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2012年 第23卷 第1期    刊出日期：2012-01-10
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2012, 23(1):  0. 
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相关文章 | 计量指标
机械科学
《"数控一代"机械产品创新工程》的战略意义和技术路线
周济1, 2, 邵新宇2, 周艳红2
2012, 23(1):  1-6. 
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加快转变经济发展方式,中心是产业结构的调整优化,关键是产品的升级换代。数控化是创新机械产品的有效途径,其技术路线是用伺服电机驱动系统取代传统机械中的动力与传动装置,并用计算机数控系统对机械运动与工作过程进行控制,从根本上提高产品功能和性能,提高产品市场竞争力。《“数控一代”机械产品创新工程》既是数控技术应用工程,更是机械产品创新工程;既有机械工业发展强大需求的推动,又有成熟数控技术的支撑;要充分发挥我国的制度优越性,总体规划、分步实施、重点突破、全面推进,实行有组织的创新;采取“企业为主体、市场为导向、政产学研用相结合”的协同创新和集成创新技术路线;目标是推广和应用数控技术,在10年内实现各行各业各类各种机械产品的全面创新升级换代,为我国从“制造大国”到“制造强国”的跨越式发展建功立业。
机械基础工程
止推片加工过程质量监测与诊断技术的研究
钱晓耀1, 钱家维2, 汪伟1, 孙长敬1, 徐新胜1
2012, 23(1):  7-11. 
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在分析现有运输车所用止推片统计过程控制(SPC)局限性的基础上,提出将专家系统理论引入到运输车所用止推片的质量控制中。分析了运输车所用止推片的检测和质量控制要求,论述了整体系统设计中SPC专家系统的结构、知识的获取和推理机的设计,构建了质量监测与诊断的整体框架,研制了止推片自动检测分选装置,实现了数据的自动采集、存储和分析,控制图的绘制以及异常报警和专家诊断分析等。系统的开发与应用表明,该方法很好地解决了运输车所用止推片的质量控制问题。
 
盾构机刀盘驱动多级行星齿轮传动系统的多目标优化
秦大同, 赵勇
2012, 23(1):  12-17. 
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为满足盾构机刀盘驱动多级行星轮系高可靠性、低振动和高功率密度的设计要求,在建立系统的可靠性模型和动力学模型的基础上,建立了以系统可靠度、各级行星轮振动加速度和系统体积/质量为目标函数的多目标优化设计的数学模型,并针对工程实例,利用混合离散复合形法对其进行求解。结果表明,提出的优化模型及优化方法可有效地提高盾构机刀盘驱动多级行星轮系的可靠性,减小系统的振动水平和体积/质量。研究结果可为高可靠性、低振动、高功率密度的盾构机刀盘驱动多级行星减速器的设计提供参考。
一种三自由度串并联结构旋转台的动力学分析
高征1, 肖金壮1, 王洪瑞1, 金振林2
2012, 23(1):  18-21,38. 
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对三自由度旋转台进行了动力学分析。该旋转台只有3个方向的转动自由度, 由二自由度球面并联机构和串联在其上的旋转电机构成。根据旋转台的几何和运动特性建立了系统的输入输出速度方程, 得出了速度Jacobian矩阵和动能方程。利用拉格朗日法和虚功原理, 建立了系统的动力学模型, 解决了特定外载荷和速度、加速度条件下如何求解驱动力矩的问题。给出了动力学的仿真运算实例, 讨论了在匀速和匀加速情况下, 二自由度球面并联机构驱动力矩的变化。最后根据动力学方程, 得出了串联在二自由度球面并联机构上的第三个自由度的力矩与输出转角的运动学方程。
高频电液数字转阀阀口气穴现象研究
白继平1, 2, 阮健1
2012, 23(1):  22-28. 
