当期目录

    2012年 第23卷 第9期    刊出日期:2012-05-10
    版权页和目次
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    2012, 23(9):  0. 
    摘要 ( )   PDF (338KB) ( )  
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    机械基础工程
    RTCP算法中无碰刀轴矢量的确定
    章永年, 赵东标, 陆永华, 刘凯
    2012, 23(9):  1009-1013. 
    摘要 ( )   PDF (556KB) ( )  
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    针对五轴数控加工中主轴头中心角速度超限和非线性误差的问题,提出了基于旋转轴线性插补的RTCP算法,分析了插补过程中的全局干涉现象,推导了刀杆偏差系数公式,得到了RTCP模式下的无碰干涉区域,避免了干涉现象的发生。算法减小了非线性误差,保证了插补过程中机床旋转轴的运动平稳性,当刀具长度变化时无需重新通过后置处理生成数控程序,提高了加工效率。仿真结果证实了算法的可行性。

    区间不确定系统迭代学习控制的单调收敛性
    李宏胜, 刘娣, 滕福林, 黄家才, 张建华
    2012, 23(9):  1013-1016. 
    摘要 ( )   PDF (450KB) ( )  
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    针对离散线性时不变系统,研究了参数区间不确定迭代学习控制系统(IILC)的单调收敛性条件,并针对常见的离散PD型ILC算法,给出了在l∞范数意义下区间不确定迭代学习控制系统单调收敛性的判断方法,数字仿真结果证明了其有效性。

    动载体光电平台角位移精密测量方法研究
    李玉龙, 何忠波, 白鸿柏, 郝慧荣, 陶帅, 刘树峰
    2012, 23(9):  1017-1020,1064. 
    摘要 ( )   PDF (486KB) ( )  
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    提出了用位移传感器实时测量动载体光电平台六自由度位移的方法,并推导了该方法的理论公式,即通过坐标变换推导出了平台惯性坐标系、平台固连坐标系及传感器平面坐标系之间的关系,得到了传感器测试信号与平台位移量之间的关系式。通过传感器采集的实时位移值,计算出了平台六自由度位移,并分析了影响该方法测试精度的多个因素,得出了该方法可通过选用不同频带、不同精度的传感器,实现不同振动环境下隔振平台六自由度位移的动态精密测量的结论。理论分析表明,该测量方法简单有效,适用范围广,有较大的推广价值。

    滑动导轨结合面动刚度的试验研究
    郭成龙1, 2, 袁军堂1, 王维友1, 夏玲玲1, 黄俊1
    2012, 23(9):  1021-1025. 
    摘要 ( )   PDF (543KB) ( )  
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    基于等效单自由度模型自主研发了滑动结合面动态特性参数识别试验台,对不同类型的滑动结合面进行参数识别试验,得到了结合面的动刚度,并分析了滑动速度、面压、介质等因素对刚度的影响规律。分析结果表明:滑动速度的增大会降低结合面的动刚度;适当增大面压可提高结合面的动刚度,且能降低速度增大对动刚度的影响;添加润滑油能使结合面的动刚度提高20%左右;贴塑导轨比普通金属导轨能更好地维持结合面动刚度的稳定性,其动刚度随速度的变化在25%左右。

    基于中弧线的空心涡轮叶片壁厚计算方法研究
    刘金钢, 卜昆, 杨小宁, 程云勇, 董一巍
    2012, 23(9):  1025-1028. 
    摘要 ( )   PDF (506KB) ( )  
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    针对高精度复杂空心涡轮叶片壁厚测量问题,提出了一种基于中弧线的壁厚计算方法。通过对空心叶片CT切片数据的处理,建立了相应的点云数据测量模型,并与叶片CAD模型进行配准,实现了各截面数据点的提取与拟合,从而计算出了中弧线;在此基础上,运用UG二次开发平台求出了叶片各点的壁厚。实测结果表明:通过该方法能够精确计算复杂空心涡轮叶片的壁厚,提高空心叶片壁厚精度及其可靠性。

