中国机械工程

曾梁彬, 孙宇, 彭斌彬

2010, 21(18): 2143-2148.

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针对曲柄式高速压力机动平衡中存在的机身激振力与激振力矩平衡相互制约的问题,提出了一种基于动态响应的综合优化模型。通过有限元模拟获得机身在单位简谐载荷作用下的动态响应向量,通过傅里叶级数分解得到实际激振载荷的振幅向量,以此构造了一个直接以机身振动响应为对象的综合平衡优化模型,该模型能够适用于一般机械系统。

高速压力机;动平衡;动态响应;综合平衡优化

基于生物激励神经动力学的AGV轨迹跟踪控制

尹晓红, 赵韩, 吴焱明, 熊丹

2010, 21(18): 2148-2152.

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提出了一种基于门限偶极子生物神经元模型和快速终端滑模控制策略的轨迹跟踪控制算法,使AGV在存在初始速度跳变的情况下能顺利实现小车的轨迹跟踪控制。首先由运动学控制器产生一个理想控制律,接着利用神经动力学思想解决初始速度跳变问题,最后用快速终端滑模控制器进一步提高跟踪精度。该控制器的输出有界且光滑,整个控制系统全局快速渐进稳定。计算机仿真结果验证了该控制器的有效性。

基于相对精度因子的微米和中间尺度公差研究

于斌斌, 袁军堂, 胡小秋

2010, 21(18): 2153-2156.

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在设计和加工微小型零件时,由于现有公差数值表缺少对微米和中间尺度的描述,因而使得批量生产和控制表面质量、加工精度极为不便。针对该问题,以微米和中间尺度为研究范围,在分析现有标准公差数值表的基础上,提出了相对精度因子的概念,并基于MATLAB曲线拟合的方法,建立了相对精度因子与尺寸几何平均值的数学模型,从而得到该尺度区间相对应的公差数值,为完善现有标准公差数值表提供参考。

单晶硅片超精密磨削技术与设备

朱祥龙, 康仁科, 董志刚, 郭东明

2010, 21(18): 2156-2164.

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结合单晶硅片的发展,回顾了单晶硅片超精密磨削技术与设备的发展历程,对比分析了广泛应用的转台式磨削、硅片旋转磨削和双面磨削等硅片磨削技术的原理及代表性设备的特点,讨论了用于单晶硅片平整化加工和背面减薄加工的低损伤磨削技术的最新进展,并对单晶硅片磨削技术的发展趋势进行了展望。

具有长管路的阀控非对称缸液压系统动态特性研究

孟庆鑫, 董春芳

2010, 21(18): 2165-2169.

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基于流体管路线性摩擦模型,运用流体传输管道动力学及液压控制系统相关理论,针对油源与控制阀间具有长管路的某水下作业装置液压控制系统,建立了考虑管路效应的阀控非对称缸液压系统数学模型。利用AMESim软件建立了仿真分析模型,从理论和仿真角度分析了管路效应对系统动态特性的影响;通过在进油和出油管路与控制阀接口处配置相匹配的蓄能器,初步消除了管路效应的影响。

单螺杆式水力机械变幅系数的选择

宋玉杰, 温后珍, 孟碧霞

2010, 21(18): 2169-2171,2217.

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为从理论上确立短幅内摆线型单螺杆式水力机械变幅系数的选取原则,通过分析螺杆-衬套副的形成运动与啮合运动之间的关系,研究了不同变幅系数对单螺杆式水力机械接触状况及密封性能的影响。研究结果表明：变幅系数过大,则等距曲线容易打扣,使密封性能下降;变幅系数过小,则定子上流动接触点可到达的区域向定子内凸中点集中,使定子内凸中点处磨损严重。因此,变幅系数的选取原则是：

在保证定子等距线不打扣的情况下,尽量接近1。

平面三自由度惯性压电叠堆移动机构研究

温建明, 马继杰, 程光明, 曾平, 阚君武

2010, 21(18): 2172-2175.

