中国机械工程

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2012, 23(4): 0.

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摩擦作用下周期双参变激励齿轮系统非线性振动响应研究

卫一多, 刘凯, 崔亚辉, 原园, 张武

2012, 23(4): 289-294,442.

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研究了周期双参变激励齿轮系统在摩擦作用下的动力学响应,建立了考虑轮齿时变啮合刚度和齿间摩擦的单自由度扭转非线性振动模型,研究了摩擦因子、重合度、惯量比、刚度因子、阻尼因子、载荷分配系数等参数对齿轮系统非线性振动响应的影响。研究结果表明：摩擦对周期双参变激励齿轮系统非线性振动有重要的影响。

滚珠型弧面凸轮连续传动机构承载接触分析

牟世刚, 冯显英, 李蕾

2012, 23(4): 379-382.

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在建立滚珠型弧面凸轮连续传动机构数学模型的基础上,得到了弧面凸轮的啮合模型,并进行了齿面接触特性分析。弧面凸轮啮合传动时接触形式表现为球齿面与马鞍面之间的点接触,对点接触形成的椭圆进行了分析,确定了其方向和尺寸。利用曲面上任意点处主曲率的计算方法,得到了接触点处主曲率的变化规律。计算了接触区域最大压应力,分析了弧面凸轮连续传动时接触中心最大压应力的变化规律。

所得结论对进一步研究滚珠型弧面凸轮连续传动理论与实际应用具有重要的指导意义,为完善滚珠型弧面凸轮传动机构的设计与制造提供了理论依据。

NURBS曲线泰勒展开插补法的平稳性与改进研究

罗福源1, 游有鹏1, 尹涓2

2012, 23(4): 383-388,434.

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泰勒1阶或2阶级数展开是NURBS曲线迭代插补的常用方法,这种方法会导致弦长误差,从而导致速度波动与运动冲击。为此,分析了泰勒展开插补法的3种误差来源,提出了在1阶泰勒展开法基础上通过界定搜索邻域并采用二分插值搜索方法来精确求取插补点参数的改进方法。该方法充分利用了泰勒展开法的初始精度和NURBS曲线的局部线性特征。试验表明,平均位移相对误差降低至6.46×10-11,且每个插补周期的搜索不多于3次,从而有效抑制了速度波动,实现了高速平稳加工。

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基于近似模型的两级集成系统协同优化方法

蒋平, 匡玲, 邵新宇, 肖蜜

2012, 23(4): 395-402.

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在两级集成系统协同优化(BLISCO)方法的基础上提出了一种基于近似模型的BLISCO方法,该方法在继承了BLISCO方法优点的同时,具有能够减少设计优化过程中仿真分析和计算次数、平滑设计空间数值噪声、加快收敛速度等优点。通过两个算例,针对子系统存在耦合和不存在耦合两种情况对所提出方法进行了测试,分析结果表明,采用基于近似模型的BLISCO方法可以快速、准确地获得最优解,且综合性能优于原BLICO方法和相关文献所提出的方法。

自升式钻井平台新型高效冲桩系统的研制

胡知辉1, 段梦兰1, 赵军1, 韩峰1, 宋林松2

2012, 23(4): 402-406.

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针对自升式钻井平台现有冲桩系统存在的问题,提出了一种冲桩系统改造方案,利用液压机构控制冲桩系统,能将所有冲桩喷嘴打开后同时冲桩。研究结果表明,该系统的冲桩能力明显得到提升,减小了拔桩阻力,从而达到提高拔桩效率和进一步保证平台结构安全性的目的。

柴油机冷EGR温度控制器的研究

李爱娟1, 李舜酩1, 郭新民2, 刘刚3, 刘建娅4

2012, 23(4): 407-411.

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为了降低柴油机NOx的排放量,设计了一种冷EGR温度控制器。该控制器可通过控制直流电动水泵的转速来调节冷却水的循环量,确保不同工况下的最佳EGR冷却温度。通过传感器信号获得EGR的冷却温度,如果EGR的冷却温度不在最佳冷却温度范围内,控制器通过PID控制改变脉宽调制信号PWM的占空比来调整水泵电机的平均电压以改变水泵的转速进而调节冷却水的循环量,从而实现冷EGR温度的自动控制。在CA498型柴油机上对该温度控制器进行了试验,结果表明,与未冷却的EGR系统相比,该冷EGR温度控制器可以有效地降低NOx的排放量。

基于通用旋转组合设计的热板参数分析

王靖震1, 2, 魏猛3, 刘伟军1, 胡延兵3

2012, 23(4): 411-414.

