化为两目标的确定性目标函数；通过改进的满意度方法将不确定性不等式约束转换为确定性不等式约束；采用罚函数法将约束问题转化为无约束问题进行求解并将多学科可行方法作为优化方法。测试函数和工程应用实例验证了该方法的有效性。

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一种冗余驱动并联机器人机构工作空间及奇异的研究

张立杰, 李永泉

2009, 20(23): 2787-2790.

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为了探讨一种平面二自由度冗余驱动并联机器人机构的工作空间和奇异位形与结构参数的关系，利用几何法详细分析了机器人机构的可达工作空间，给出了可达工作空间形状与杆件尺寸之间的关系。利用解析法讨论了机构的奇异位形发生的数学条件，以及如何求解奇异轨迹或奇异点，并给出了奇异位形与杆件尺寸之间的关系。

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李慎龙, 闫清东, 姚寿文

2009, 20(23): 2791-2795.

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根据复合双星排和复合双联排的各元件之间的相互啮合关系，建立了复合排的运动学方程组并确定了各元件的转速关系。通过建立多自由度行星变速机构的构件相对转速图，提出了一种多自由度复合行星传动方案设计理论和方法。确定了设计多自由度复合行星传动方案应满足的必要条件，以及组成复合排的各构件属性判别方法和行星排的特性参数计算方法。设计实例验证了该方法的可行性和正确性。

磁流变减振系统的非线性特征分析

陈丙三, 黄宜坚

2009, 20(23): 2795-2799.

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建立了磁流变减振系统的分数阶导数模型，并求出了该模型的解析解和数值解。在不同控制电流下，基于系统振幅的变化研究了磁流变振动装置的非线性特征，探讨了分数阶导数在磁流变控制系统中的应用。实验证明：采用分数阶导数的系统模型较之采用整数导数的系统模型更精确，减振系统的非线性特性跟分数阶导数算子的阶数有关，分数阶导数算子的阶数与减振系统的控制电流有关。结果表明，分数阶导数模型在磁流变阻尼器的减振模型上是有效的。

外圆磨削表面淬硬试验与动态仿真

韩正铜, 杨刚, 杜长龙, 朱华, 马占龙

2009, 20(23): 2800-2803.

摘要 ( )

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采用外圆磨削方式对40Cr钢进行磨削表面强化试验，并采用对试样进行金相组织观察和表面硬度测量的方法，验证该技术的可行性和效果。随后用ANSYS对磨削温度场进行了有限元仿真，得到磨削过程中温度场的分布状况以及温度随时间变化的情况。硬化深度的仿真结果与试验结果非常接近，表明在不具备试验条件的情况下，可以用仿真代替试验进行研究和预测。

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混合螺旋系线性相关性的一般性判据

李仕华, 丁文华

2009, 20(23): 2804-2807.

摘要 ( )

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采用线性代数的矩阵变换理论，推导出混合螺旋系线性相关性的一般性判据。该判据把复杂且难以判别的混合螺旋系相关性问题转化为判别三维自由矢量的相关性问题，无需复杂的数学运算，仅需简单的观察推理，即可完成复杂混合螺旋系线性相关性的判别。运用该判据研究了三力线矢三力偶所组成的混合螺旋系的线性相关性。

基于灰色理论的铣削参数优化方法研究

辛民, 王西彬, 解丽静, 王慧芳, 杨钥

2009, 20(23): 2807-2810.

摘要 ( )

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针对易变形结构件铣削加工参数选择的问题，提出了一种基于灰色理论的铣削参数优化方法，通过正交试验方法设计试验方案，进行了不同铣削参数组合条件下的铣削试验，计算了铣削参数与加工变形、表面粗糙度以及加工效率的关联系数与关联度，进行了单目标因素优化和多目标因素优化，并进行了生产试验验证。

验证结果表明，采用优化的铣削参数时，加工变形为0.055mm,加工表面粗糙度Ra为0.7964μm,加工效率为36.3mm3/min，在保证加工质量的基础上，大幅提高了加工效率。

步进运动控制系统最优插补周期研究

何均, 游有鹏, 陈浩, 王化明

2009, 20(23): 2811-2815.

