中国机械工程

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2012, 23(3): 0.

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高阶椭圆锥齿轮齿形设计与加工

林超1, 龚海1, 侯玉杰1, 2, 聂玲1

2012, 23(3): 253-258.

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根据齿轮空间啮合原理,分析了范成法生成高阶椭圆锥齿轮齿廓过程中,范成刀具的空间走刀位置;建立了高阶椭圆锥齿轮齿廓的数学模型,推导出了高阶椭圆锥齿轮的齿面方程,得到了高阶椭圆锥齿轮副的虚拟实体及装配模型;探讨了采用五轴联动数控机床加工高阶椭圆锥齿轮的方法,通过高阶椭圆锥齿轮的加工与啮合试验,对高阶椭圆锥齿轮理论传动比与实际传动比进行了对比分析,验证了范成法生成高阶椭圆锥齿轮齿廓模型的正确性,以及采用五轴数控机床加工高阶椭圆锥齿轮的可行性。

一种四自由度并联机构的性能指标分析

季晔, 刘宏昭, 原大宁, 王庚祥

2012, 23(3): 258-263.

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通过改变并联机构的拓扑结构,得到了一种具有空间四自由度的并联机构。根据位置关系方程,通过理论推导,得到了机构速度和加速度映射解析方程,同时求出了机构的一阶和二阶影响系数矩阵。综合分析了机构的运动学和动力学性能指标,得到了影响多种性能指标的敏感因素。考虑量纲的不同,将Jacobian矩阵分离,在动平台任务空间内,研究了决定速度和力、角速度和力矩的性能指标。提出了对Hessian矩阵采用“分层”研究的方式,在任务空间内,得到了各支链扰动对机构加速度和惯性力性能的影响程度。研究结果为机构的设计和优化以及控制策略的选择提供了理论依据。

基于最大树聚类的多超球体一类分类算法及其应用研究

刘丽娟, 陈果

2012, 23(3): 264-269.

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提出了一种基于最大树聚类的多超球体一类分类算法。首先应用最大树聚类算法将训练样本聚为多个子类,再对各子类分别进行一类支持向量机(one-class SVM,OC-SVM)分类器训练,得到由各子类对应的超球体形成的多超球体一类分类模型。分别将该方法应用于仿真数据、UCI标准数据集以及转子故障诊断三个实例中,结果表明了该方法的有效性。

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切入磨削与纵向磨削的磨削力分析与比较

李厦, 李郝林

2012, 23(3): 269-273.

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研究了同时包含切入磨削和纵向磨削的复杂外圆磨削过程。根据纵向磨削过程的特点,将砂轮等效成若干个小砂轮,在传统阶梯模型的基础上构建了砂轮磨损的抛物线模型。推导了基于两种模型的纵向磨削切向分力和切入磨削切向分力的比较公式,两切向分力的比值反映了切入磨削和纵向磨削转换时切向分力的变化情况,它主要与磨削系数、砂轮宽度和纵向进给速度有关。采用砂轮主轴功率信号分析磨削切向分力,通过实验验证了抛物线模型更符合实际情况的结论。研究结果为采用磨削力信号和功率信号研究复杂磨削过程的监控提供了参考依据。

数控机床用直线电机伺服试验平台开发及应用

汪木兰1, 2, 张崇巍1, 林健2, 潘超3

2012, 23(3): 274-278.

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在分析数控机床用直线电机驱动伺服系统动态特性的基础上,概括了直线伺服系统抑制外部扰动、提高稳态精度、提高动态响应速率以及增强鲁棒性的先进控制策略,研制了数控机床用直线电机驱动伺服系统综合试验平台及其调试软件,最后,指出了直线电机在使用过程中其他一些值得关注的技术问题。

一种研究柴油甲醇双燃料的定容燃烧弹试验装置

姚春德1, 代乾1, 2, 许汉君1, 杨广峰1

2012, 23(3): 278-281.

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设计并研制了一种定容燃烧弹试验装置,用于对柴油在甲醇/空气预混均质混合气中燃烧特性的基础研究。介绍了该试验装置的各子系统的原理、结构及特点。定容燃烧弹试验结果表明：甲醇抑制了柴油的着火燃烧,随着甲醇/空气混合气浓度的增大,燃烧火焰变暗,碳烟生成受到抑制。与空气热氛围相比,甲醇/空气混合气氛围延长了柴油的滞燃期,加长了火焰的浮起长度。火焰稳定后,甲醇氛围中火焰的浮起长度随时间的变化比在纯空气氛围中大。

基于B样条的高频比动平衡机的永久标定实现

赵鼎鼎, 蔡萍

2012, 23(3): 282-286.