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光刻工艺中对热板表面温度场均匀性有极高要求,在热板设计参数选择问题上,通过使用通用旋转组合设计的方法,利用ANSYS仿真模拟软件,得到不同设计参数情况下的热板表面温度场均匀性数据。对仿真结果数据进行回归建模,回归模型计算结果与仿真结果有较高的一致性。结果表明,热板设计参数可以根据该回归模型来选择。

静止叶片式空气压缩机的研究

耿爱农1, 耿葵花2, 李辛沫1, 陈君立3, 阮勤江3

2012, 23(4): 415-420.

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提出了一种新型静止叶片式空气压缩机,该压缩机具有一个做摆动运动的转子和一个静止不动的叶片,叶片的外端与气缸的内孔壁面密封紧固连接,叶片的侧端与端盖密封紧固连接,借此减少了气体直接从压缩腔向吸气腔窜逸的通道,有效地消除了压缩机在这些部件间的泄漏损失和摩擦损耗。介绍了压缩机的结构特点及工作原理,建立了压缩机的数学模型。研究表明：转子的扭摆惯性力矩对滑块与叶片运动副的摩擦及磨损有较大影响,应减小转子的转动惯量以降低滑块与叶片间的接触力;转子与端盖的轴向间隙对压缩机内部泄漏损失十分敏感,应采取轴向密封措施以减少转子轴端处的泄漏量。

飞机紧固孔超声振动精密加工技术研究

张德远, 刘静

2012, 23(4): 421-424.

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针对飞机蒙皮复合材料与钛合金叠层(简称复钛叠层）紧固件大孔传统手工多步制孔加工中存在的工艺路线长、加工质量不高、刀具寿命低等问题,开展了超声精密制孔技术的研究,提出了超声振动套-铰-锪的新工艺方法,并研制了超声振动制孔工具系统。实验结果表明,超声振动套-铰-锪新工艺方法及振动制孔工具系统可以高质、高效、低成本加工复钛叠层紧固件大孔,能满足飞机复钛叠层紧固孔精密装配的工业要求。

NN型少齿差行星齿轮传动啮合冲击分析及修形设计

刘文吉1, 宋朝省2, 洪英1

2012, 23(4): 425-429.

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针对少齿差行星齿轮传动时的多齿啮合效应,采用有限元法建立了渐开线少齿差多齿啮合模型,分析了动态轮齿的接触特性分析,得到了完整啮合周期内齿面接触应力、齿面印痕、齿面滑动位移等啮合特性参数,分析了啮入、啮出冲击对齿顶刮行的影响。采用长修形法对少齿差行星传动的齿轮进行齿廓修形,使轮齿啮合状况得到了改善,明显减小了啮合冲击对齿顶刮行的影响,研究结果对指导少齿差行星齿轮传动设计具有重要意义。

基于灰色BP神经网络的质心数据处理方法

张宪, 钟江, 吴晖, 赵章风

2012, 23(4): 430-434.

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为减小传感器的随机误差对三点支撑小型农业机质心测试系统质心高度数据的影响,同时提高质心高度的测试效率和安全性,对该类测试系统在有限次、小角度条件下测试获得质心高度的数据处理方法进行了研究。提出灰色GM(1,1)模型与BP神经网络相结合的灰色BP神经网络模型的构建方法,

采用该方法构建的预测模型,对质心高度测试获得的数据进行处理可以获得较高精度的质心高度数据,并搭建了小型试验台对预测模型进行验证。结果表明,采用该方法构建的质心高度预测模型得到的质心高度数据相对误差为0.759%。

基于拓扑传递的耦合机械故障特征提取方法

张玉存, 马睿, 付献斌, 孔涛

2012, 23(4): 435-438.

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旋转机械系统的复杂性,使得其特征参量具有较强的非线性和耦合性,对其进行有效特征提取存在困难。为了提取旋转机械系统耦合故障的特征信息,建立其状态特征信息拓扑空间,并构建旋转机械系统拓扑动力系统模型,基于系统的拓扑传递特性,提出了新的旋转机械系统特征提取的信息空间变换方法。通过跟踪系统特征信息的变换及传递过程,实现对系统特征信息的提取,从一个新的角度为分析旋转机械系统工作特性奠定基础。最后将该方法应用到含油膜力的裂纹故障、碰摩故障及裂纹碰摩耦合故障的旋转机械系统信息特征提取中,并通过仿真实验验证了理论方法的可行性。

基于频率灵敏度方法的超声键合换能器结构优化

隆志力1, 韩雷2, 祝孟鹏2, 张亮亮3

2012, 23(4): 439-442.