    仿生移动机器人并联机构运动学正解的鱼群算法求解
    宋孟军, 张明路
    2012, 23(9):  1029-1036. 
    摘要 ( )   PDF (703KB) ( )  
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    基于改进的人工鱼群算法,提出了并联机构运动学正解的求解方法。构建了仿生移动机器人处于支撑状态的并联机构模型,应用螺旋理论计算了该并联机构的空间机构自由度,构建了仿生移动机器人并联机构的运动学正解模型,利用鱼群算法对正解模型的约束方程组进行设计。对鱼群算法所用数学模型进行了构建,对改进后的人工鱼群行为进行了算法描述。仿真结果表明,该人工鱼群算法具有良好的寻优性能,满足仿生移动机器人并联机构正解模型的求解要求。

    双定子-双转子型大力矩超声波电机的研制
    王光庆1, 赵忠伟1, 郭吉丰2
    2012, 23(9):  1036-1041. 
    摘要 ( )   PDF (637KB) ( )  
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    针对单定子-单转子环形行波型超声波电机的输出力矩小,无法满足大力矩驱动应用要求,提出了采用双定子-双转子结构构造大力矩超声波电机的思想。在保证驱动电源和定子直径不变的条件下,通过增加电机轴向长度,采用单轴共轴的形式将两个转子的力矩并联输出,达到提高电机输出力矩的目的。采用基于结构摄动理论的结构修改法对新型电机两定子的工作频率进行了调谐研究。实验结果证明,新型电机的两定子的谐振频率具有良好的一致性,堵转力矩达到1.1N·m,较同型号的传统超声波电机堵转力矩增大近一倍,表明该电机具有较好的输出性能和实际应用前景。

    基于电磁动态塑化理论的销钉挤出机混炼过程仿真
    杜遥雪1, 柳天磊1, 2, 陈少清1
    2012, 23(9):  1042-1046. 
    摘要 ( )   PDF (597KB) ( )  
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    借助于计算流体动力学软件POLYFLOW,基于电磁动态塑化理论建立了销钉混炼元件和单螺杆混炼元件的简化几何模型,并对其进行数值模拟仿真,对比分析两种混炼元件在稳态与动态加工成形条件下的混炼性能。结果表明:销钉混炼元件比单螺杆混炼元件累计停留时间长、分离尺度小、瞬时混合效率高,引入振动场可以强化其熔体颗粒分流和重排,改善熔体流动状态,提高其流道物料混炼性能;同时,用实验验证了引入振动力场有利于减小物料粒子粒径。研究结果为电磁动态塑化理论应用于混炼设备的设计研发提供了参考和借鉴。

    自抗扰算法在直流力矩电机伺服系统中的应用
    龙满林1, 2, 付永领1, 李光华2, 陈双桥2
    2012, 23(9):  1047-1050. 
    摘要 ( )   PDF (497KB) ( )  
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    在直流力矩电机驱动的伺服系统中,由于存在诸多非线性因素和随机性因素,所以致使模型难以准确建立,各类影响因素不能被准确补偿,从而降低了系统仿真分析的有效性和实际应用的控制精度。针对此,引入自抗扰算法,即根据直流力矩电机伺服系统的特性设计自抗扰控制器,综合在线估计,补偿影响因素,即将所有影响因素归结为一个总扰动进行在线观测和补偿,以期进一步提高伺服精度。通过对系统施加苛刻的干扰条件进行仿真研究,根据分析仿真结果整定出控制器参数。为了验证控制算法的有效性,将整定好参数的控制器应用于直流力矩电机驱动的转台内框上进行实验。实验结果表明,基于自抗扰算法控制的转台内框获得了很高的动态跟踪性能,且鲁棒性强,从而验证了所提出方法的可行性。

    大型复杂结构损伤识别两步法研究
    李世龙, 王天辉, 马立元, 李永军
    2012, 23(9):  1051-1056. 
    摘要 ( )   PDF (621KB) ( )  
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    基于模型修正技术及模态柔度曲率差方法提出了一种解决大型复杂结构损伤识别问题的两步法。首先运用基于模型修正的损伤识别方法进行模糊识别,通过建立带约束边界非线性最小二乘目标函数,极小化结构实测模态与解析模态之间的误差,将损伤识别问题转化为优化问题,并采用信赖域方法求解该优化问题,识别出损伤所属单元组。然后运用模态柔度曲率差方法,对损伤进行精确定位。对某导弹发射台骨架的数值仿真及试验研究结果表明,该损伤识别两步法识别效果较为理想,为解决大型复杂结构的损伤识别问题提供了新思路。