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提出了一种基于双三次B样条插值对刚性转子动不平衡测试系统进行系统标定的方法,该方法可以避免和减少硬支承动平衡测量系统中由于忽略了惯性力和系统阻尼带来的测量误差, 实现硬支承和软支承动平衡测量中系统的永久标定。在德国申克ST590平衡电测系统中采用0.5kg、1.6kg、5kg、16kg转子分别在180~1423r/min转速范围内进行标定实验,实验结果表明,该方法的标定结果与状态标定的标定结果具有同等的标定精度和测量精度。

永磁同步电机驱动的液压动力系统设计与实验分析

贾永峰1, 2, 谷立臣1

2012, 23(3): 286-290.

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针对传统异步电机驱动液压动力源在实际应用中存在的效率低、响应速度慢以及低速调节性能不稳定等缺陷,将永磁同步电机节能、调速性能好与齿轮油泵不能调速但可靠性好的技术特点相结合,提出了一种节能型液压动力源,并在节能和变频调速理论指导下设计开发了实验系统,实验结果表明所研究的动力源具有可行性,而且该动力源还表现出一些特有的系统性能和技术优势。实验结果还表明：所提出的液压动力源在负载功率匹配、响应速度、调速精度等方面均优于异步电机驱动的液压动力源,在低速轻载时节能效果尤为显著。

基于遗传算法的锻压机床多目标优化设计方法

申远, 金一, 褚彪, 骆念武, 竺长安

2012, 23(3): 291-294.

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提出了一种基于遗传算法的锻压机床优化设计方法,并基于该方法开发了一个以多目标参数优化系统为核心的优化设计平台。该设计平台综合运用了Pro/E的建模及分析计算能力和MATLAB的数学分析处理能力,使得在该优化平台上进行的优化设计既可以保证以精确的实体模型的分析结果为指导,又能基于遗传算法进行多参数多目标协同优化,从而提高了锻压机床的设计效率和优化效果。以某锻压机床为实例,验证了该平台的有效性和可靠性。

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基于小波包变换的滚动轴承故障诊断

王冬云1, 2, 张文志1

2012, 23(3): 295-298.

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针对故障轴承振动信号能量集中与调制的特点,提出了一种基于小波包能量法与Hilbert变换的滚动轴承故障诊断方法。使用小波包变换对振动信号进行分解、重构及能量计算,并应用Hilbert变换对能量集中频段的重构信号进行解调和频谱分析,提取故障特征频率。同时针对诊断过程中故障特征参数依靠人工计算的问题,提出故障特征参数自动提取方法。实际的滚动轴承实验数据的处理和分析结果表明,该诊断方法能够准确、快速地识别滚动轴承表面损伤的故障模式。

参数曲线柔性加减速前瞻控制算法

王海涛, 赵东标, 陆永华, 刘凯

2012, 23(3): 299-304.

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针对参数曲线插补的特点,使用S形加减速和三角函数加减速相结合的柔性加减速方法对参数曲线的插补路径进行前瞻控制。在规划前瞻速度过程中,首先根据加工曲线的曲率变化自适应地将前瞻距离分为曲率上升段和曲率下降段。在对前瞻路径进行S形加减速规划时,遇到路径上曲率频繁变化段,为了减小计算量,采用三角函数加减速的方法对速度进行重新规划。这样,在满足机床加减速要求的同时降低了系统计算负荷。仿真结果和实例表明,该算法能够适应复杂曲线的变化,满足高速高精度插补的要求。 

沿任意倾斜面的机器人力/位置控制方法研究

李正义, 唐小琦, 熊烁, 叶伯生

2012, 23(3): 304-309.

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设计了沿任意倾斜面的机器人自适应阻抗控制方法,该方法解决了接触面法向方向、环境阻尼、刚度参数未知对机器人力/位置控制的影响问题。在机器人与倾斜面碰撞接触过程中采用递归最小二乘(RLS)算法估计环境的阻尼、刚度,根据接触力矩实际值与期望值的偏差实现机器人末端期望姿态的调整;在机器人末端沿倾斜面滑动阶段,设计规则自调整的模糊控制器,根据机器人末端位移、接触力误差实时调整机器人阻抗控制模型参数,以适应环境阻尼、刚度的变化。提出的控制方法具有编程实现简单且对环境参数变化鲁棒性较强的优点,实验验证了控制方法的有效性。

龙门起重机的模糊滑模定位与防摆控制

陈志梅, 孟文俊

2012, 23(3): 310-314.

