当期目录

    2012年 第23卷 第16期    刊出日期:2012-08-25
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    2012, 23(16):  0. 
    摘要 ( )   PDF (346KB) ( )  
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    机械基础工程
    平面包络凸环面蜗杆齿形研究
    陈永洪, 张光辉, 陈兵奎
    2012, 23(16):  1891-1896. 
    摘要 ( )   PDF (651KB) ( )  
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    针对一种新型平面包络凸环面蜗杆,应用啮合原理建立了齿面数学模型,对其进行齿形分析,研究母平面倾角等参数对齿面根切及中齿变尖的影响规律。提出了一种均化磨削余量的粗加工方法,运用虚拟中心距原理试制出平面包络凸环面蜗杆样件。基于蜗杆齿面离散点坐标值对平面包络凸环面蜗杆进行了齿形加工精度检测。结果表明:齿面磨削余量优化方法正确、可行、有效,样件齿形达8级加工精度,解决了平面包络凸环面蜗杆在设计、制造及检测中的关键问题。

    环切刀轨无跳刀过渡连接算法
    董光雷1, 戴宁1, 杨峰1, 韩厚年1, 郭保苏1, 王勇2, 吕培军2
    2012, 23(16):  1896-1902. 
    摘要 ( )   PDF (741KB) ( )  
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    在口腔修复体数控粗加工中环切走刀方式应用广泛,为了减少加工时刀具跳刀次数以缩短空走刀时间和优化刀轨环之间的过渡连接,提出了基于单根树结构的环切刀轨无跳刀过渡连接算法。在该算法中,根据刀轨环计算过程中建立的父子关系构建刀轨环树,然后对刀轨环树拓扑分解实现刀轨环编组,编组环集合中具有父子关系的刀轨环之间通过“过渡点对”构建过渡连接关系,最后遍历刀轨环树获得无跳刀刀轨。实验表明,该算法无跳刀,无重复切削,满足实际加工要求。

    自动铺丝机器人动力学性能指标研究
    葛新锋1, 2, 赵东标1, 陆永华1, 刘凯1
    2012, 23(16):  1903-1907. 
    摘要 ( )   PDF (550KB) ( )  
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    根据自动铺丝机器人的运动学方程,得出其加速度,并定义加速度偏差。研究发现,加速度偏差的大小与Jacobian矩阵和Hessian矩阵有关,据此提出了基于Jacobian矩阵和Hessian矩阵的自动铺丝机器人动力学性能指标。采用该性能指标对自动铺丝机器人进行了动力学分析,绘出动力学性能指标图谱,得到机器人结构尺寸和动力学性能之间的变化曲线图。结果表明,与基于Jacobian矩阵的速度水平上的性能指标相比,采用Jacobian矩阵和Hessian矩阵相结合的机器人动力学性能指标对机器人动力学性能影响更大,故采用Jacobian矩阵和Hessian矩阵相结合的动力学性能指标作为衡量机器人动力学的性能指标是可行的。

    基于新型加减速曲线和实时控制方案的步进电机运行平稳性及噪声研究
    李小虎, 王鹤, 许家林
    2012, 23(16):  1907-1911. 
    摘要 ( )   PDF (531KB) ( )  
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    基于步进电机的加减速曲线和控制方案两方面对步进电机的运行平稳性及噪声进行了分析和研究。首先通过角加速度和角速度的关系式(a-ω方程)构造出不产生柔性冲击的S型、e/e型及Cos型步进电机加减速曲线;其次优化步进电机控制方案,包括改善步进电机速度过渡的平滑性,运用迭代算法简化计算以提高控制器的运算速度,采用实时计算的方式节省存储资源。噪声实验结果表明,与传统的驱动方案相比,采用Cos型加减速曲线和实时控制方案的步进电机系统运行平稳,启动过程噪声明显减小。