    大口径火炮多发连射炮管热力耦合分析
    武锋, 郑祖华, 吴圣川, 祖方遒
    2012, 23(9):  1056-1059. 
    摘要 ( )   PDF (520KB) ( )  
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    通过建立一维内弹道学两相流模型和经典圆管瞬态热传导模型,研究了大口径火炮多发连射过程的瞬态传热特性,并用ABAQUS软件进一步分析20发连射时炮管的热结构耦合场。得到某155mm火炮药室部温度场和瞬态热应力场分布规律,为进一步评测炮管的疲劳裂纹和确定剩余寿命提供了参考。

    信息技术
    基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线平滑插补算法研究
    林峰1, 张正红1, 陈胜2
    2012, 23(9):  1060-1064. 
    摘要 ( )   PDF (551KB) ( )  
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    提出了一种基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线插补算法,该方法对于兼容NURBS形式的高档数控系统至关重要。粗插补计算造成的轮廓误差与插补经过该点时的进给速度大小有关,敏感点则可根据插补微段逼近时的弓高误差来界定。进而,根据相邻敏感点之间的距离,通过增设安全缓冲区等方法,进行速度曲线自适应规划。整体进给速度曲线可以由各部分进给速度曲线连接而成。为评价算法的有效性,采用3次NURBS曲线在三种不同进给速度指令下进行仿真计算。仿真结果证明,该算法很好地将轮廓精度和进给速度的平滑性进行了系统考虑,能在相邻危险点复杂分布的情况下执行柔性的插补控制。

    面向汽车整车制造过程的多视图BOM数据管理信息系统研究
    张友兵1, 陈育荣1, 杨亚会1, 夏鹏涛2
    2012, 23(9):  1065-1069. 
    摘要 ( )   PDF (724KB) ( )  
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    根据汽车整车制造企业信息化的实际情况,设计并实现了面向整车制造过程的BOM数据管理信息系统。以产品BOM为核心数据并集成管控和共享利用的业务模型构建了面向汽车整车制造过程的多视图BOM,并对产品配置管理、多视图BOM的构建等进行了分析,设计了系统的总体技术方案并实现模式。在东风汽车公司整车制造企业中的应用表明,该系统实现了企业不同部门BOM数据管理平台的高度统一,提高了产品开发效率,满足了客户个性化需求,解决了公司在整个产品生命周期中存在的一些关键问题。

    基于改进自适应模糊推理系统的YG3硬质合金精密外圆磨削表面质量预测
    刘茂福
    2012, 23(9):  1070-1074. 
    摘要 ( )   PDF (537KB) ( )  
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    为提高硬质合金材料精密外圆磨削的表面完整性和加工质量,研究其表面质量的预测技术,建立了基于自适应模糊推理系统(ANFIS)的YG3硬质合金精密外圆磨削表面粗糙度预测模型,并引入混合田口遗传算法(HTGA)对预测模型进行了改进。采用工艺试验中所用的磨削参数及相应条件下测得的表面粗糙度数据作为训练样本和测试样本,通过对BP神经网络模型、传统ANFIS预测模型及改进ANFIS预测模型的预测结果进行对比分析,对三种模型的有效性和预测精度进行了验证。结果表明,所提出的改进ANFIS预测模型从预测值相对误差Er的分布及均方根相对误差EMSRE的大小来看,均优于其他两种预测模型,预测精度较高,是一种有效的表面质量预测方法。

    多轴起重机联合仿真平台开发
    杨勇1, 2, 易小刚1, 2
    2012, 23(9):  1074-1078. 
    摘要 ( )   PDF (620KB) ( )  
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    以液压仿真软件AMESim、控制器设计软件MATLAB/Simulink、动力学仿真分析软件ADAMS为二次开发平台,开发了多轴起重机油气悬架系统及多桥转向系统多学科联合仿真分析平台,该平台是具有完全自主知识产权的机械系统动力学CAE平台,内嵌机电液控耦合系统动力学分析。结合相关试验,对起重机油气悬架和多桥转向系统进行深入研究,验证了平台的有效性。

