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    2011年 第22卷 第13期    刊出日期:2011-07-10
    版权页和目次
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    2011, 22(13):  0. 
    摘要 ( )   PDF (350KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    机械基础工程
    夹具定位误差分析的机构学建模方法
    吴玉光, 李春光
    2011, 22(13):  1513-1518. 
    摘要 ( )   PDF (499KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    将工件-夹具系统用机构模型表示。夹具是机构的机架,夹具和工件的接触副构成了连架杆与机架连接的运动副,定位基准到定位接触点之间的尺寸线为机构的连架杆,工序基准与定位基准之间的联系尺寸是机构中间连杆或机构的结构杆件,工件加工表面与工序基准之间的工序尺寸为机构的最终目标构件。通过计算目标构件的长度变化或角度变化获得工序系统的定位误差。研究建立工件和夹具定位元件接触副与机构构件之间的映射关系,研究建立加工表面与工序基准的工序尺寸关系、工序基准和定位基准之间的联系尺寸关系转化为等价机构的转换规则。根据以上映射关系和转换规则,实现等价机构模型的自动建立,利用机构学的各种精度分析方法实现定位误差求解的自动化。
    超精密切削氟化钙单晶金刚石刀具磨损研究
    陈浩锋, 王建敏, 戴一帆, 郑子文, 焦飞飞
    2011, 22(13):  1519-1522,1526. 
    摘要 ( )   PDF (586KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了研究氟化钙(CaF2)单晶超精密切削过程中的金刚石刀具磨损及其对切削过程的影响,对CaF2晶体进行了超精密切削实验,系统观测了刀具磨损形貌随切削路程的变化趋势,分析了刀具磨损机理,同时通过分析不同切削路程下切削表面微观形貌和切削力的变化,对刀具磨损与切削模式之间的关系进行了探讨。研究表明,超精密切削CaF2晶体时刀具磨损模式为沟槽磨损和缺口破损,刀具磨损随切削路程的演变过程为后刀面沟槽磨损扩展到前刀面缺口破损,同时相应的切削模式由延性去除转变为脆性去除。该研究结果为大口径CaF2晶体纳米尺度延性域切削提供了技术支持。
    一种机器人末端操作器的抓握研究
    朱映远, 倪风雷
    2011, 22(13):  1523-1526. 
    摘要 ( )   PDF (477KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    特殊领域下要求机器人具有极大的捕获范围及定姿定位精度,用以捕获漂浮目标。研究了一种机器人末端操作器,通过合理设计构型使得末端操作器具备六自由度限位能力;再通过对其抓握过程的研究,建立了不同条件下的抓握轨迹。由抓握试验可知:操作器快速闭合和锁紧有利于减小位姿偏移;采用合理的抓握控制,可以获得最大的抓握范围以及最好的抓握效果。
    基于组合体的高速卧式加工中心滑架有限元分析
    丛明1, 韩滔1, 赵强1, 李小青2
    2011, 22(13):  1527-1531. 
    摘要 ( )   PDF (585KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了保证高速加工中心的加工精度和动态特性,必须对高速加工中心的滑架进行有限元仿真分析,检验滑架的设计是否符合要求并为滑架的优化设计提供依据。针对滑架的具体结构,利用基于组合体的滑架有限元模型进行简化,并施加作用力,利用组合约束方法对模型边界条件进行设置并对模型进行静力学和动态特性分析。通过对有限元分析结果进行对比分析,进一步验证了基于组合体滑架有限元分析的正确性与便利性。
    内啮合齿轮泵内齿轮静压支撑研究
    张建卓, 李康康
    2011, 22(13):  1532-1537. 
    摘要 ( )   PDF (628KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在分析内啮合齿轮泵发生胶合失效的形成机理的基础上,详细分析了内齿轮在运行过程中的受力情况,推导出了作用于内齿轮内壁的液压与啮合力所产生的合力在x、y两方向上的分力公式,通过MATLAB计算在一个受力周期内的内齿轮内壁受力情况,得到作用于其内壁的合力摆动中心线角度和平均合力大小。以此为基础,计算得到在泵体内壁开设静压支撑槽的位置。最后进行样机试验,试验结果表明,在输出液压力达到20MPa且主轴转速为1500r/min时齿轮泵工作正常,无胶合发生。
    微线段齿轮传动效率的计算理论研究
    陈奇, 赵韩, 黄康
    2011, 22(13):  1537-1539. 