    定倾面接触润滑薄膜测量系统
    褚晓东1, 2, 郭艳青3, 李霞2, 郭峰2, 王文1
    2012, 23(16):  1912-1916. 
    摘要 ( )   PDF (586KB) ( )  
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    根据面接触润滑理论研究的需要,对原有定倾角微型滑块面接触润滑薄膜测量系统进行改进与完善,设计了定倾面接触润滑薄膜测量系统。该系统在保证滑块相对于玻璃盘可调至所需倾角的前提下,为滑块增加了一个旋转的自由度,从而实现定倾角下面接触润滑油膜膜厚及摩擦力的同时测量;系统采用激光光源和外部同轴照明设备,保证了在膜厚达到微米级时依然可以获得清晰均匀的干涉图像;为系统编制伺服电机控制软件来控制电机启动和停机阶段的加速度,从而获得更规则的光强曲线,
    并且避免了电机启停过快导致的干涉级次的丢失。阐述了试验机系统所应用的多光束干涉法的基本原理,并对油膜厚度测量的方法进行了简述。分析了油膜膜厚和摩擦力测量的分辨率。实验研究了油膜膜厚及摩擦力随滑动速度的变化规律并与理论值进行了对比,验证了系统的稳定性。最后利用该系统测量了定倾角面接触薄膜润滑的承载特性,并同已有的理论进行了对比,对其中的差别进行了分析。

    工作辊弯辊系统的双阀联动控制
    张尚盈
    2012, 23(16):  1916-1919. 
    摘要 ( )   PDF (474KB) ( )  
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    根据阀控非对称弯辊缸系统的非对称特性,修正系统负载并给出了匹配非对称阀控制非对称缸系统的传递函数。研究了匹配非对称阀控制非对称缸力控制系统的非线性补偿和动压反馈控制策略。探讨了用双阀联动来等效匹配非对称阀控制非对称缸系统的可行性。仿真和实验结果验证了双阀联动控制工作辊弯辊系统的控制策略,为分析和综合非对称阀控制非对称缸系统奠定了基础。

    不同冠间配合叶盘系统振动响应局部化问题研究
    王艾伦, 曹旭辉, 孙渤海
    2012, 23(16):  1920-1924,1961. 
    摘要 ( )   PDF (582KB) ( )  
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    建立了考虑冠间配合形式的自带冠叶盘系统连续参数模型,对比分析了谐调和随机失谐两种状态下冠间紧配合和松配合叶盘系统振动局部化特征,揭示了不同冠间配合叶盘系统的振动规律。研究发现,谐调状态下,冠间松配合自带冠叶盘系统不会出现振动局部化现象,而冠顶摩擦导致冠间紧配合自带冠叶盘系统
    亚谐振动的发生,并且出现了较弱的振动局部化现象;叶片随机失谐状态下,冠间松配合叶盘系统将不再具备严格的单周期振动特征,冠间紧配合叶盘系统不再出现严格的亚谐振动,振动响应局部化的复杂性增加;与紧配合自带冠叶盘系统相比,松配合自带冠叶盘系统的振动响应局部化对随机失谐更敏感。

    基于模态测试的航空管道动力学响应实验与分析
    鲁华平1, 2, 贾普荣1, 刘永寿1, 孙波2, 李宝辉1
    2012, 23(16):  1925-1929. 
    摘要 ( )   PDF (524KB) ( )  
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    航空管道是影响飞行安全的关键件之一,针对其动力学特性分析中阻尼比的影响问题,对某航空铝合金管道采用MIMO模态测试,得到其前八阶模态频率和阻尼比;对该管道施加瞬态激励,得到不同点处的时域响应数据;考虑了传感器的附加质量,计算了模态频率,分别基于恒定阻尼比和实验得到的模态阻尼比模型,分析了管道瞬态动力学响应特性,并与实测响应数据进行对比分析。结果表明:采用模态阻尼比计算得到的管道动力学响应不论是响应时间还是响应大小都更接近于实测值,对于航空管道这种安全性要求很高的结构,应尽可能采用模态阻尼比进行计算分析。

    变摩擦条件下三维接触问题有限元分析改进
    李群松1, 朱, 颖2, 谭海林1, 张继清3
    2012, 23(16):  1929-1933. 
    摘要 ( )   PDF (579KB) ( )  
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    首先对三维弹性接触问题的有限元求解算法进行研究,将接触条件转换到法向与滑动方向组成的局部二维坐标系内进行求解,并利用FORTRAN语言编制接触问题求解的程序包。然后应用该程序包对变摩擦条件下的接触算例进行研究,揭示摩擦因数随滑动速度改变时接触点随接触状态、接触力的变化规律。最后利用有限元软件对计算结果进行验证,证明了算法的有效性。

    三维随行电缆简化模型有限元建模与模态实验
    肖闯, 殷智宏
    2012, 23(16):  1934-1938. 
    摘要 ( )   PDF (539KB) ( )  
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    将一种电梯随行电缆简化为细长钢带结构,讨论了对该结构进行模态测试的方法。通过测试水平、垂直和侧向三个方向的振动,得到平面内与平面外的模态参数。利用壳单元与梁单元建立了细长钢带结构的三维有限元模型;模态实验得到的固有频率和振型与有限元分析结果一致;根据模态参数分析了随行电缆撞击墙壁、缠绕打结的原因,并提出改善其动力学特性的方法。