    机械基础工程
    基于质量特性与参数隐式函数关系的DEA混合稳健设计模型
    李亚平, 刘思峰, 方志耕, 徐雷, 陶良彦
    2012, 23(9):  1079-1083. 
    摘要 ( )   PDF (468KB) ( )  
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    利用正交试验和DEA博弈交叉效率模型,
    研究了质量特性与参数隐式函数关系下的混合稳健设计模型。首先设计质量指标和成本指标,将其作为试验指标对变量(即未知的参数和容差)进行正交试验;然后将每组试验方案看作一个决策单元,分别将质量指标和成本指标作为DEA博弈交叉效率模型的输出指标、输入指标,构建DEA混合稳健设计模型,评价出质量-成本效率相对最高的组合方案(即最佳参数、容差组合);最后用案例验证了该方法的可行性和有效性。结果表明,该模型能够有效解决质量特性与参数隐式函数关系下的混合稳健设计问题,其工程适用性更为广泛。

    高性能同轴式磁力齿轮结构设计与实验研究
    杨超君, 李志宝, 芦玉根, 李直腾, 杨巧绒, 胡友
    2012, 23(9):  1083-1088. 
    摘要 ( )   PDF (704KB) ( )  
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    为了改善磁力齿轮的扭矩传递能力,研究了一种采用鼠笼式调磁装置的同轴式磁力齿轮。通过建立磁力齿轮的瞬态分析有限元模型,模拟分析得到内外气隙长度、永磁体厚度和长径比等结构参数对其传递扭矩能力的影响规律曲线,并得出了机构参数的优化值,模拟了该参数下磁力齿轮的运行情况。基于优化值制作实验样机进行实验研究,实验结果表明,采用此种调磁极片能够实现定传动比传动并能传递一定的扭矩。实验结果与模拟分析具有相似性,表明优化的结构参数能够保证磁力齿轮扭矩传递能力。

    直线超声电机柔性夹持元件的设计
    胡宁, 姚志远, 赵文涛
    2012, 23(9):  1089-1091,1098. 
    摘要 ( )   PDF (502KB) ( )  
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    设计了一种带有柔性铰链的直线超声电机夹持元件,夹持元件的两边和中间带有圆弧柔性铰链。两边的柔性铰链起弹簧作用,以便施加合适的预压力;中间的柔性铰链能够消除定子装配中的附加应力,减小定子装配对定子振动模态的影响。利用有限元方法分析了柔性铰链的变形量与预压力的关系。实验结果表明,直线超声电机夹框的位移与预压力成线性关系,并与有限元计算结果一致。柔性夹持元件装配的定子没有干扰模态,两相模态一致性好,并具有线性的边界条件。

    自适应磁流变悬架半主动控制研究
    蒋学争1, 胡红生1, 2, 宋宏伟1, 王炅1
    2012, 23(9):  1092-1098. 
    摘要 ( )   PDF (710KB) ( )  
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    针对目前应用于汽车悬架系统的磁流变减振器工作时需要外部电源和控制设备的问题,设计了一种新型磁流变减振器,该减振器在无需外部电源和控制设备的条件下实现了对振动的自适应控制。研究了该减振器的结构特征和电能收集理论模型,并进行了模拟仿真。利用该减振器构建了无需外部电源和控制设备的汽车自适应磁流变悬架半主动控制系统,在1/4悬架实验台上进行了实验研究,实验结果表明,该控制系统是可行的,明显提高了汽车行驶的平顺性。

    基于能耗目标优化的多足爬墙机器人足力控制研究
    魏武, 蔡钊雄, 邓高燕
    2012, 23(9):  1099-1104. 
    摘要 ( )   PDF (627KB) ( )  
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    针对多足爬墙机器人高空极限作业时需解决的能耗问题,提出了基于能耗性优化的多足爬墙机器人足力控制方法。以八足爬墙机器人为例,从机器人作业的安全性和能耗性角度描述了多足爬墙机器人的足力优化模型,实现了多足机器人的关节驱动力和足底接触力的转换,有效地减少了优化变量的数量,简化了优化的计算。通过分析多足爬墙机器人的关节驱动力约束和动力学约束,建立了机器人总电机功率与机器人运动步态及作业环境(包括攀爬角度与吸附平面的粗糙度)的关系。并综合考虑了爬墙机器人吸附安全等特殊性,对机器人的足底接触力进行优化,提高机器人对环境变化及支撑腿数量变化的适应能力,降低关节驱动电机的能耗,实现了机器人电机总能耗最小化的目标。实验仿真结果证明了所提出的控制方法简单可行。