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提出了一种龙门起重机模糊滑模定位与防摆控制方案。考虑吊绳绳长的变化,把龙门起重机系统简化为三个多输入子系统,定义了四个滑模面,设计了模糊滑模控制器,使得起重机小车能快速精确到达期望位置,在负载快速提升和下降过程中抑制重物的摆动,并能准确跟踪吊绳绳长的变化,实现控制目标,提高生产效率,同时系统能快速到达滑平面,改善控制系统的性能。仿真结果证明了该控制方案的正确性和有效性。

基于主动耦合干预的无级变速器速比控制

郝允志1, 2, 孙冬野1, 秦大同1, 林歆悠1

2012, 23(3): 315-319.

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利用夹紧力与速比之间的耦合作用,在保证传动可靠的前提下,通过联合调节主从动轮油缸压力来干预速比控制,暂时提高系统压力以扩大速比变化率的可控范围。从速比跟踪性能、经济性、动力性、恶劣工况适应性、与夹紧力相关的传动可靠性、与速比变化率相关的舒适性等方面,研究了主动耦合干预控制方法的控制性能。对踏板开度突变工况、超车加速工况、冰雪路面打滑工况和循环工况等工况进行仿真,结果表明：主动耦合干预控制法在保证可靠性、经济性和舒适性的前提下,改善了速比跟踪性能,提高了动力性,增强了在驱动轮打滑等恶劣工况下的适应性,其中目标速比阶跃工况下的速比跟踪误差减小11%~53%,从30km/h加速到60km/h的超车加速时间缩短约0.7s。

基于减容增效的超低比转速轴流式叶片水力设计

刘有余1, 2, 韩江2

2012, 23(3): 320-323.

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为解决轴流定桨式机组枯水期小流量下不能发电的难题,在分析其原因的基础上提出减容增效实施策略;研究了进出口轴向流速及环量沿半径分布规律;解决了计算机辅助水力设计关键技术难题,包括翼型展开图向计算流面圆柱面转化技术及曲线智能延伸技术;用自行开发的CAD软件为一实际机组设计轴流式叶片,在流量从4.5m3/s减至1.5m3/s时,机组效率从改造前的低于30.1%增大至82.7%,机组能够正常发电,且叶片汽蚀性能优于原转轮汽蚀性能。

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基于AR模型的磁流变减振系统动态性能研究

陈庆堂1, 黄宜坚2

2012, 23(3): 324-329.

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研制了磁流变减振器及测试系统,建立了系统的动力学自回归AR模型。通过连续系统传递函数与离散系统的时间序列AR模型的对应关系推导出了三阶系统动态响应性能参数计算公式,分析了系统的减振性能和系统的动态响应,得到了系统的最优工况。

基于前起落架突伸技术的新型缓冲器仿真设计分析

王彤, 许锋, 聂宏

2012, 23(3): 330-334,338.

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针对舰载机的前轮拖曳弹射起飞方式,结合前起落架突伸技术对缓冲器构型进行了研究,确定了缓冲器的组合突伸模式。基于常规型双腔油气式缓冲器提出了改进的缓冲器构型,并通过适当减小缓冲器的反弹阻尼来缩短突伸时间。应用动力学仿真软件LMS Virtual.Lab与机械/液压仿真软件AMESim实现了舰载机前起落架弹射-突伸动力学联合仿真。仿真结果表明：缓冲器各关键参数的变化与理论计算结果一致;增加高压充气的突伸模式比单纯释放储存势能的突伸模式能够获得更好的突伸效果,改进设计型缓冲器可有效缩短突伸时间。

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中厚板辊式矫直过程模型算法修正与应用

王效岗, 黄庆学, 胡鹰

2012, 23(3): 335-338.

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用数值计算和实验验证相结合的方法,研究了将材料模型和中性层偏移引入矫直模型的分层算法。研究结果表明：分层算法结果与实验数据有较好的一致性;运用分层算法通过变形运算,可得到每个弯曲单元的应力应变分布,同时得到截面上残余应力分布,在1~4弯曲单元,残余应力的最大值位于弹性区向塑性区的过渡处,在5~9弯曲单元,残余应力的最大值位于板材的表面。

基于MATLAB的伺服机械压力机传动机构运动学/动力学仿真研究

方雅1, 孙友松1, 胡建国1, 程永奇1, 张鹏1, 阮卫平2

2012, 23(3): 339-342.