    基于改进粒子群算法的并联机器人运动学精度提高新方法
    杜义浩, 谢平, 田培涛, 刘彬
    2012, 23(16):  1938-1942. 
    摘要 ( )   PDF (586KB) ( )  
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    针对并联机器人在基于给定工作任务进行轨迹规划过程中,存在因机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差,由此造成并联机器人运动学精度降低的问题,提出了一种并联机器人运动学精度提高新方法。首先将连续工作任务离散化为满足精度要求的若干理想位姿点,在建立并联机器人位姿误差模型基础上,将机构误差项转化为驱动杆误差;基于种群排列熵模型和粒子速度激活机制改进了粒子群算法,并利用改进的粒子群算法组合优化驱动杆参数,补偿并联机器人位姿误差,进而修正期望轨迹以提高并联机器人运动学精度。通过MATLAB和ADAMS仿真验证了所提出方法的可行性和有效性。

    柔性负载电液位置伺服系统的轨迹规划
    李光, 刘领化
    2012, 23(16):  1943-1946. 
    摘要 ( )   PDF (460KB) ( )  
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    针对具有柔性负载电液位置伺服系统,提出了基于柔性负载残余振动抑制的轨迹规划控制方法。运动轨迹由三次多项式运动、
    等速运动、摆线运动和简谐运动组合而成,而运动轨迹方程中各项系数是由刚性负载运动的起始边界条件、终止边界条件和柔性负载自由振动为零的约束条件来确定的。采用模糊控制设计方法实现了电液伺服系统对上述优化轨迹的跟踪。数值仿真结果验证了该方法的正确性。

    基于Smith预估补偿的连铸结晶器液位控制策略
    章家岩, 钱宏, 冯旭刚, 李绍铭
    2012, 23(16):  1947-1951. 
    摘要 ( )   PDF (596KB) ( )  
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    连铸结晶器液位控制系统具有非线性、强耦合和纯滞后等特点,且扰动因素较多,因而传统控制方案难以获得满意的效果。通过研究基于Smith预估补偿的非线性PID控制策略,在对连铸结晶器液位控制系统的辨识模型进行MATLAB仿真分析的基础上,将该控制策略应用于生产实践。结果表明:该控制策略能够明显地改善控制系统的动态品质和抗干扰性能,取得了较好的应用效果。

    两级电液伺服阀双喷嘴挡板阀内流场计算与分析
    陆向辉1, 2, 高殿荣1
    2012, 23(16):  1951-1956. 
    摘要 ( )   PDF (694KB) ( )  
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    双喷嘴挡板阀是两级电液伺服阀的前置级,其结构参数对电液伺服阀的性能有着重要的影响。利用流场计算软件,对双喷嘴挡板阀的喷嘴在不同结构参数组合下的流场进行了计算,并分析了其液流特性,如速度特性、压力特性、流量特性等。研究表明:通过喷嘴挡板阀的流量随喷嘴直径、喷嘴端面直径和喷嘴外夹角的增大而增加,喷嘴挡板阀的压差却相应地减小;而喷嘴长度、喷嘴内夹角和腔内径对喷嘴各项性能影响不大。通过比较分析找到最佳结构参数组合,为双喷嘴挡板电液伺服阀喷嘴的工程设计提供理论依据和参考。

    信息技术
    基于等角度采样的列车频带变化类故障诊断方法研究
    王靖1, 2, 陈特放1, 黄采伦2
    2012, 23(16):  1957-1961. 
    摘要 ( )   PDF (562KB) ( )  
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    列车轮对部件故障常会受到频带变化因素的影响,如采用一般旋转机械故障监测方法,因谱线整体迁移模糊,可能导致误诊或漏诊。针对这一问题,研究了各影响因素与故障特征之间的动态响应,基于故障机理建立了频带变化类故障的动力学模型,分析了影响因素下的故障特征。提出了基于等角度采样的监测诊断方法,结合列车轮对组件实际情况制定了监测诊断方案,并通过实例应用对该诊断方法的准确性进行了验证。