    摘要 ( )   PDF (397KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为研究微线段齿轮的传动性能并计算其传动效率,根据渐开线齿轮效率计算方法——摩擦功理论,推导微线段齿轮传动效率计算公式。同时研究齿轮参数对其传动效率的影响,并给出相同参数下微线段齿轮和渐开线齿轮传动效率计算对比结果。结果表明,与渐开线齿轮相比,微线段齿轮具有更高的传动效率,且计算结果受齿轮参数的影响较小。
    基于螺旋理论的锻造操作机构型综合
    许允斗, 姚建涛, 赵永生
    2011, 22(13):  1540-1545. 
    摘要 ( )   PDF (587KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了进一步提高锻造操作机的解耦性能,构造了两种类型的串并联形式的混联机构以作为锻造操作机构型。锻造操作机构型Ⅰ的升降运动用平行4R机构实现,其俯仰、侧摆、侧移、大车前进方向的移动和侧向冗余移动用五自由度并联机构实现;锻造操作机构型Ⅱ的升降和俯仰运动用由R和平行4R机构组成的串联运动链实现,其侧摆、侧移、大车前进方向的移动和侧向冗余移动用四自由度并联机构实现。然后采用基于螺旋理论的约束综合法综合了五自由度并联机构和四自由度并联机构,得到了数种无过约束和过约束五自由度并联机构,以及无过约束四自由度并联机构和过约束四自由度并联机构。
    一种计及滑块裙部变形的滚珠直线导轨副垂直刚度模型
    陈汀, 黄其柏
    2011, 22(13):  1546-1550. 
    摘要 ( )   PDF (584KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于赫兹弹性接触理论和弹性梁理论,建立了一种考虑滑块裙部变形的滚珠直线导轨副垂直刚度模型。通过与文献中滚动直线导轨副垂直刚度试验值进行比较,验证了该模型的有效性。利用有限元技术对由理论模型计算得到的滑块裙部变形量进行验证,二者最大误差不超过3.5%。该模型可以有效描述滑块裙部的变形状态,能够更准确地计算滚珠直线导轨副垂直刚度。
    不均匀温度场对改善三辊楔横轧轧件心部质量的研究
    仇平, 王健, 肖宏
    2011, 22(13):  1550-1554. 
    摘要 ( )   PDF (627KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    楔横轧变形属于连续局部横压过程,中心压实法有助于提高圆轴类棒料横压时的内部质量。将中心压实法应用于三辊楔横轧,通过有限元模拟研究了不均匀温度场对三辊楔横轧轧件心部应力应变的影响。模拟结果表明,不均匀温度场方法可以减小轧件心部拉应力,增大心部静水压应力,提高心部塑性变形能力,有助于改善轧件心部质量。通过三辊楔横轧实验,验证了不均匀温度场方法改善轧件心部质量的可行性。
    方形压电石英晶片扭转效应理论研究和验证
    朱命怡1, 吴晓铃2, 高长银3
    2011, 22(13):  1555-1558. 
    摘要 ( )   PDF (465KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    对方形压电石英晶片扭转效应进行研究。利用各向异性弹性力学、压电学和麦克斯韦电磁场理论,求出扭转应力和极化电荷分布的规律。在此基础上采用有限元法对极化电场进行了模拟,仿真结果显示了场强和电势都以x轴为中心呈反对称分布。试验结果表明方形石英晶片存在扭转效应,且电极所测量的电荷量与扭矩呈线性关系。研究结果可为开发新型扭矩传感器提供理论支持。
    有均匀平均流的圆环管道声模态及其应用
    柳占新1, 2, 黄其柏1
    2011, 22(13):  1558-1563. 
    摘要 ( )   PDF (527KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    有平均流的圆环管道中的声传播规律不仅为计算气动声学提供验证算例,还可以由此近似研究一些复杂结构的声传播现象。从控制方程出发,推导了有平均流的圆环管道声模态的色散与声功率的关系,并提供了求解超越色散关系方程的方法,得到了单个声模态的解析表达式。以圆环管道中的单个声模态作为输入,模拟了涡扇发动机进气道的声传播过程。
    信息技术
    产品规划中基于市场竞争的关联关系强度估计
    李延来1, 雒兴刚1, 韩毅2, 姚建明3
    2011, 22(13):  1564-1570. 