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借助FLUENT软件对高频电液数字转阀（简称2D数字阀）阀腔流场进行研究,主要对阀口极端环境时的气穴变化规律进行深入探索,揭示2D数字阀阀芯高速旋转时阀口气泡析出、发育过程及溃灭特性对阀口流量的影响。研究结果表明,气穴现象不仅会造成流量阻塞,而且气泡溃灭引起的压力脉动还会对系统形成强非线性干扰,影响阀口输出波形的精度和阀控液压缸激振系统的稳定性。
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基于连续阶跃参考应力的SKO结构拓扑优化方法
侯剑云, 丁晓红
2012, 23(1):  28-33. 
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为避免在以参考应力作为删除准则的SKO方法中的早熟现象,提出了基于连续阶跃参考应力的SKO结构拓扑优化方法。该方法以结构平均应力乘以一个可随迭代状态自动调节的权重系数作为参考应力,当结构达到一个局部最优状态时,权重系数自动增加一增量,参考应力阶跃增加,从而使寻优过程继续。该方法包含二重循环,内循环为局部寻优过程,外循环为全局寻优过程。当结构的总体积变化小于给定的总体体积容差时,寻优过程结束。最后研究了该方法中参数的选择原则,并通过若干典型算例说明了方法的有效性。
基于多尺度Hermitian小波包络谱的轴承故障诊断
艾树峰
2012, 23(1):  34-38. 
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提出了一种基于多尺度Hermitian小波包络谱的轴承故障诊断方法。该方法综合利用了Hermitian小波和包络谱分析技术的优点,首先对轴承故障振动信号进行Hermitian连续小波变换,得到小波分解的实部和虚部,然后计算振动信号的多尺度包络谱。对齿轮箱轴承故障振动信号的分析表明,该方法在强噪声环境下能有效识别轴承内圈故障和外圈故障。
飞机交点孔超声椭圆振动精密加工技术
张德远, 张成茂
2012, 23(1):  39-41. 
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针对常规方法加工30mm以上的飞机翼身交点孔存在动力不足、孔径精度差和表面质量不高等问题,采用超声椭圆振动镗削的方法,研制了超声椭圆振动镗削装置,并对30mm以上不同材料的翼身交点孔进行了镗削加工,取得了很好的工艺效果,充分体现了超声椭圆振动镗削技术在飞机交点孔加工中的优势。
超高压气动吹除阀动态特性及仿真研究
杨钢, 孙友斌, 李宝仁
2012, 23(1):  41-45. 
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介绍了超高压气动吹除阀的工作原理,根据实际气体状态方程,建立了超高压气动吹除阀数学模型。采用MATLAB/Simulink进行仿真,分析了结构参数和边界条件变化对超高压气动吹除阀动态特性的影响。研究结果对超高压气动吹除阀的优化设计具有理论指导意义。
 
信息技术
表单系统与工作流引擎集成设计与实现
巫少龙1, 2, 方晓汾1, 2, 董建峰1, 3
2012, 23(1):  46-50. 
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针对产品设计任务节点的工作流过程中出现的表单设计问题,提出了表单系统与工作流引擎集成的一种设计与实现方案。产品设计过程中,表单系统需要与工作流引擎集成完成任务流转功能。针对系统集成中存在工作流节点控制表单元素权限属性、表单元素和工作流变量之间参数映射等问题,提出了工作流引擎和表单系统元素的权限属性动态配置方法,以及两者参数映射等模型。该方法成功地应用于HTC产品设计项目管理系统中的工作流引擎与表单系统集成过程,结果证明了该方案能够解决实际中存在的问题。
基于主成分分析的BP神经网络内螺纹冷挤压成形质量预测
张敏, 黎向锋, 左敦稳, 缪宏
2012, 23(1):  51-54. 
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根据冷挤压内螺纹成形中径、螺距、牙型半角和牙高率等来综合评定内螺纹的成形质量等级,并基于BP神经网络对其进行预测。在BP神经网络预测模型数据前处理过程中,采用主成分分析方法以提取影响内螺纹冷挤压成形质量的主要因素,消除各影响因素之间的线性相关性。试验结果表明,与传统的BP神经网络相比,采用该方法的BP神经网络模型,简化了网络结构,提高了收敛速度及预测精度,能准确实现内螺纹成形质量等级的预测,从而为内螺纹质量的检测提供了一条新途径。
基于稀疏存储Elman神经网络的直线伺服控制
左健民1, 2, 潘超1, 3, 汪木兰4
2012, 23(1):  55-58. 