摘要 ( )

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以升降速过程中步进电机的理论运动平稳性为评价指标，参考匀加减速模型，提出了单轴运动和多轴运动时最优插补周期的概念，并通过理论分析给出了其选择依据。理论分析和加工验证表明，数控加工中的精度、效率和平稳性之间存在着固有的相互制约关系，在设计数控机床或选用加工参数时，应当综合考虑，使三者相互协调以获得最佳的运动性能和加工质量。该算法已成功应用于所开发的非金属雕刻机数控系统。

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穿地龙机器人气动冲击机构的分析与优化设计

王茁, 张波, 石东兵, 郭瑞

2009, 20(23): 2816-2820.

摘要 ( )

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通过对穿地龙机器人作业方式与轨迹可控冲击矛作业方式的简要比较，确定了穿地龙机器人的气动冲击机构，建立了数学模型，对其运动过程进行了数值模拟求解；分析了活塞各段位移与质量对输出参数——冲击能、振动频率、冲击速度、回撞速度的影响，指出参数之间相互联系、相互制约的关系；以冲击活塞行程为目标函数进行了冲击机构的优化设计，得到了优化设计参数；进行了冲击机构冲击力、振动频率等性能参数的测试试验，验证了优化设计结果的合理性。

铝轮曲面主被动柔顺控制抛光方法

吴昌林, 陈义

2009, 20(23): 2821-2824.

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利用主动柔顺控制抛光的优点，建立了一种主被动柔顺控制抛光模型，采用力外环-位置内环控制策略对抛光过程作用力进行控制，提出了基于内模控制的力控制器设计方法，实现了对抛光力的无静差跟踪。实验结果表明，该方法有效提高了铝合金汽车轮毂（铝轮）曲面抛光的质量和效率，验证了力控制器设计的合理性。

重型装备中坎合因数影响因素的实验研究

张浩然, 张人佶, 颜永年, 林峰

2009, 20(23): 2824-2827.

摘要 ( )

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对重型装备中坎合因数的影响因素进行了实验研究。实验发现：坎合因数明显大于摩擦因数；坎合面界的形式对坎合因数有较大影响；随着坎合面法向预紧力的增大，坎合因数逐渐增大到一个稳定值；交变的加载不会恶化坎合效果，反而有助于坎合峰的自适应作用。在工程实践中，坎合结构已经获得了应用。

基于相似理论的月球车牵引性能模型试验

江磊, 郭建娟, 陈传海

2009, 20(23): 2828-2831.

摘要 ( )

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为开展月球车牵引性能的低重力模拟试验，从影响车辆牵引性能的因素出发，根据相似理论推导了牵引特性的无因次全组。以待试验土壤参数不变为约束条件，根据模型试验理论，推导了缩比牵引性能模型试验的比例因子。将推导结果同前苏联模型试验理论所得结果进行了对比分析，提出一种全尺寸的牵引性能模型试验方法，可解决1/6比例模型无法加工制作的难题。

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潜在故障检查策略及案例研究

赵建民, 张森林, 田燕

2009, 20(23): 2832-2836.

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复杂系统具有多部件、多状态、多故障模式的特点，其故障往往会产生重大的安全性后果或造成经济损失。针对复杂系统的故障特征并考虑不完善检查和不等间隔检查的情况，以系统功能故障的预防为目标，运用概率和随机过程原理建立了复杂系统故障检查决策模型。提出了优化系统可靠性和检查间隔期的算法，并给出了该模型在高速铁路网铁轨检查决策中的应用案例。

多学科层级优化方法的研究及其应用

蔡占军, 李慨

2009, 20(23): 2836-2839.