    摘要 ( )   PDF (505KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在质量屋的构建过程中,顾客需求与工程特性之间关联关系强度的估计是一个关键步骤。针对该关联关系强度具有多属性决策的特征,提出了面向竞争评价的质量屋中关联关系强度的估计方法。在该方法中,首先对本企业及其竞争对手的产品进行竞争性评价,以获得规范化的顾客需求和工程特性的竞争性评价;其次,根据这些竞争性评价,利用多属性决策方法建立相应于每一项顾客需求的工程特性重要度的优化模型,并通过拉格朗日函数来求解这些模型;最后,引入顾客需求与工程特性之间关联关系的类型因子概念,确定顾客需求与工程特性之间的关联关系强度。以某企业单缸洗衣机的产品设计为实例,说明该方法的应用。
    嵌入式柔性数控系统的组态结构与实现方法
    曹建福
    2011, 22(13):  1570-1575. 
    摘要 ( )   PDF (670KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    高性能数控系统传统上采取定制方式开发,软硬件无法共用,开发周期长且成本高。针对嵌入式数控系统快速组态开发的难题,构建并实现了一种基于构件的嵌入式柔性数控系统体系结构,介绍了该体系结构的硬件逻辑,给出了高速运动控制协议及实现方法。阐述了系统软件的组态结构,该结构由嵌入式柔性开发平台、功能程序构件库和模型算法构件库三部分组成;给出了其功能构件的标准接口定义及实现。利用该柔性数控系统平台,所开发的系列数控系统已在工业上得到了应用,结果表明系统开发周期可明显缩短。
    虚拟装配中拆卸序列规划算法的研究与实现
    米小珍, 甄晓阳, 周韶泽
    2011, 22(13):  1576-1579. 
    摘要 ( )   PDF (472KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了解决装配体拆卸序列的生成与优化问题,利用零件的拆卸约束关系,建立了矩阵表达的包括几何约束、拆卸工具约束以及稳定性约束的多目标数学模型。利用干涉矩阵确定可行的拆卸方向,利用支撑矩阵分析拆卸过程的稳定性,利用拆卸工具列表分析拆卸过程中所用的拆卸工具。在运用蚁群算法寻求最优的拆卸序列过程中,加入方向变化因子、工具变化因子和稳定性因子,对拆卸转移概率公式进行了改进,通过更新局部和全局信息素,指导算法快速寻找最优解,最后以动车组转向架轮对作为实例验证了算法的可行性。
    机械基础工程
    陶瓷/金属非保守FGM斜板的颤振分析
    阮苗1, 2, 王忠民1, 王砚1
    2011, 22(13):  1580-1584. 
    摘要 ( )   PDF (567KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    研究了陶瓷/金属非保守功能梯度材料(FGM)斜板的颤振问题。以薄板理论为基础,假定材料的等效物性参数为沿厚度方向体积分数的幂律变化,在斜坐标系下建立了非保守FGM斜板的运动微分方程。运用微分求积法,对四边固支边界条件下陶瓷/金属非保守FGM斜板的量纲一复频率进行了数值计算,分析了FGM斜板的梯度指标、夹角和长宽比的变化对非保守FGM斜板稳定性的影响。结果表明,非保守FGM斜板的临界颤振荷载随梯度指标和夹角的增大而减小,随长宽比的增大而增大。
    基于连续捷度的进给速度规划算法研究
    吴继春, 周会成, 唐小琦, 陈吉红, 林文峰
    2011, 22(13):  1584-1587. 
    摘要 ( )   PDF (479KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对大多数S形速度规划,常数捷度由于阶跃变化会引起机床的冲击和振动,给出了基于连续捷度的进给速度规划算法。首先对加工轨迹分段,然后根据每一段的距离、起始速度和终点速度进行基于连续捷度的速度规划。加加速与减加速阶段、加减速与减减速阶段的时间分别相等,且关于捷度、加速度和速度的表达式也相同。这种速度规划解析表达式简单,计算效率高,能满足实时性要求。最后通过仿真试验验证了该速度规划算法的有效性。
    通用风力机翼型型线的表面粗糙度敏感性研究
    王旭东1, 陈进2, 王立存1, 程江涛2
    2011, 22(13):  1588-1590,1596. 