    复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真研究
    刘振皓1,2,巫世晶1,潜波3,王晓笋1
    2012, 23(16):  1962-1966. 
    摘要 ( )   PDF (549KB) ( )  
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    根据Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统的典型结构,分析了系统的传动比与啮合频率。为获得Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统轮齿接触力的变化规律,运用三维CAD软件SolidWorks建立了系统的三维实体模型,以ADAMS软件为平台建立了系统的虚拟样机模型。给出基于Hertz接触理论的齿轮啮合传动时轮齿接触力的计算方法,验证了系统传动比,对小太阳轮与短行星轮啮合的综合接触力、x方向接触力和y方向接触力的变化规律及其频谱特性进行仿真研究。仿真结果表明,接触力的幅值波动显著,具有明显的周期性。x方向接触力和y方向接触力具有相同的频谱特征,相位相差约90°。频谱中出现小太阳轮的旋转频率和系统啮合频率的1至7倍频率成分,存在明显的调制特性。通过对Ravigneaux式复合行星齿轮传动系统虚拟样机仿真的研究,为改善系统动力学特性以及实现系统的动态设计提供了指导依据。
    基于最小二乘支持向量机的小样本威布尔可靠性分析
    张新锋1,赵彦2
    2012, 23(16):  1967-1971. 
    摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  
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    在图估法的基础上,提出了基于最小二乘支持向量机的威布尔可靠性分析方法,在MATLAB平台上绘制了威布尔概率纸,通过程序化的方式分析估计威布尔概率参数;进行了可靠性寿命分析,并对比分析了基于最小二乘支持向量机、支持向量机和最小二乘法威布尔可靠性分析的效果。实例分析结果显示,在威布尔可靠性分析中,最小二乘支持向量机的拟合精度不仅优于传统的最小二乘法的拟合精度,而且优于支持向量机的拟合精度,表明该方法可以提高可靠性分析效率和精度,可作为威布尔可靠性分析的一种新方法,特别适用于小样本的情况。
    机械基础工程
    面向协同的产品设计知识推送研究
    蒋翠清, 李斌生, 高家飞, 丁勇
    2012, 23(16):  1972-1977. 
    摘要 ( )   PDF (693KB) ( )  
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    知识推送是提高产品协同设计中知识获取效率的重要方式。通过分析现有设计知识推送研究的不足,运用知识模块集来描述设计过程知识需求模型,提出设计过程知识需求模型的更新方法,设计了一种面向协同的产品设计知识推送模型,其推送思路是:当设计人员接受设计任务时,对设计过程知识需求模型中的知识模块集进行基于概念语义扩展的设计知识检索,然后根据设计人员的知识水平过滤预推送的知识,最终将知识推送给设计人员,从而达到在产品设计过程中主动地为设计人员提供个性化知识服务的目的。

    微纳牛级力检测的球膜敏感元件力学分析
    卢占毫, 陆永华
    2012, 23(16):  1978-1981. 
    摘要 ( )   PDF (484KB) ( )  
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    为了实现工业技术领域的微纳牛级力大小的精确测量,以厚度约700nm、直径50mm左右的球形薄膜为敏感元件,将微纳牛级待测微粒置于球膜上,根据球膜变形量得出被测微粒的重力大小;利用ANSYS建立球形薄膜的力学模型,根据正交试验法设计试验工况,对球膜进行多种工况的受力分析;采用奇异值分解的最小二乘拟合算法处理试验数据,得出变形量、球膜参数以及微粒子重力之间的拟合公式;将拟合公式计算出的变形量理论值与对应试验值进行比较,结果表明:载荷在2~10μN范围内,检测误差不超过1%。

    倒角参数对滚子弹流润滑性能的影响研究
    孙浩洋1, 管殿柱1, 华同曙2
    2012, 23(16):  1982-1984,1990. 
    摘要 ( )   PDF (532KB) ( )  
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    工程上常对滚子摩擦副的滚子进行端部倒角,倒角参数包括倒角长度与倒角半径。取润滑油为Eyring流体,用多重网格技术研究了此类滚子的弹流润滑性能,研究表明:最小膜厚位置可能出现在修形起始位置和滚子最边缘。当最小膜厚出现在修形起始位置时为正常工作状态;当最小膜厚出现在滚子最边缘时膜厚很薄,即将润滑失效。进而分别讨论了倒角长度和倒角半径对弹流润滑性能的影响,研究表明:应根据工况参数通过弹流计算设计端部倒角参数,以优化滚子的润滑状态和载荷分布,实现全膜润滑。