摘要 ( )

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针对层级系统的优化设计问题，研究了多学科层级协调优化方法。该方法基于敏度分析，在每次优化中均能够反映公用设计变量和状态变量的变化对目标函数的影响情况，能够指导层级系统的优化朝着最有利于目标函数下降的方向进行，进而得到系统的最适解。应用多学科层级协调优化方法对栅结构振动微机械陀螺进行了优化设计，结果提高了陀螺的性能，验证了该方法的实用性。

基于型面特征的三维散乱点云精简算法

孙殿柱, 朱昌志, 范志先, 李延瑞

2009, 20(23): 2840-2843.

摘要 ( )

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提出一种基于局部型面特征的散乱点云精简算法，该算法采用R*-tree建立点云动态空间索引结构，基于该结构快速准确获取点云局部型面参考数据；采用自由曲面逼近该数据并估算该数据的曲率，依据曲率分布状况精简点云数据。实例证明，该算法可在保留点云型面特征的基础上，快速有效地对点云进行精简。

细分网格在车身流场仿真中的精度效率研究

江涛, 谷正气, 杨易, 何忆斌

2009, 20(23): 2844-2849.

摘要 ( )

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论述了细分网格模型在车身外流场仿真中的计算网格贴体性、仿真精度、建模改型效率以及设计运用方法。以一气动理想形体的风洞实验进行了实例验证。综合理论分析和实验得出：经表面特征修正后的网格模型具有类似NURBS模型的仿真精度，并具有较高的改型效率和自由度，如果和NURBS模型结合运用将能够满足汽车设计过程中对概念和工程的兼顾。

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基于IEEE1394的运动控制系统总线协议与同步机制研究

赵欢, 熊振华, 丁汉

2009, 20(23): 2850-2855.

摘要 ( )

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针对由CNC实现实时插补、由伺服节点完成位置闭环控制的数控平台，分析了基于IEEE1394的网络化运动控制系统的节点不同步问题，并进行了多节点同步测试。在该平台上，制定了总线通信协议，提出了基于CNC-RTX定时时钟的总线同步机制。实现了CNC根节点与4个分支节点的实时通信与控制，克服了多轴控制中各分支节点由于时钟漂移和网络时延以及上下位机采用不同的定时机制所导致的同步误差。实验表明，通信协议与同步机制可以满足数控通信需求，实现各节点的高度同步。

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食管支架变形数值模拟与疲劳寿命的分析研究

倪晓宇, 潘长网, 王云霞, 倪中华

2009, 20(23): 2856-2860.

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分析了食管支架在工作中的非线性行为，提出了适合支架有限元分析的假设条件和简化方法，完成了食管支架有限元模型的创建、材料模型的选取和边界条件的设置，并采用牛顿-拉斐逊迭代法完成了食管支架的数值模拟。分析得出支架工作中产生的非对称交变应力是引起支架疲劳断裂的一个主要原因，并用有限元软件对不同头数食管支架的疲劳寿命进行了分析，分析结果显示支架头数越多其疲劳寿命就越长。体外加速模拟疲劳试验的试验结果与有限元计算结果一致。

超精密切削切屑形成过程的SPH方法模拟研究

王永刚

2009, 20(23): 2861-2864,2870.

摘要 ( )

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采用光滑粒子流体动力学方法对单点金刚石刀具超精密切削AISI-4340钢的切屑形成机理及影响因素进行了数值模拟。数值模拟结果显示：当切削厚度较大（0.9μm和0.6μm）时，超精密切削加工产生切屑的形成机制同普通切削一样属于剪切滑移破坏，切屑呈锯齿状，切削力呈波浪形振荡；当切削厚度较小（0.30μm和0.15μm）时，切屑形成机制由剪切破坏转换为挤压破坏，形成了带状连续切屑，切削力在进入稳定切削阶段后基本保持恒定。

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模糊环境下虚拟企业伙伴选择的多目标优化

黄彬, 高诚辉, 陈亮

2009, 20(23): 2865-2870.

摘要 ( )

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针对模糊完工时间和模糊交货期下的虚拟企业伙伴选择问题，提出了以极大化最小客户满意度、极大化平均客户满意度和极小化完工成本为指标的多目标优化模型。采用最小隶属度偏差法将多目标问题转换为多个单目标优化问题，并应用自适应遗传算法进行求解。同时，在遗传算法的适应度函数处理中引入模糊数处理方法，解决了带模糊数的伙伴选择问题。仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。

虚拟晶圆制造双臂自动组合装置的实现

李飞, 伍乃骐

2009, 20(23): 2871-2875.

