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2010年 第21卷 第17期    刊出日期：2010-09-10
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机械基础工程
一种新型两自由度柔性并联机械手的主动振动控制及其仿真
胡俊峰, 张宪民
2010, 21(17):  2017-2020,2024. 
摘要 ( )   PDF (3715KB) ( )  
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针对一种新型两自由度柔性并联机械手,在含有压电元件的有限元模型基础上,基于模态理论和滑模变结构理论,研究其振动主动控制问题。采用有限元法和模态理论建立系统的动力学模型。根据系统的性能要求,采用最优化方法确定滑移面,基于Lyapunov直接法设计滑模控制器。控制器能对系统的前几阶模态实施控制,实现机械手的振动主动控制。仿真结果表明,该控制器可有效地抑制柔性构件产生的弹性振动,减小并联机械手动平台的位置误差,从而验证了该控制器的可行性和有效性。
飞机部件机器人自动制孔控制系统设计与分析
姚艳彬, 毕树生, 员俊峰, 梁杰
2010, 21(17):  2021-2024. 
摘要 ( )   PDF (2902KB) ( )  
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针对应用于飞机铝合金、钛合金以及叠层部件制孔的机器人自动制孔系统,提出了基于上位机和PLC的机器人自动制孔控制系统的设计方法。根据工作任务的要求和特点,设计并分析了机器人自动制孔控制系统的整体框架、硬件模块和软件模块。现场测试证明,该系统能够极大提高飞机部件的制孔效率和装配质量。
基于偏相关分析的数控机床温度布点优化及其热误差建模
凡志磊, 李中华, 杨建国
2010, 21(17):  2025-2028. 
摘要 ( )   PDF (3203KB) ( )  
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提出了一种基于偏相关分析的数控机床温度布点优化方法。数控机床热误差建模一般采用多元线性回归方法,该方法中由于自变量之间的相互作用,各自变量与因变量之间的相互关系不再与简单相关系数所反映的情况完全吻合。使用偏相关分析对温度变量进行优化选择,实现了温度测点优化布置,并建立了数控机床热误差的多元线性回归优化模型,提高了热误差模型的精确性和鲁棒性。
柔性电热驱动微夹钳的设计与尺寸优化
张然, 褚金奎, 刘帅, 张成
2010, 21(17):  2028-2033. 
摘要 ( )   PDF (4350KB) ( )  
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提出了一种柔性电热驱动微夹钳的设计与尺寸优化方法：首先基于机构的类型综合方法和伪刚体概念选择微夹钳的柔性机构,然后对柔性机构进行单元划分以建立其刚度模型,进而对其几何尺寸进行优化设计。对一种由V形电热驱动器驱动的柔性电热微夹钳进行了设计与尺寸优化。为了验证方法的合理性,利用ANSYS软件对优化结果进行仿真分析并对仿真结果进行了对比。分析表明,优化结果能够满足设计要求,从而证明了设计方法的高效率和可靠性。
数控电解精修整体叶轮叶片型面过切问题研究
吴建民, 徐家文
2010, 21(17):  2034-2037. 
摘要 ( )   PDF (3197KB) ( )  
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针对直线刃简单阴极电解精修直纹面整体叶轮扭曲叶片时的过切问题,提出利用调整阴极运动轨迹的方法予以解决。利用给定数据点对叶片直纹型面进行拟合,通过对叶片型面进行离散推导出编制数控加工程序要求的各轴运动量计算公式。分析了扭曲叶片的几何特性,对利用具有一定宽度的直线刃阴极加工叶片型面时相邻区域产生过切的问题进行了分析,对过切量进行了计算,推导出了初始加工运动轨迹的修正方案,最终加工出满足要求的整体叶轮叶片。
 
YW2硬质合金刀片的热电性能与其耐磨性的相关性
陈舜青, 孟广耀
2010, 21(17):  2037-2039. 
摘要 ( )   PDF (2353KB) ( )  
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以YW2硬质合金刀片的热电特性与磨损量为研究对象,通过大量实验分析了同批号YW2硬质合金刀片热电特性的分布以及磨损量与热电特性的相关性。实验表明,同一批号的YW2硬质合金刀片的热电特性是有一定差异的,而热电特性与其磨损量有很高的相关度。
狭小空间直角角焊缝移动焊接机器人系统研制
毛志伟, 潘际銮, 张华
2010, 21(17):  2040-2043,2049. 