    摘要 ( )   PDF (461KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    以风力机翼型为对象,应用边界层理论建立翼型前缘的气流分离模型,探讨气流分离前后翼型表面压力场和速度场的变化规律。相对于传统的翼型反设计理论,提出一种新的集成的、直接的通用翼型型线设计理论。基于泛函分析方法以及翼型保角转换理论,通过选取任意一组特征参数,建立通用风力机翼型型线的集成数学模型并提出其表面粗糙度敏感性的研究方法。研究了通用风力机翼型型线前缘不同分离点以及雷诺数对其气动性能参数的影响,得到不同表面粗糙度下通用型线气动特性的变化规律。研究结果对高性能低粗糙度敏感性的风力机翼型系列设计提供了理论基础,拓宽了风力机翼型的设计思路和方法。
    漂浮基双臂空间机器人系统协调运动的模糊小波神经网络控制
    黄登峰, 陈力
    2011, 22(13):  1591-1596. 
    摘要 ( )   PDF (568KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    讨论了本体姿态受控、位置不受控的情况下,漂浮基双臂空间机器人系统协调运动的动力学控制问题。依据系统动量守恒关系和拉格朗日第二类方程,推导了漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程。在系统参数未知的情况下,提出了一种小波基模糊神经网络控制器,以使双臂空间机器人系统的本体姿态和机械臂关节铰协调地跟踪各自在关节空间的期望运动轨迹。提出控制器的优点在于:不仅不要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系,而且也不需要知道系统参数;由于采用反向传播算法对网络参数进行在线训练,从而使模糊神经网络具有较好的自学习和自适应能力,这样就不需要事先进行离线训练,更适应于空间机器人系统的实际应用。利用一个双臂空间机器人系统的仿真结果,验证了所提出控制器的有效性。
    一种三滑块驱动平面并联手及其工作空间与位移特性分析
    沈惠平1, 王玮1, 邓嘉鸣1, 骆敏舟2, 马正华1, 杨廷力1
    2011, 22(13):  1597-1601. 
    摘要 ( )   PDF (563KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    提出并设计一种简易实用三滑块在两个平行导轨上驱动的三自由度平面并联操作手,推导了该机构运动学正反解解析公式,分别分析了末端执行器在定位置和定姿态情况下的工作空间,仿真分析了定姿态时三滑块的运动规律及特性,并建立了三维模型。研究结果为该三自由度并联操作平台的实时控制及工业应用奠定了基础。
     
    材料晶界和晶粒对电火花微细加工的影响研究
    李剑忠, 沈飞虎, 殷国强, 余祖元
    2011, 22(13):  1601-1604. 
    摘要 ( )   PDF (538KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了在电火花微细加工中确定合理的工具损耗补偿工艺与加工工艺,提高微小零件微细加工的质量,通过在合金材料上选择晶粒和晶界部位大量加工微孔以及其后的统计分析,研究了微细电火花加工过程中工件材料晶粒与晶界对放电间隙、材料去除速度以及电极体积相对损耗等加工特性的影响。研究结果表明,由于工件材料中晶粒和晶界在成分、熔点、热导率以及机械性能等方面的差异,当用微细电火花进行微细加工,特别是当加工尺度小于工件材料的晶粒尺寸时,晶粒和晶界的加工特性具有明显差别,制订工具损耗补偿工艺和加工工艺时应该考虑到材料微观结构对加工过程的影响。
    基于文献计量学的制造执行系统研究现状分析
    汤洪涛, 吴颖晶, 鲁建厦
    2011, 22(13):  1605-1611. 
    摘要 ( )   PDF (509KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    利用文献计量学的方法,对制造执行系统的现状进行了分析。选择中国学术期刊网络出版总库核心期刊及EI数据库,对1990~2009年间有关制造执行系统的文献进行了引文数量及词频的统计分析。从引文数量分析中得出了最具代表性的作者及期刊。词频统计分析结果表明:国内有关制造执行系统实现的信息技术得到了快速发展;国外研究处于较成熟的阶段,更强调如何应用制造执行系统的结果来分析和决策问题。
    材料工程
    超声激励对6061铝合金压缩性能的影响
    朱政强, 张义福
    2011, 22(13):  1612-1614,1633. 
    摘要 ( )   PDF (511KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    金属成形过程中施加超声激励可显著减小金属成形力,提高金属的变形能力和加工质量。应力叠加、温度升高和接触界面摩擦条件的改变是成形力下降的主要因素。研究了下平板施加超声激励对6061铝合金压缩性能的影响。通过调整接触界面摩擦因数、超声振幅等主要加工参数,基于ABAQUS有限元软件的隐式积分算法模拟了单轴应力情况下施加超声振动对铝合金应力-应变关系的影响规律。结果表明,超声激励降低了工件和模具间的摩擦力并使得6061铝合金材料软化。
    超薄钛壳激光焊接工艺参数对焊缝成形影响研究
    倪先胜1, 周正干1, 文雄伟2
    2011, 22(13):  1615-1619. 