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针对超声换能器设计上存在的双共振峰或多共振峰等常见问题,提出了一种基于频率灵敏度方法的换能器结构优化设计方法。以芯片键合超声换能器为例,采用模态频率灵敏度的方法,通过最小量地修正变幅杆的直径,实现轴向工作频率与其他非工作频率的分离,有效地抑制了工作频率附近杂散的非工作模态对自身模态的干扰,确保在工作状态下换能器被驱动在单一的工作频率,从而提高了超声能量输出的稳定性。

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基于小波域对数正态模型的滚动轴承故障诊断

姜海燕1, 彭涛2

2012, 23(4): 443-448.

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针对小波分析无法全面准确描述滚动轴承振动信号的非高斯问题,提出一种结合小波变换与对数正态分布模型的故障特征提取方法,以提取能准确反映滚动轴承运行状态的特征信息。首先,通过小波变换对滚动轴承运行时产生的非平稳、非高斯振动信号进行分解重构,得到不同尺度下的重构信号;然后对重构信号建立对数正态分布模型,提取模型的对数均值和对数标准差作为表征滚动轴承运行状态的统计特征;最后采用支持向量机分类器对提取的特征进行故障分类与识别。实验结果表明,该方法可以有效、准确地识别滚动轴承的运行状态。

箱型支撑结构加筋板布局设计方法研究

丁晓红1, 李国杰2

2012, 23(4): 449-453.

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针对箱型支撑结构内部加筋板的布局问题,提出了一种基于密度法的高效设计方法。将箱型结构表示为内部布置有平行分布杆的结构,即所谓的纤维模型;采用密度法对承载外壁的材料分布进行优化设计;根据外壁的材料分布情况,确定箱型结构的内部加筋板。引入纤维模型,将三维实体结构拓扑优化设计问题转化为二维板壳结构的拓扑优化问题,计算量小,设计效率高。通过对典型设计实例的设计分析,说明了该方法的有效性。

偏心式摆动活齿啮合副自锁机理研究

宜亚丽, 安子军, 曾达幸

2012, 23(4): 454-457.

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在对偏心式摆动活齿啮合副自锁现象的机理进行研究的过程中,提出了临界楔紧角的概念,由此建立了啮合副临界自锁条件。结合具体参数设计,揭示了摆动活齿整个啮合过程中楔紧角的变化规律,并对摆动活齿啮合副进行自锁判断。分析了楔紧角的主要影响因子,由此确定了偏心式摆动活齿啮合副避免自锁的设计准则,并基于型变换设计出三种摆动活齿的结构形式以克服自锁。

输入输出测量噪声干扰下连续Hammerstein模型参数直接辨识

贺尚红, 赵天林, 石芳

2012, 23(4): 458-463.

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对输入输出测量噪声干扰下连续Hammerstein模型进行参数重组处理,得到线性微分方程。利用小波调制函数对该线性微分方程进行调制积分处理,得到等价的代数方程。在研究调制函数对输入输出测量噪声影响的基础上,提出用广义噪声模型来处理输入输出测量噪声并提出调制广义最小二乘算法来实现代数方程的无偏参数估计。最后利用奇异值分解(SVD）方法获得Hammerstein模型参数。数字仿真和工业应用实例验证了所提出方法的有效性和实用性。

圆柱斜齿轮浮动凹模冷挤压成形仿真与实验研究

薛克敏, 李晓冬, 李萍, 许锋, 周结魁, 石文超

2012, 23(4): 464-468.

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采用浮动凹模冷挤压成形工艺,对螺旋角不同的同一型号圆柱斜齿轮进行了数值模拟与实验研究。分析了成形过程中金属的流动特点、成形载荷,并与传统工艺进行了比较。通过不同螺旋角斜齿轮的对比,探索了影响脱模后锻件精度的因素。结果表明：对圆柱斜齿轮采用浮动凹模冷挤压成形可有效降低成形载荷,且在脱模过程中齿轮锻件沿着齿形螺旋方向做刚性旋转运动,脱模后锻件可保持较高精度。研究成果为圆柱斜齿轮精锻成形工艺的深入研究提供了参考。 

基于有限元的激光熔覆凝固过程分析

陈刚1, 黎向锋1, 左敦稳1, 王宏宇1, 2

2012, 23(4): 468-473.