    采用过约束冗余驱动提高球面并联机构精度容错能力的研究
    陈斯, 范守文
    2012, 23(16):  1983-1990. 
    摘要 ( )   PDF (513KB) ( )  
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    将误差源对球面并联机构运动精度的不利影响看作一种机械系统故障,提出了球面并联机构精度容错的概念和基本思想,定义了描述球面并联机构精度容错能力的指标——精度容错度。基于螺旋理论,利用球面3-RRR并联机构的过约束性设计了具有冗余驱动的球面m-RRR(m≥4)型改进机构。通过求解原机构和改进机构的精度容错度,比较了它们的精度容错能力,并结合实例进行了仿真研究,结果表明所提出的以精度容错度为依据的精度容错策略能有效提高球面并联机构的精度,克服误差源的不良影响。

    基于三维精确建模法的螺栓有限元分析
    何平1, 2, 刘光复1, 谷叶水3, 周丹1, 黄海鸿1, 王雁1
    2012, 23(16):  1991-1996. 
    摘要 ( )   PDF (756KB) ( )  
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    针对螺栓有限元分析建模困难和不完整螺纹造成计算精度不高的问题,分别采用三维螺旋模型和三维轴对称简化模型进行有限元计算,分别比较分析了对应各圈螺纹沿外轮廓方向的应力分布和螺纹牙根部最大等效应力。结果表明,两种模型均可较精确地计算出螺栓螺纹上各节点的应力, 但三维螺旋模型法建模较困难、计算成本较高,三维轴对称简化模型法的计算结果能较好地反映螺栓的轴向力学特性,研究结果为改进螺栓连接受力状况和结构优化设计提供了理论依据。

    卷带装置液压系统恒功率特性研究
    王道明, 侯友夫
    2012, 23(16):  1997-2000. 
    摘要 ( )   PDF (469KB) ( )  
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    为研究卷带装置液压系统的恒功率特性,建立了理论分析的数学模型,分析了相关参数对系统性能的影响,在此基础上建立了系统的仿真模型,分析了负载变化对系统压力、液压泵流量及液压马达转速的影响,通过搭建卷带装置实验台,测试了系统的恒功率特性。结果表明:系统具有较好的恒功率特性,仿真模型能够有效测试系统的恒功率特性。研究成果为卷带装置液压系统的改进设计提供了技术支持。

    槽式光伏聚光器能流密度均匀化设计
    孙后环, 杨谋存
    2012, 23(16):  2000-2004. 
    摘要 ( )   PDF (532KB) ( )  
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    从理论上推导了常规槽式光伏聚光器能流聚光比的计算模型,分析了该聚光器能流密度极不均匀的原因,探讨了改善聚光器能流密度均匀性的可能性。在此基础上,提出了一种新型聚光器结构形式,即太阳能电池呈V形槽式的抛物槽式聚光器,从理论上推导了新型聚光器结构的能流聚光比计算模型,分析了聚光器参数对能流密度分布的影响。最后通过粒子群优化算法对该新型模型参数进行了优化。计算和优化结果表明,该新型结构的能流聚光比的标准差小于常规聚光器的30%,极大地改善了槽式光伏聚光器能流密度分布。

    车辆工程
    基于灰色理论的轿车复杂路况油耗影响因素优势顺序研究
    张红1, 2, 姜潮1, 闫晓磊1, 王述建3
    2012, 23(16):  2005-2009. 
    摘要 ( )   PDF (594KB) ( )  
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    针对传统的基于大量实测数据的统计方法难以对轿车复杂行驶路况的多种油耗影响因素进行交互分析的问题,提出将灰色理论引入轿车复杂路况行驶油耗影响因素研究中,研究了复杂路况条件下整车装备质量、车载发动机排量、使用节能技术数量等因素对轿车行驶油耗的影响顺序,
    揭示了影响油耗各因素的优势顺序内在规律。理论与实例实验分析证实,该方法切实可行,为轿车复杂路况油耗优化提供了有效的途径。

    离合起步用高速开关阀工作特性与驱动方法研究
    夏晶晶1, 2
    2012, 23(16):  2010-2014. 
    摘要 ( )   PDF (512KB) ( )  
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    在普通脉宽调制(PWM)信号驱动下,高速开关电磁阀的开启和关闭时间较长,反应慢,影响了高速开关电磁阀的控制性能。为了进一步提高高速开关阀的控制性能,在分析高速开关阀工作特性的基础上,提出了多路混合驱动方法,缩短了高速开关阀的开启和关闭时间,减小了压力控制时的压力波动,改善了高速开关阀的控制性能。在汽车离合器起步控制中,使用该方法很好地改善了汽车的起步性能,发动机转速比较平稳,从动盘转速增加趋势的波动较小。