摘要 ( )

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以eM-Plant系统仿真软件为工具，构建出一个虚拟的双臂自动组合装置。该装置克服了传统解析法的缺点，通过仿真模型来描述与分析半导体加工装置的调度问题，是研究人员研究自动组合装置控制问题的有效手段，也是半导体制造工程师验证生产调度的可行性的仿真平台。

基于Sommerfeld数的滑动轴承转子系统稳定性分析

徐武彬, 王镇江, 陈其兵, 李冰, 张宏献

2009, 20(23): 2875-2879.

摘要 ( )

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系统介绍了基于非线性油膜力模型的滑动轴承转子系统稳定性分析方法，提出了基于转子轴心轨迹分析的系统稳定性判定方法及其数学计算方法。在系统分析过程中采用量纲一的Sommerfeld数来综合表示系统的主要参数，通过该参数可以很方便地分析计算系统的动力学特性及其稳定性，并给出了系统量纲一的稳定性临界曲线图。

主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别

崔东辉, 徐龙祥

2009, 20(23): 2880-2885.

摘要 ( )

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相关文章 | 计量指标

针对采用差动位移传感器的单自由度主动磁悬浮轴承，分析了不同传感器发生故障时控制器输出信号和传感器差值信号的频域特征，分析结果表明：当不同传感器发生故障时，传感器差值信号和控制器输出信号在故障频率点的相位差为180°，根据该特征可以识别发生故障的传感器。采用该方法在试验台上进行了试验研究，研究结果表明：当转子以18 000r/min旋转时，该方法可以检测到传感器的故障并识别出故障传感器。

利用轮轨摩擦功预测钢轨磨损量的方法研究 

王彩芸, 钟雯, 郭俊, 刘启跃

2009, 20(23): 2885-2889.

摘要 ( )

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相关文章 | 计量指标

用数值计算方法详细分析了轴重和车辆行驶时的曲线半径对轮轨接触质点总滑动量和摩擦功的影响。通过与模拟实验所得钢轨试样磨损量的数据对比发现：轴重和曲线半径是影响钢轨滚动接触磨损的重要因素；钢轨磨损量的变化与轮轨接触斑摩擦功间存在一定的线性关系。结合实验与计算结果初步得出了利用摩擦功模拟计算钢轨试样磨损量的经验公式，对进一步研究轮轨磨损问题和预测钢轨磨损量有参考价值。

35CrMo钢强度退化规律的试验研究

李莉, 谢里阳, 何雪浤, 赵晋芳

2009, 20(23): 2890-2892,2897.

摘要 ( )

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在剩余强度试验的基础上，研究了锻造35CrMo钢剩余强度随疲劳载荷加载次数的退化规律。通过对试验数据的分析，认为Schaff提出的幂退化模型可以较好地描述35CrMo钢剩余强度的退化规律。研究了剩余强度的分布特征，用三参数Weibull分布描述剩余强度的分布。研究表明，尺度参数和位置参数随着循环次数的增加而逐渐减小，形状参数则保持不变。

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五坐标激光直接制造和再制造轨迹的生成

靳晓曙, 杨洗陈, 雷剑波, 王云山

2009, 20(23): 2893-2897.

摘要 ( )

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分析研究了基于“正下”（down hand）制造策略的五坐标激光直接制造和再制造轨迹路径的生成算法。根据五坐标数控机床空间直线插补的功能特点，用连接一系列光斑中心点的折线来描述激光制造路径（激光束相对零件的运动）。基于SolidWorks平台研究了CAD模型直接分层方法与生成激光直接制造和再制造路径轨迹（包括轮廓轨迹和填充轨迹）的算法，开发了相应的程序，并进行了圆台零件的制造，应用实例表明了该算法的有效性。

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