摘要 ( )   PDF (3513KB) ( )  
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针对大型结构件中狭小空间角焊缝焊接,提出了一种基于旋转电弧传感的新型移动焊接机器人系统。系统包括轮式移动本体、二维运动平台、旋转电弧传感器和超声传感器;系统采用二级跟踪策略——机器人本体粗跟踪和二维运动平台精确跟踪,采用旋转电弧传感器作为焊缝跟踪传感器,采用超声传感器作为避障传感器;建立了运动学模型,设计了参数自调整模糊控制器。实验表明该机器人系统能实现小空间中大折角角焊缝的自动焊接。
圆锥管连接螺纹牙变形及应力分布研究
陈守俊, 李强, 张毅, 安琦
2010, 21(17):  2044-2049. 
摘要 ( )   PDF (4119KB) ( )  
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以圆锥管螺纹为研究对象,在弹性力学的基础上,结合组合厚壁圆筒理论,建立了圆锥管螺纹过盈连接的计算模型,得到了圆锥管套管螺纹牙接触齿面上的径向变形计算公式。以P-110S圆锥管螺纹为研究对象,利用ABAQUS大型有限元分析软件,建立了圆锥管套管接头的弹塑性轴对称接触有限元模型,分析了套管接头在不同的使用工况(包括过盈、施加轴向拉伸载荷等)下螺纹牙上的变形及应力分布规律。
粒子群算法在不规则件排样优化中的应用
梁利东, 钟相强
2010, 21(17):  2050-2052,2069. 
摘要 ( )   PDF (2985KB) ( )  
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针对不规则件排样问题,提出一种应用粒子群算法优化求解的方法。首先以零件的入排交换序列和角度变异序列作为粒子运动速度构造粒子群算法,然后运用剩余矩形动态匹配算法实现解码和局部寻优,并结合不规则件的正交靠接算法实现自动排样。排样实例表明,该优化排样算法是有效的。
谐波齿轮传动中基于柔轮装配变形的共轭精确算法
陈晓霞, 林树忠, 邢静忠
2010, 21(17):  2053-2057. 
摘要 ( )   PDF (3695KB) ( )  
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提出一种基于柔轮弹性变形的包络精确算法,精确计算切向位移引起的转角和齿廓对称线相对于径矢的转角。利用迭代法计算变形后啮合端齿廓共轭位置;根据柔轮中性层曲线不伸长条件确定输出端转角。通过算例对常见的五种波发生器作用下的轮齿的共轭区间和共轭齿廓进行比较计算,验证了算法的有效性和正确性,并给出了近似算法引起的偏差。总体来看,近似算法对共轭区间影响较大,对形成的共轭齿廓影响较小。
基于约束满足问题的产品拆卸序列规划
宋守许, 胡迪, 高洋, 杨明, 张雷
2010, 21(17):  2058-2062. 
摘要 ( )   PDF (3633KB) ( )  
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分析了产品拆卸序列规划与约束满足问题的对应关系,在基于混合图的产品拆卸模型基础上,将产品拆卸序列规划转化为一类约束满足问题。以回溯算法为基础,给出了基于约束满足问题的产品拆卸序列规划求解流程和算法。通过一个简化的洗碗机门体实例说明了方法的可行性和有效性。
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面向复杂产品多级研制体系的协同质量计划管理系统研究
段桂江, 熊耀华
2010, 21(17):  2063-2069. 
摘要 ( )   PDF (9560KB) ( )  
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面向复杂产品研制体系下质量计划的层级协同-对等协同混联运行需求,提出了基于三层质量计划体系与环状-树型逻辑拓扑结构的多层协同质量计划过程模型。结合该模型,通过OOP（面向对象编程）和AOP（面向方面编程）设计方法对协同质量计划过程实现与切面实现进行了模型抽象,并采用组件和中间件等信息技术在J2EE平台上构建了高内聚、松耦合、业务流程可调且支持功能横向扩展的质量计划管理系统。
产品质量与过程质量的映射研究
邓军, 余忠华, 吴昭同
2010, 21(17):  2070-2074. 
摘要 ( )   PDF (3834KB) ( )  
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建立了产品质量与过程质量的映射模型,引入可拓理论对产品质量和过程质量进行可拓描述,从方法学上提出了产品质量与过程质量的映射的定量度量、关联分析和优度计算的理论方法;将该理论方法应用于轴承质量的映射分析,结果表明能够很好地反映产品质量与过程特性参数的关系。研究结果对质量规划、质量控制、质量改进及质量决策具有重要的意义。
信息技术
回转窑竖式预热器的热流场分析
廖志明, 李济顺, 刘永刚, 鲁俊, 弓洁
2010, 21(17):  2074-2078. 