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为提高数控机床直线进给系统的动态跟踪性能及抗干扰能力,结合进给系统重复运动的特点,利用前一次或前几次的历史控制信息提高进给系统的动态性能,提出了具有动态稀疏存储功能的改进Elman神经网络;引入迅速联想的表格查询方式对神经网络的历史信息进行分类存储、选择利用以增强网络泛化能力,提高网络收敛速度;详细推导了改进Elman神经网络的数学模型及权值调整算法,并将其应用到直线进给伺服系统中,结果表明,基于稀疏存储Elman神经网络的速度控制器具有良好的跟踪精度和抗干扰能力。
基于遗传算法的加工工艺决策与排序优化
郑永前, 王阳
2012, 23(1):  59-65. 
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针对箱体类零件的工艺路线排序问题,以总生产时间最短为优化目标,建立了加工中心零件的工步排序数学模型。考虑加工中心多次装夹下零件特征有多种加工方案的情形,通过引入特征约束矩阵和加工优先级系数,保证了工艺规划中约束的合理性。设计了相应的初始种群生成、染色体的选择、交叉和变异策略,利用遗传算法对加工方案进行选择与排序。最后通过多个实例分析验证了该方法可以有效提高工艺规划中加工工艺的排序优化能力。
装备制造与工业云
基于云计算的智能磨削云平台的研究与应用
邓朝晖1, 2, 刘伟2, 吴锡兴3, 曾宇4, 5, 谢智明2
2012, 23(1):  65-68,84. 
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工业和制造业需要信息技术的支撑,以云计算为发展方向的新一代互联网技术为工业和制造业的资源整合利用创造了全新的服务平台。针对工业云和云制造的特点,提出了将云计算应用到磨削加工领域的思想,建立了智能磨削云平台,介绍了智能磨削云平台的原理、结构和关键技术,并运用云计算技术开发的相关磨削云软件的应用情况,对智能磨削云平台的发展趋势进行了展望。
 
工业云计算平台的研究与实践
曾宇1, 2, 王洁3, 吴锡兴4, 邓朝晖5
2012, 23(1):  69-74. 
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云计算平台和云计算服务模式已成为后超算时代计算服务的主流载体和主流服务模式,其所蕴含的技术变革和创新服务模式将深刻影响到产业技术创新及产业竞争格局的发展,加快区域科技自主创新和区域经济结构调整的步伐。分析了云计算平台推动制造业创新发展的必然性,剖析了工业云平台的体系架构及其关键技术,并介绍了平台的开发、实现及典型应用实例。该平台已经服务北京区域经济体近100多家用户,有效地推动了区域经济体的创新发展。
机械基础工程
激光隧道表面测量仪的研制
李德信, 胡朝旭
2012, 23(1):  74-78. 
摘要 ( )   PDF (546KB) ( )  
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采用激光测距元件作为测量传感器,研制了一种隧道表面测量仪。该仪器可以实现绕两个相互垂直的轴旋转,对隧道表面的形状和物体的外形进行自动连续扫描测量,同时可以对所测量的数据进行处理,生成被测量曲面的形状图。对该仪器原理、硬件结构和组成进行了分析、研究,根据原理图设计了硬件电路图,并选择了相关的元器件,搭接了硬件电路,设计了硬件控制软件和数据后处理软件。应用该仪器对实际表面进行了测量并进行了处理,绘制出了所测表面的三维图形。实际使用表明,该仪器具有性能稳定、测量速度快、使用方便等优点。
大口径光学元件高精度平面磨床加工系统研究
王振忠1, 郭隐彪1, 李洁2, 雷向阳2, 张东旭1
2012, 23(1):  78-84. 