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针对激光熔覆过程中温度变化对其凝固组织的影响,讨论了温度梯度G与冷却速度（即降温阶段的温度变化率）对凝固组织的影响,利用形状控制因子K分析了激光熔覆过程的凝固行为。分析结果表明：在热源中心的正下方晶粒是沿基体垂直方向析出的;冷却速度有细化晶粒的作用,冷却速度越大,晶粒越细小;熔覆材料或基材达到熔点的时间与达到最大冷却速度时间的先后顺序对其凝固组织形态有重要影响,若冷却速度先达到最大值,其组织呈胞状晶粒,否则,其组织呈柱形树枝晶。K在80×10⁶~120×10⁶℃·s时,凝固组织为密布排列且粒径较大的胞状晶粒;当K大于200×10⁶℃·s时,凝固组织为柱形树枝晶。

厚壁圆筒自增强压力的优化分析

钱凌云, 刘全坤, 王成勇, 李亨, 韩豫

2012, 23(4): 474-479.

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采用考虑材料应变强化效应和包辛格效应的双线性材料模型,建立了厚壁圆筒自增强理论模型。基于工作时的等效应力及周向应力,提出了最佳自增强压力的评定方法并给出了理论求解过程。采用有限元软件对自增强厚壁圆筒涉及的三个加载过程进行模拟分析,模拟结果与理论计算结果相吻合。由模拟结果得到了厚壁圆筒工作时的最大等效应力和最大周向应力与自增强压力的关系曲线,并采用直接加权组合法进行优化,得到了最佳自增强压力。研究结果为厚壁圆筒最佳自增强压力的求解提供了新思路,具有一定的工程意义。

半滑动式液压胀形汽车桥壳的数值模拟及成形实验

梁晨, 刘唯唯, 陈国强, 苏明凯, 王连东

2012, 23(4): 479-484.

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对在不同加载路径下半滑动式液压胀形工艺中的管坯预胀形及终胀形过程进行了数值模拟,分析了不同加载路径下的管坯成形情况及其周向、轴向的壁厚分布,得到了预胀形管坯壁厚分布较好的加载路径以及终胀形时可确保成形合格样件的加载路径,并在普通液压机上进行了实验验证。

液压鹅颈挂车转弯建模与轨迹动态仿真研究

程博1, 杨育1, 刘伯林1, 申世杰2

2012, 23(4): 485-487,503.

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液压鹅颈挂车是装运大件产品的新型运输车辆,为确保大件产品公路运输的安全,针对液压鹅颈挂车运输过程中弯道通过能力差的问题,在分析液压鹅颈挂车的装载静态结构属性和车组动态转弯过程的基础上,构建了液压鹅颈挂车的转弯模型,提出了关键物理量坐标的迭代算法并实现了液压鹅颈挂车弯道轨迹的动态模拟仿真,为其在运输过程中顺利通过复杂弯道提供了工程指导。

电-液复合制动电动汽车制动感觉一致性及实现方法

李玉芳, 吴炎花

2012, 23(4): 488-492.

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提出了电动汽车电-液复合制动系统制动感觉一致性的定义并对其影响因素进行了分析,得到了实现电-液复合制动电动汽车制动感觉一致性的必要条件。提出了实现制动感觉一致性的电-液复合制动系统的设计和实现方法,并通过AMESim仿真验证了电-液复合制动系统的液压制动力矩输出特性能满足制动感觉一致性的实现要求。

基于等效BSFC和电池SOC平衡的插入式混合动力汽车分段式能量分配策略研究

林潇1, 徐晓2, 管成2

2012, 23(4): 493-499.

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基于所提出的插入式并联混合动力汽车系统结构,对整车动力/传动系统(包括发动机、电机、电池、离合器、变速箱等子系统)进行了动态精确建模,模拟了行车换挡过程中同步器切换、离合器接合/分离等瞬态过程。根据电池SOC值分段采用最大用电策略或效率优先策略,提出了基于等效BSFC和电池SOC平衡的分段式能量分配策略,兼顾了发动机BSFC和电机充/放电效率,实现了系统在当前转速和输入轴需求转矩下的最佳转矩分配。结果表明,所提出的能量分配策略在不牺牲汽车各项性能的前提下,提高了动力系统工作效率和整车燃油经济性。

半承载式客车骨架有限元建模与轻量化研究

龙江启1, 兰凤崇2, 王金轮2, 周斯加1

2012, 23(4): 499-503.

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采用薄板单元和梁单元相结合的方法,建立了某半承载式客车骨架的有限元模型,并通过试验对模型进行了验证。首先,对原车模型进行了强度分析,获得整车应力分布信息,结果表明大部分构件有足够裕量储备,可以通过改变结构、构件截面参数等方法来进行优化减重。其次,通过构件对整车重量的灵敏度分析,

获知对整车重量影响较大的构件,提出了轻量化优化方案,该方案减重达7.35%,效果明显。最后,通过对优化前后整车强度、刚度、模态特性等的比对,验证了优化方案的可行性。

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