摘要 ( )   PDF (3688KB) ( )  
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根据活性石灰回转窑竖式预热器的结构特点和工作原理,建立了竖式预热器的有限元模型,采用传热学理论,推导了换热器的对流换热系数。利用有限元软件ANSYS的Flotran模块,对预热器的热流场分布进行仿真分析,得到了石灰石颗粒排列方式和空隙率对预热器内部温度场、气体的速度和石灰石颗粒温升的影响规律,同时分析了预热器结构形状对温度场的影响。分析结果表明,影响石灰石颗粒温升的主要参数是对流换热系数,在难以大幅度改变对流换热系数时,改变预热器结构能有效地提高预热器的加热效率。
基于符号熵与支持向量机的滚动轴承故障诊断
陈晓平, 和卫星, 马东玲, 赵德安
2010, 21(17):  2079-2082. 
摘要 ( )   PDF (2834KB) ( )  
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为诊断滚动轴承状态,对采集到的石油钻井设备滚动轴承正常、内圈裂缝、滚子裂缝和外圈裂缝四种工况下的振动信号进行均值二值化处理后,利用符号熵进行特征提取,对提取到的特征向量再利用支持向量机进行故障类型的模式识别。从实验处理结果可以看到,任何一种振动信号中的确定性信号对应的符号编码呈现大概率值, 而随机噪声对应的符号编码则呈现小概率值,因此经过符号熵处理可以减小振动信号中的随机噪声影响。利用符号熵能捕获信号中大尺度特征的特点,再结合支持向量机能识别小样本的模式识别功能,就能有效地进行滚动轴承故障分类,以实现滚动轴承的故障诊断与预报。
面向直纹曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化
曾勇, 龚俊, 陆保印
2010, 21(17):  2083-2089. 
摘要 ( )   PDF (4928KB) ( )  
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针对复杂曲面中直纹曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化问题,由实验数据得到平面上的喷枪2D模型,推导得出圆弧面上的喷枪3D模型;提出通过最小二乘圆弧逼近直纹曲面的思想,将直纹曲面分成若干圆弧面片的组合,直纹曲面上的喷涂轨迹优化问题可近似看作圆弧面来处理,并在每个圆弧面片上建立喷枪轨迹优化目标函数;讨论了两圆弧面片交界处的涂层厚度计算方法及喷枪轨迹优化问题。仿真实验验证了分片算法及数学模型的有效性,证明该喷枪轨迹优化方法与传统方法相比,可有效地提高曲率较大曲面的涂层均匀性,且在保证喷涂精度的前提下,有效地减少分片数。
机械基础工程
模板电解加工群孔技术研究
李冬林, 朱荻, 李寒松
2010, 21(17):  2090-2094. 
摘要 ( )   PDF (3773KB) ( )  
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异质材料CAD模型可视化算法
吴晓军, 刘伟军
2010, 21(17):  2095-2100. 
摘要 ( )   PDF (4388KB) ( )  
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针对基于体素的异质材料建模方法中离散数据集不能连续显示的问题,基于体绘制的Ray-casting算法提出了一种适于异质材料体数据可视化的数据流程和方法。为了加速体绘制进程,提出了基于最小投影窗口的加速方法和基于视线方程参数测试的加速方法。实验结果表明,算法对异质材料体数据集能产生半透明和连续显示的效果,提高异质材料CAD建模的灵活性。
实现精确颌面外科手术的数字化设计与制造技术研究
刘云峰, 朱慧勇, 董星涛, 彭伟
2010, 21(17):  2100-2106. 
摘要 ( )   PDF (4643KB) ( )  
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针对目前颌面外科手术前缺少必要的规划和模拟,临床手术操作对医生经验依赖程度较高的现状,将数字化设计和制造技术与医学工程相结合,构建针对复杂颌面外科手术的手术方案设计体系。集成基于CT的三维模型重建、镜像修复模型设计、手术辅助工具设计、模型快速成形制造等工程技术,实现基于虚拟模型的手术方案设计及基于实物模型的模型外科手术模拟,制订理想的手术方案,并通过辅助工具保证方案在临床手术中得到精确实施。22例手术方案临床成功应用表明,应用基于数字化设计与制造技术的手术方案设计系统,手术质量和效率都得到了提高。
基于视觉的机器人灰色预测模糊力控制研究
李二超, 李战明, 李炜
2010, 21(17):  2107-2109. 
摘要 ( )   PDF (2360KB) ( )  
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液压二次调节惯性负载系统节能研究
何龙, 孔祥东, 崔今花, 高英杰
2010, 21(17):  2110-2113. 
摘要 ( )   PDF (2981KB) ( )  
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具有外部扰动双臂空间机器人的神经网络在线自学习补偿控制
陈志勇, 陈力
2010, 21(17):  2114-2118. 