摘要 ( )   PDF (623KB) ( )  
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以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,基于高精度平面磨床MGK7160的加工系统,详细分析了加工规划控制、计算机辅助制造软件系统开发、砂轮修整及动平衡、在位测量等关键配套工艺技术。在已有设备及配套工艺基础上利用400#粒度金刚石圆弧砂轮,实现口径400mm×400mm平面光学元件的加工,获得了较好的加工精度,验证了机床及加工技术系统的可靠性。
基于有限元法和Taguchi方法的移动硬盘耐撞性能稳健设计
杨书仪1, 刘德顺1, 赵继云2, 文泽军1
2012, 23(1):  85-89. 
摘要 ( )   PDF (516KB) ( )  
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运用Taguchi参数设计方法,提出了基于数值模拟的移动硬盘跌落冲击耐撞性能稳健设计方法。以6.3cm(2.5in)移动硬盘为研究对象,建立了基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA的移动硬盘跌落冲击三维有限元模型。分析了关键结构参数对移动硬盘耐撞性能稳健性的影响,进行了移动硬盘耐撞性能稳健设计,获得使磁盘盘片接触面等效应力对地面硬度变化具有稳健性的最优参数水平组合,并进行了仿真试验验证分析。该方法为改进设计提高移动硬盘耐撞性能提供了理论依据。
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回流式无级变速器动力连续转换的控制策略仿真研究
孙冬野, 尹燕莉, 郝允志, 林歆悠, 刘永刚
2012, 23(1):  89-93. 
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为避免回流式无级变速器在无级与回流工况转换过程中动力中断,以减小对整车冲击度的影响,提出了回流式无级变速器动力连续转换的控制策略。针对转换过程中变速器效率和金属带功率流方向变化对输出转矩的影响,建立了转换过程中离合器接合、分离的动力学模型,确定了离合器扭矩变化率的限定范围。利用MATLAB/Simulink仿真平台,对回流-无级和无级-回流转换过程进行了仿真研究,结果表明：采用回流式无级变速器动力连续转换的控制策略,冲击度控制在5m/s3以内。
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簇绒地毯停机痕迹机理及控制方法的研究
徐洋, 孙志军, 孟婥, 吴海涛, 朱姿娜
2012, 23(1):  94-98. 
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以DHGN801D-200型簇绒机为分析对象,研究了簇绒地毯停机痕迹的形成原因,并提出了合理的解决停机痕迹的控制方法。首先介绍了簇绒系统的组成以及纱线路径;然后分析了纱线路径与纱线伸缩量之间的关系;再根据纱线的力学特性以及蠕变过程,对地毯织造过程中纱线的受力变化进行分析;最后根据理论分析结果提出了采用高位停机来消除停机痕迹的方法,并通过工艺实验证明了该方法是有效和可行的。
随机载荷循环作用下的机械结构疲劳寿命预测模型
王正, 王增全, 何洪
2012, 23(1):  98-101. 
摘要 ( )   PDF (409KB) ( )  
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基于名义应力法建立了随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型。分析了结构所受循环载荷作用的不确定性特征,在以循环载荷作用次数为寿命度量指标框架下,运用概率加权法和线性Miner累积损伤法则,分别建立了疲劳寿命与应力之间关系分别服从指数函数和幂函数两种形式时,随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,并运用所建立的模型对某转动轴的疲劳寿命进行了预测研究。
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材料工程
共享三维变换矩阵的模具工艺协同关键技术研究
王成勇, 钱凌云, 陈从升, 李亨, 韩豫, 刘全坤
2012, 23(1):  102-105. 
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分析了网络环境下模具协同工艺设计的关键技术,对比研究了三种工艺协同浏览方案及其开发技术,提出了共享三维变换矩阵的模具工艺协同浏览解决方案,讨论了共享变换矩阵的协同浏览原理,对模具网络协同工艺会商系统中异构CAD数据的轻量化中性交换模型选择、调用及控制方法进行了研究。设计了基于新方案的模具工艺协同设计系统功能框图,采用Java 3D技术开发了模具工艺协同原型实验系统。对三维变换矩阵、工艺白板、工艺命令流等封装、组播和提取过程进行了详细描述。该技术为多工艺专家协同完成大型复杂零部件成形模具工艺设计提供了技术支撑。
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蓄电池板栅连铸机研制
李万全1, 高长银2, 刘江1, 谭泽富1
2012, 23(1):  106-108. 