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以增力较大的肘杆机构为对象,分析了普通直线连杆-等长肘杆和三角连杆-不等长肘杆两种机构的工作特性,建立了它们的动力学和运动学模型。以4000kN伺服压力机为例,采用MATLAB仿真软件对伺服机械压力机传动机构进行了运动学-动力学仿真分析。分析结果表明,三角连杆-不等长肘杆与直线连杆-等长肘杆相比具有更好的动力学和运动学特性：在同等公称压力条件下,三角连杆-不等长肘杆的输入扭矩较直线连杆-等长肘杆的输入扭矩小70.6%,而公称压力行程内前者的平均速度约为后者平均速度的50%。

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电动车用对转双转子电机驱动及防滑试验研究

周斯加1, 龙江启1, 储军1, 张荫先2

2012, 23(3): 343-346.

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在研究新型对转双转子电机驱动特性基础上,设计了一套基于硬件在环仿真的双转子电机专用测试平台,并进行了驱动、差速及驱动防滑等试验。试验结果表明,双转子电机具有与理论分析相同的驱动、差速特性。此外,通过模拟驱动系统突然进入低附着路面的情况,验证了轮速跟踪控制策略在双转子电机驱动防滑方面的应用是可行的。 

越野汽车双联非圆行星齿轮差速器的研究

贾巨民, 高波

2012, 23(3): 346-348.

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提出了一种新型非圆行星齿轮差速器,将其应用于越野汽车分动器中,可以实现两输出轴扭矩变比例分配,相当于增大了差速器的锁紧系数,即增加了差速器的防滑功能,从而有望提高车辆的越野通过性。差速器结构紧凑,两个非圆中心齿轮形状完全相同,双联非圆行星齿轮形状一致,相位相差90°,采用三组双联行星齿轮实现均载,工艺性好。通过传动原理分析,给出了非圆齿轮节曲线的设计方法,并以渐开线齿形为例进行了设计计算及样机试制,差速器理论锁紧系数达到3.45。

某型叉车自动变速器控制系统的快速原型和硬件在环试验研究

张炳力1, 董彦文1, 胡福建1, 刘宗其1, 2

2012, 23(3): 349-353,361.

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依据叉车工作泵的压力大小分为空载、满载、半载3种工况,计算叉车输入特性、输出特性和牵引特性,据此建立了以油门开度、车速和油泵压力为控制参数的三参数换挡规律;设计了基于dSPACE的实车快速控制原型试验,验证了换挡控制策略和执行机构策略;设计了自动变速器控制器（TCU）样机和硬件在环仿真试验台,进行了基于dSPACE的硬件在环试验,验证了控制策略在TCU样机中的控制效果。试验结果表明：基于dSPACE开发的TCU满足性能要求,并能提高开发效率,可为叉车自动变速器控制器的开发提供参考。

半导体制造中涂胶工艺的研究进展

向东1, 何磊明1, 瞿德刚1, 2, 牟鹏1, 段广洪1

2012, 23(3): 354-361.

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涂胶工艺过程质量的好坏直接影响到光刻工艺的质量,综述了旋转涂胶法和雾化喷涂法两种涂胶方法的工艺特点和研究进展,另外还对电沉积法、气相沉积法等工艺方法进行了简要介绍。对比了旋涂法、喷涂法和电沉积法等涂胶方法的工艺特点,并对不同涂胶工艺方法的应用场合进行了总结。

液压激振技术的研究进展

邢彤, 左强, 杨永帅, 阮健

2012, 23(3): 362-367,377.

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分类阐述了各种液压激振技术的原理、性能优缺点及应用情况,介绍了典型液压激振装备的最新发展、系统结构与性能指标,简要介绍了国内外液压激振控制技术最新成果。指出多轴、高频液压激振技术是当今的研究热点,其中采用2D激振阀的激振方法是大幅度提高液压激振频率的新技术。

有限元网格剖分与网格质量判定指标

李海峰1, 吴冀川2, 刘建波1, 梁宇兵1

2012, 23(3): 368-377.

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讨论了网格剖分中的一些常见问题,阐述了网格剖分中应遵循的要求,介绍了近十多年来网格剖分方法的研究进展,回顾了网格剖分的各种算法,并比较了各种算法的优缺点。基于工程计算需求,提出了网格质量要求及判定指标,探讨了网格质量优化问题。同时,介绍了当前广泛使用的网格剖分前处理商业软件及其应用状况,并结合工作实际,给出了复杂模型网格剖分的具体实例。最后展望了网格剖分的发展趋势。

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