摘要 ( )   PDF (3567KB) ( )  
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探讨了在未知外部扰动影响下,漂浮基双臂空间机器人载体姿态与两机械臂末端爪手协调运动的补偿控制问题。利用系统动量守恒关系对漂浮基双臂空间机器人的运动学、动力学进行分析,导出了系统的工作空间动力学方程。以此为基础,针对系统存在未知外部扰动的复杂情况,设计了漂浮基双臂空间机器人协调运动的神经网络在线自学习补偿控制方案。该控制方案可以有效地避免对载体位置相关量进行实时测量与反馈,并由于神经网络良好的在线自学习补偿作用,有效地补偿了外部扰动对控制精度的影响,大大提高了整个系统的鲁棒性及自适应能力。仿真运算验证了控制方法的可行性。
亚毫米平板式微燃烧室性能的影响因素研究
潘剑锋, 李晓春, 唐爱坤, 薛宏
2010, 21(17):  2119-2122. 
摘要 ( )   PDF (2920KB) ( )  
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基于氢氧十九步基元反应化学动力学机理,对应用于新型模块式微热光电系统中的亚毫米级平板式微通道燃烧室内的燃烧过程进行数值模拟,分析了通道高度、体积比、进气流量、喷口形状等参数对微容腔内氢氧燃烧的影响,获得了燃烧室外壁面温度场随各参数的变化规律,发现适当的过量氧气能获得较佳的温度分布,细长喷口可提高燃烧效率和壁面温度。这些特性分析为微热光电系统的设计提供了依据。
 
基于STL模型的快速曲面网格生成
梁义, 陈建军, 陈立岗, 郑耀
2010, 21(17):  2123-2127. 
摘要 ( )   PDF (3869KB) ( )  
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引入参考平面,将曲面网格生成问题降维为二维平面网格生成问题,实现了一种新的STL模型曲面网格生成算法。新算法采用特征保持的模型分解过程,放宽了子域的限制条件。基于局部性假设降低了将平面网格点反映射到曲面上算法的复杂度,保证了程序的高效率。改进了拉普拉斯光顺算法,提高了曲面网格质量。
实验表明,该算法速度快,网格质量满足有限元分析需求。
脉冲压缩技术在超声换能器激励接收方法中的应用
周正干, 张宏宇, 魏东
2010, 21(17):  2127-2131. 
摘要 ( )   PDF (3763KB) ( )  
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在超声换能器激励和接收过程中应用脉冲压缩技术,可以有效提高系统信噪比和检测精度。简要介绍了脉冲压缩技术的原理,分析了脉冲压缩技术中关键参数对回波主瓣宽度、峰值和回波距离分辨能力的影响;对多种不同频带的超声换能器进行了验证性试验。理论分析和试验结果表明,宽带换能器有较好的脉冲压缩性能;在非金属复合材料超声检测中应用脉冲压缩技术可大幅提高信噪比和缺陷分辨能力。
材料工程
激光焊接中狭窄对接拼缝测量方法
王平江, 吴家勇, 陈吉红, 李斌, 彭芳瑜
2010, 21(17):  2132-2138. 
摘要 ( )   PDF (5125KB) ( )  
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根据三维复杂空间曲面激光拼焊对拼缝检测的要求,结合机器视觉2D测量、3D测量原理及信息融合的方法,研制了新型拼缝视觉测量装置,以解决间隙小于0.07mm时的拼缝测量难题。所研制的复杂拼缝三维形貌测量装置,实现了在同一位姿下一次摄影,同时得到拼缝的中心位置、宽度以及拼缝所在曲面的法矢信息。根据这些信息,不仅可以建立拼缝三维形貌模型,而且对于优化焊接轨迹、速度、激光功率等参数有极大帮助。实验表明,该测量装置基本满足复杂拼缝的在线检测要求。
316L不锈钢扩散连接结构晶间腐蚀的研究
俞树荣, 夏洪波, 李淑欣, 李雷
2010, 21(17):  2138-2141. 
摘要 ( )   PDF (3000KB) ( )  
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采用双环电化学动电位再活化法（EPR法）研究316L奥氏体不锈钢扩散连接试样与母材的晶间腐蚀行为。实验结果表明，相同条件下扩散连接试样的再活化率小于母材的再活化率，即扩散连接试样的耐晶间腐蚀性能更好。在影响316L不锈钢晶间腐蚀敏感性的参数如回归电位、溶液温度、溶液浓度、敏化时间和扫描速度中，回归电位对再活化率值的影响最大。随着回归电位的降低，再活化率值增大，316L不锈钢耐晶间腐蚀性能降低。
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