摘要 ( )   PDF (465KB) ( )  
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设计了一种蓄电池板栅连铸机,该连铸机可实现蓄电池板栅的连续铸造。针对蓄电池板栅连铸过程中铅液在模具内快速凝固结晶的特点,分别进行了动模表面连续板栅型腔结构设计、定模内部供铅结构设计、模具温度控制结构设计、浇注过程气体保护结构设计,并进行了样机试制及板栅连铸试验,获得了蓄电池连铸板栅样品。
金银纪念币压印成形中的缺陷预测
钟文1, 柳玉起1, 许江平1, 胡云明2, 李胜强2, 赖茂明2, 孙志国2
2012, 23(1):  109-112. 
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闪光线、光亮带和压印不足是金银纪念币压印成形中的主要缺陷。基于实验室研发的压印成形模拟系统COINFORM,对纪念币的压印过程进行了数值模拟。在对光亮带缺陷分析的基础上,建立了径向摩擦功模型预测光亮带的位置。结合实验结果和成形模拟中金属的流动情况,分析了闪光线的形成机理。将原有算法进行改进,根据计算过程中坯饼表面和模具的接触状态确定结束计算时刻,并以计算结束时的坯饼反作用力来预测实际成形时所需的压印力。实验结果表明,所预测的压印力对压印不足缺陷的消除是有效的。
板料颗粒介质软凹模成形颗粒运动规律研究
黄倩影, 骆俊廷, 范存杰, 张春祥
2012, 23(1):  113-116,125. 
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分析了板料颗粒或粉末介质软凹模成形工艺的特点。以宽板弯曲为例,在基本假设的基础上,建立板料颗粒介质软凹模成形过程中颗粒运动的有限元基本模型,对弯曲过程中颗粒的运动规律进行了有限元分析,并对筒形件颗粒软凹模拉深成形过程中颗粒的运动过程进行了物理模拟。在数值模拟与物理试验模拟研究的基础上,得到了颗粒介质软凹模成形过程中颗粒运动的基本规律,建立了板料颗粒介质软凹模成形颗粒运动的分区模型,为该工艺的实际应用提供了理论依据。
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车辆工程
基于模糊控制的电动汽车低速再生ABS研究
赵国柱1, 滕建辉2, 魏民祥2, 杨正林2
2012, 23(1):  117-122. 
摘要 ( )   PDF (624KB) ( )  
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为使电动汽车在低附着系数路面上再生制动时车轮具有防抱死功能,提出了一种通过控制电机的再生制动力与反接制动力来防止车轮抱死的方法。阐述了电动汽车低速再生ABS工作原理,建立了电动汽车单轮车辆动力学模型;根据电机低速再生制动的电路稳态条件,利用模糊控制理论设计了基于滑移率控制模式的再生ABS控制系统。仿真结果表明：系统不但鲁棒性强,而且反应迅速,控制精度高;制动过程由占主体的再生制动和制动末期出现的反接制动组成;在电机峰值工作能力内,随地面附着性能的提高,再生ABS回收的制动能也随之增加。
 
电动轮汽车差速助力转向系统路感优化
王春燕1, 2, 赵万忠1, 2, 赵婷1, 周协1
2012, 23(1):  123-125. 
摘要 ( )   PDF (454KB) ( )  
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根据电动轮汽车差速助力转向系统工作原理,提出转向路感、转向灵敏度、转向稳定性的概念及量化公式;在传统模拟退火(SA)算法基础上,以转向路感为优化目标,转向稳定性和转向灵敏度为约束条件,设计自适应模拟退火(ASA)算法,对系统参数进行优化设计。仿真结果表明：基于ASA算法的电动轮汽车差速助力转向路感优化,可在保证系统具有较好的转向稳定性和转向灵敏度基础上,有效提高系统的转向路感。研究结果可为电动轮汽车差速助力转向的设计和优化提供理论基础。
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