    摘要 ( )   PDF (608KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    受加工工艺、热变形等因素影响,超薄钛壳的密封焊接存在较大的困难。采用Nd:YAG脉冲激光器对0.3mm厚的钛壳进行激光密封焊接,详细研究了激光焊接过程中脉冲激光波形、激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹气体流量等工艺参数对焊接成形质量的影响,随后对0.3mm厚的搭接接头进行了显微硬度测量与显微组织分析,最后采用氦质谱检漏对焊接样品进行了漏率测量。试验结果表明:平稳的焊接波形是获得优质密封焊接效果的良好选择;激光功率和焊接速度的合理匹配是保证焊接质量的必要条件;当采用侧吹气体流量为15L/min时,气体保护效果良好。通过一系列的工艺试验,总结出超薄钛壳的工艺焊接规程,为实际工程应用和优化密封焊接过程提供参考。
    硬齿轮屈服强度与疲劳裂纹源的判定
    韩存仓, 林士兰
    2011, 22(13):  1620-1623. 
    摘要 ( )   PDF (457KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于局部屈服强度值方法判定准则,以拖拉机变速箱主动弧齿轮为例,进行了硬齿轮疲劳裂纹源的判定分析和生产实际验证。通过硬齿轮表层上剪切应力的分析以及硬度与强度之间的转换关系,得到了齿轮沿齿面深度方向的剪切应力与剪切强度分布,判断出自表面下0.4~0.45mm之间是疲劳裂纹源的萌生区域,分析了表层下疲劳失效形式和转化的机理,并以大量失效齿轮的观察分析进行验证。结果表明,这一基于应力/强度的判定方法可以直观、快速地进行疲劳失效形式和疲劳裂纹源预测判定。
    动态板形辊平整机板形控制机理模型研究
    刘志亮1, 李文强1, 王英杰2
    2011, 22(13):  1624-1628. 
    摘要 ( )   PDF (585KB) ( )  
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    建立了动态板形辊(DSR)平整机板形控制特性分析的理论模型。综合考虑了DSR技术独特的板形控制机理,以及其空心辊套和分段压块的特殊结构,基于分割模型的影响函数法,建立了DSR平整机辊系变形的理论模型;在此基础上,考虑平整轧制的特殊要求,将针对平整过程的金属模型和辊系模型进行耦合计算,建立了板形控制分析的整体模型,并编写了模型的计算流程和程序,以此对DSR平整机的板形控制能力进行研究。
    车辆工程
    基于应力场强法的随机载荷作用下转向节疲劳寿命预估
    黄海波, 陈星欣, 翁胜峰
    2011, 22(13):  1629-1633. 
    摘要 ( )   PDF (608KB) ( )  
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    利用多体动力学理论建立了双横臂悬架系统的刚柔耦合动力学模型,采用国家B级路面谱进行模拟激励,得到了汽车转向节的六分力时间历程。结合转向节有限元模型,获得了转向节实时等效单元应力,通过统计确定了最易疲劳的损伤区域。运用应力场强理论来计算应力场强,并使用雨流计数法进行了统计,综合计算了转向节的疲劳寿命。结果显示,连接车轮横臂处最易发生疲劳破坏,特定条件下的疲劳循环寿命为2.4×107次。
    基于NSGA_2与LMI的主动悬架混合H2/H鲁棒控制
    黄东胜, 邹富顺, 冯波
    2011, 22(13):  1634-1637. 
    摘要 ( )   PDF (467KB) ( )  
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    考虑实际应用,提出一种考虑电液作动器动态特性的主动悬架模糊静态输出反馈控制器的设计方法。利用T-S模糊模型逼近具有非线性动态特性的主动悬架模型,将悬架设计考虑的三个指标中的行驶平顺性(车身垂直加速度)作为H2性能指标,操纵稳定性(轮胎动载荷)和悬架动行程作为H∞性能指标,利用多目标遗传算法——NSGA_2对控制增益进行搜索,通过解线性矩阵不等式得到H2和H范数。用MATLAB/Simulink仿真进行比较,结果表明,所得主动悬架的三个性能指标都优于被动悬架。