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基于控制压电移动机构主体和支撑面之间摩擦力有序变化的方式,以压电叠堆为移动机构的驱动源,设计了一种新型三自由度惯性移动机构。探讨了实现机构运动的工作机理,设计了三自由度移动机构的结构模型,制作了三自由度移动机构样机,搭建了试验测试系统并对移动机构进行了试验测试,得到了运动步长随接触面摩擦因数、载荷、驱动电压的关系曲线。试验表明移动机构具有较好的运动性能和载荷特性。

盾构机主减速器三级行星传动系统扭转动力学

肖正明, 秦大同, 王建宏, 武文辉, 陈立锋

2010, 21(18): 2176-2182.

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针对盾构机主减速器中三级行星齿轮传动结构的特点,基于各级行星传动之间的耦合关系,建立了三级行星轮系的耦合扭转动力学模型。根据盾构机主减速器行星齿轮系统的设计参数,计算了三级行星齿轮传动系统的自然频率,分析了其扭转振动模式。考虑系统的变载荷外部激励,运用模态叠加法求解了系统在谐波负载激励下的动态响应,计算了各级齿轮的动态啮合力,分析了加速度响应的频谱特性,研究结果以为盾构机主减速器传动系统的动力学优化和动态可靠性设计提供参考。

基于流场数值模拟的锂电池极片干燥箱结构改进

李徐佳, 高殿荣, 邸立明, 赵东林, 丁立翔, 杨占兵

2010, 21(18): 2183-2187.

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为提高某厂干燥箱的工作性能,通过流场数值模拟方法,采用标准k-ε两方程模型,以现场测试数据为边界条件,对其风速场进行了研究。根据其稳态流场特点并结合厂家改进目标完成了干燥箱的结构改进。通过对比分析新旧两种结构的流动特征,确定了新的干燥箱结构。最后给出了有利于风速场均匀分布的进排风口位置、大小、数量等的设计思路,为提高能量利用效率及极片干燥质量提供了依据。

一种新型桥门式起重机轨道测量方法

程维明, 宋伟, 刘亮, 孙桂清, 刘恩频

2010, 21(18): 2187-2191.

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介绍一种适用于长度为300m、跨度为50m的起重机轨道参数的测量方法。该方法利用准直激光作为直线基准,携带PSD光斑位置测量装置的小车行走于轨道上并根据激光光斑位置确定轨道测量点的偏差参数。为解决大跨度轨道测量的难点,提出两根轨道分别测量然后重构到同一个坐标系中的方法。计算仿真的结果表明其原理误差为10nm数量级,完全符合大长度、大跨度轨道的测量要求。

高速车辆轮轨碰撞及其非线性动力学分析

王伟, 李瑰贤

2010, 21(18): 2192-2196.

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高速车辆存在大量非线性因素以及由此带来的复杂动力学行为。基于Shen-Hedrick-Elkins理论计算了轮轨蠕滑力,建立了十自由度半车数学模型。使用多刚体理论模拟轮轨碰撞并获得了跳轨的横向临界速度,在0～180m/s速度范围内绘制了轮对运动分岔图。结果显示,高速车辆在超蛇行临界速度之后存在着对称和非对称的周期运动以及混沌运动。与其他模型相比,半车模型更适合于高速车辆动力学行为研究。

液压自由活塞发动机的气体流动模拟

朱涛, 汪洋, 张中, 熊仟

2010, 21(18): 2196-2201.

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基于Amesim建立了两行程自由活塞发动机模型,针对直流扫气特点提出了单区三阶段扫气模型,根据CFD计算结果对扫气参数进行了标定,在准确预测扫气性能的基础上分析了耦合活塞动力学条件下的气体交换过程。研究结果表明,当气口的配气相位角不变时,自由活塞发动机的气口面积随时间的变化关系与曲柄发动机的气口面积随时间的变化关系存在显著差异。气口高度减小对提高充气效率有利,但是受到扫气效率过分下降的约束。排气流动控制明显改善了扫气性能,利用排气脉动效应可以显著提高充气效率。

盾构推进系统专家PID同步控制分析

周如林, 龚国芳, 汪慧, 朱北斗

2010, 21(18): 2202-2206.

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在分析专家PID特性的基础上,设计了保证盾构推进系统推进缸同步控制的PID控制器。根据系统实际参数要求在AMESim里搭建了推进系统的仿真模型,并通过AMESim和MATLAB的接口程序,在MATLAB中搭建了基于控制比例流量阀流量的专家控制模型和普通PID控制模型,并对比了两种控制模型的频响特性,仿真结果表明推进偏差控制在4.5mm内。实验分析表明,专家PID控制系统对推进系统的同步性控制有较好的控制效果,两缸的同步误差控制在7.0mm左右,满足系统的控制精度要求。

数控系统现场总线时钟同步机制的设计

王志成, 于东, 张晓辉, 张国平

2010, 21(18): 2207-2211.