    基于TRIZ与实例推理原理的产品绿色创新设计方法
    刘志峰, 高洋, 胡迪, 张敬东
    2012, 23(9):  1105-1111,1116. 
    摘要 ( )   PDF (802KB) ( )  
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    为开发环境友好型绿色产品,提高绿色产品的创新效率,提出了基于TRIZ和实例推理原理的产品绿色创新设计方法。以本体论为基础,给出了绿色产品设计实例的表达机制,构建了绿色产品设计实例的本体库,实现了产品绿色创新设计案例知识的检索、重用和修正。建立了绿色设计属性与TRIZ冲突矩阵48个工程参数之间的关联表,实现了绿色设计属性向TRIZ工程参数的快速转化。建立了基于TRIZ和实例推理原理相结合的产品绿色创新设计支持平台,并以洗碗机底板的创新设计为例讨论了所提出方法的正确性和有效性。

    材料工程
    微细胞皿注塑模具变温系统设计
    徐斌1, 高春雨2, 王敏杰3, 于同敏3
    2012, 23(9):  1112-1116. 
    摘要 ( )   PDF (576KB) ( )  
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    采用微细电火花技术铣削加工了细胞皿模具型腔,以聚丙烯(PP)为例进行了成形工艺数值模拟分析,结果表明,注射速率、模具温度、熔体温度对充模过程影响较大,模具温度需要达到120℃型腔才能充满。提出了油水电相结合的变模温技术,变模温实验结果表明,型腔温度从80℃变化到120℃大约需要6min。填充实验表明,油水电相结合的变模温技术对实现微注塑模具成形过程的变模温是可行的。

    TC4钛合金锯齿形切屑绝热剪切带的微观组织和显微硬度变化
    王升平
    2012, 23(9):  1117-1121. 
    摘要 ( )   PDF (596KB) ( )  
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    使用金相显微镜、透射电子显微镜观察了TC4钛合金在不同切削速度下形成的锯齿形切屑的绝热剪切带的微观组织形貌,测量了绝热剪切带的显微硬度。结果表明,在较低切削速度下,绝热剪切带为形变带;在较高切削速度下,绝热剪切带为由细小等轴晶粒和局部发生了β相转变为α″相的马氏体相组成的转变带;随着切削速度的进一步提高,在绝热剪切带中观察到了非晶化这一新现象。无论绝热剪切带是形变带还是转变带,其显微硬度都随切削速度的增大而增大。根据绝热剪切带微观组织和显微硬度的变化规律,绝热剪切带显微硬度的强化可分为三个阶段:形变强化、细晶和马氏体相变强化、非晶强化。

    车辆工程
    新型混合动力汽车工作模式分析与参数匹配设计
    彭志远1, 秦大同1, 段志辉2, 杨亚联1
    2012, 23(9):  1122-1128. 
    摘要 ( )   PDF (685KB) ( )  
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    为降低制造成本,并实现混合动力汽车节省燃油和降低排放,提出了一种采用行星齿轮机构的新型混合动力汽车动力传动系统方案,进行了该系统方案的工作模式分析和参数匹配设计。在MATLAB/Simulink环境下利用整车动力学理论建模与关键零部件(如发动机、ISG电机、电池、变速器以及行星齿轮)数值建模相结合的方法,建立了基于该系统方案和设计参数的混合动力汽车整车性能分析模型,进行了整车动力性能和ECE_EUDC循环工况下的燃油经济性仿真计算分析。结果表明所设计的新型混合动力汽车参数设计合理,具有良好的动力性,燃油消耗较传统车下降36.8%,这为该系统方案的实施提供了理论依据。

    一种新的轮胎印痕测量及压力分布数据处理方案
    刘宁, 卢荣胜
    2012, 23(9):  1128-1133. 
    摘要 ( )   PDF (625KB) ( )  
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    介绍了一种基于压阻阵列成像方法的轮胎外圈表面花纹磨损检测技术,该技术通过检测轮胎在特定载荷下印痕的变化来估计轮胎的质量与使用寿命。在介绍测量原理的基础上,重点介绍了印痕图像处理技术与评价方法,针对轮胎花纹与地面接触产生的印痕图像确定边界与接触面积,研究了一种基于圆模板滚边的方法来获取图像外包络线的算法。研究表明该方法能有效处理凸壳与非凸壳图形,自动获取带凹槽图形的外包络区域,具有较好的鲁棒性和较高的精度。