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在分析了数控系统通信网络结构和通信特点的基础上,提出了一种新的现场总线时钟同步协议。基于该协议设计了面向数控系统应用的时钟同步机制,该机制包括通信模型、通信时序、主站调度和从站实时数据交换方法。将该机制设计的现场总线应用到数控系统中,实验表明该机制具有较高的时钟同步精度,能够满足数控系统的应用需求。

基于轻量化模型的加工特征识别技术

田富君, 田锡天, 耿俊浩, 李洲洋, 张振明

2010, 21(18): 2212-2217.

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为有效提取轻量化模型中的加工特征,在分析轻量化模型的基础上,建立了面向特征的轻量化数据模型,并提出了基于轻量化模型的加工特征识别方法。通过设计轻量化模型的几何信息提取算法,建立了轻量化模型的边界表示模型;给出了一个判断表面间邻接关系的算法,建立了零件的属性邻接图;通过对属性邻接图进行二次分解,实现了对凸出类特征和凹陷类特征的识别。最后,通过一个实例验证了方法的可行性和有效性。

曲线驱动的网格变形算法与应用

刘斌, 林俊义, 江开勇

2010, 21(18): 2218-2223.

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提出了一种曲线驱动的网格变形方法并把其应用于鞋楦的设计系统。基于三角网格模型的拓扑邻接信息,快速提取截面轮廓曲线;由主曲率极值法提取模型特征点集,利用移动最小二乘法细化该点集并对其进行排序、稀疏,然后将细化后的点集拟合为B样条曲线。计算曲线上采样点与模型上的对应点,从而使曲线与模型相关联,通过交互编辑截面轮廓曲线或特征曲线等来实现鞋楦的再设计。最后给出了该方法在鞋楦CAD系统中的功能实现。

复杂型腔加工区域的自动识别

张鸣, 刘伟军, 杨红涛

2010, 21(18): 2224-2228.

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为了解决型腔加工中交互式定义型腔和岛屿的不足,提出了一种简单有效的加工区域自动识别方法。为了识别型腔加工区域,首先构建了环关系矩阵,通过查询环关系矩阵的方式完成了轮廓环树的构建。在获得轮廓环树后,通过评估节点的深度来达到自动识别复杂型腔的目的。该方法无需用户直接参与,减轻了用户的负担,避免了出错的可能性。实例表明,该方法能自动有效地识别型腔加工区域,从而简化了数控编程步骤,提高了编程效率。

轴流泵叶轮内空化的数值模拟与实验研究

吴光焱, 杨敏官, 康灿

2010, 21(18): 2229-2232.

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基于混合流体的连续性方程、时均雷诺N-S动量

方程,并补充RNG k-ε-kg湍流模型和完整空化模型,对轴流泵叶轮内的空化进行数值模拟。从模拟结果可以得到轴流泵叶轮内空化发生的位置和空化发生时空泡体积分数分布情况。用高速数码摄像机进行叶轮内的空化拍摄实验,并将实验结果与数值模拟结果进行对比分析,进而论证数值计算的准确性。数值模拟和实验研究揭示了轴流泵叶轮内的空化情况,为叶轮内空化的深入研究提供可靠的参考依据。

考虑耦合影响的球轴承转子系统动态性能研究

崔立, 郑建荣, 王黎钦

2010, 21(18): 2233-2237.

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球轴承的动态性能会影响转子系统的响应,同时转子系统的响应也会改变支承轴承的动态性能。考虑球轴承转子系统的耦合影响,建立了球轴承转子系统动态性能耦合计算的模型,用Newmark-β积分法和Riccati传递矩阵法,并结合Newton-Raphson方法进行求解,结合实例分析了转子系统的瞬态响应和球轴承的动态性能。研究发现,耦合影响对转子系统的瞬态响应和球轴承的动态性能都有较大的影响。

机械故障诊断中延迟向量方差及非线性滴定法的研究

张立国, 赵玉春, 寇红杰, 贾健

2010, 21(18): 2238-2243.

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针对故障机械系统的复杂性与非线性,给出一种基于延迟向量方差(delay vector variance,DVV) 及非线性滴定的机械故障诊断方法。首先采用DVV算法对故障信号进行非线性检测,通过DVV分布图或DVV散点图定性描述故障信号的非线性强度。然后通过非线性滴定法对故障信号进行滴定,以滴定均值作为故障判据,对不同故障进行定量刻画。实验及工程实例结果证明了该方法的有效性。研究结果为机械故障诊断提供了一种定性及定量分析方法。

SMP主动拆卸结构激发效果影响因素的试验研究

刘志峰, 李新宇, 赵流现, 魏俊杰, 张洪潮

2010, 21(18): 2243-2246.

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智能材料主动拆卸（ADSM)利用形状记忆材料等智能材料制成的主动拆卸结构在特定条件下激发后使产品连接失效而主动拆解,其中应用最广泛的是由形状记忆高分子材料（SMP）制作的主动拆卸结构。通过试验确定了主动拆卸结构的材料、最大变形量、拆卸时的加热温度和加热方式等因素对SMP主动拆卸结构激发效果即激发时间和主动拆解率的影响,并给出了改善SMP主动拆卸结构激发效果的方法。

一种高精度在线测量大外径的方法和装置

赵前程, 杨天龙, 郭迎福

2010, 21(18): 2247-2251.

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基于弓高弦长法直径测量原理,设计开发了一套大外径高精度在线测量装置。该装置由测试系统和标定系统两部分组成。测试系统主要由3个高精度激光位移传感器组成,标定系统主要由2个已知直径尺寸的大圆盘组成。由标定系统完成测量系统弦长和初始弓高的标定,相对弓高由测试系统测出。该装置结构简单、操作方便。对装置的直径测量精度进行了仿真分析和实际测量实验分析。所得结果表明,大外径的测量精度小于5μm。

管内电缆导体线圈滚弯成形的动态仿真

刘江波, 吴杰峰, 文军, 文伟

2010, 21(18): 2251-2254.

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分析了管内电缆导体超导线圈滚弯成形所需要的条件,建立了适应于各种管内电缆导体超导线圈滚弯成形过程中导体进给速度与绕线模回转速度、角速度之间关系的数学模型。在此基础上提出了基于MATLAB的滚弯成形过程的动态仿真方法。完成了对国际热核聚变实验堆ITER底/顶部矫正场线圈绕制成形过程的分析和动态仿真。

基于序列响应面方法的高强度钢材料参数反求

张勇, 陆勇

2010, 21(18): 2255-2259.

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针对高强度钢DP800的材料参数确定问题,提出了一种将序列响应面近似模型与小种群遗传算法相结合的材料参数反求方法。以高强钢DP800吸能梁的碰撞力试验曲线为基础,优化设计碰撞力数值仿真曲线,使之与试验曲线相吻合,从而反求出与高强度钢的应力、应变率、温度等相关的材料参数。该方法能有效减少调用有限元计算的次数与物理实验的次数,大大提高参数反求的效率,对提高整车安全性仿真精度具有重要意义。

基于模糊聚类算法的道路模拟试验控制方法研究

陈剑, 马文明, 文智明

2010, 21(18): 2260-2263.

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道路模拟试验技术的关键在于目标信号的复现精度及稳定性。目前国内外各种道路模拟试验技术只有一定的适用范围,存在局限性,针对此,提出一种基于模糊聚类算法的道路模拟试验控制方法,运用该方法可实现道路模拟试验系统的自适应控制。该算法简便、精度高,可以使系统趋于全局稳定。对提出的算法进行了理论推导,并用试验证明了这种方法的正确性和实用性。

电控汽油喷射器参数优化及性能测试研究

郭辉, 张振东, 孙跃东, 高蔚

2010, 21(18): 2264-2267.

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在某型电控汽油喷射器基础上,通过对线圈匝数、不同磁导率下电磁场分布、工作气隙厚度及其位置等电磁参数及结构参数的优化,对电控喷射器进行了改进设计,增大了电磁力;开发了开启时间与关闭时间的测试系统。试验结果表明,该喷射器开启与关闭的滞后时间分别为1.65ms和0.5ms,与原汽油喷射器相比分别缩短了8%和9%,提高了动态响应性能。

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