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2012年 第23卷 第17期    刊出日期：2012-09-10
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2012, 23(17):  0. 
摘要 ( )   PDF (343KB) ( )  
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机械基础工程
基于约束函数的空间机构邻接矩阵描述与分析
刘江南, 于德介
2012, 23(17):  2017-2022. 
摘要 ( )   PDF (500KB) ( )  
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针对目前空间机构结构描述和分析方法存在的不足,提出了基于约束函数和邻接矩阵的新方法。根据空间机构运动副的约束特征,定义了向量形式的空间机构运动副特征参数——约束函数及以约束函数为元素的空间机构特征参数矩阵——运动链邻接矩阵;分析了约束函数的性质;运用运动副约束函数和运动链邻接矩阵对空间机构的拓扑结构进行了描述和分析。结果表明,运动副约束函数适用于包括变拓扑结构的各类运动副,能综合描述运动副类型、级别、自由度、方位、性质等信息及其变化的情况;运动链邻接矩阵适用于各类机构的非瞬时描述与分析,能广泛描述运动链的构件数、运动副数目、类型、级别、方位、性质、机构类别、自由度、空间布局等诸多信息;示例证明了约束函数和邻接矩阵描述分析空间机构的直观性、有效性和简便性。基于约束函数和邻接矩阵的解决方案为空间机构的描述和分析提供了一种新的途径和方法。
糖果包装机中凸轮连杆-组合机构的尺寸综合研究
常勇1, 杨富富2, 李延平1
2012, 23(17):  2021-2030. 
摘要 ( )   PDF (656KB) ( )  
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以意大利进口糖果包装机中的凸轮—连杆组合机构为研究对象,给出了其尺寸综合问题的准确描述。提出了表征衡量该机构传动质量的两个重要指标——压力角α5和α2,以及在已知连杆初始长度s20条件下,具有最优和许用传动质量的机构综合理论和方法,以及更具一般性的最小尺寸机构综合理论和方法。通过建立坐标系和引入“游动坐标轴”的概念,特别是通过提出“瞬时可行域”、“整程可行域”等新概念,给出了求解确定滚子中心容许选择区间的基本原理,圆满解决了滚子中心容许选择区间、凸轮基圆半径许用取值范围的确定问题。
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热固性塑料剪切粉碎机腔内流场数值模拟与试验分析
刘志峰, 赵建, 吴仲伟, 石磊
2012, 23(17):  2031-2035. 
摘要 ( )   PDF (680KB) ( )  
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超细粉碎是实现热固性塑料高效回收的前提,为了研究粉碎机腔内的流场变化对粉碎效果的影响,简化了粉碎机腔的内部模型,并忽略其颗粒的影响,采用RNG k-ε双方程湍流模型和SIMPLER算法求解气相的N-S方程,针对粉碎机腔内的刀齿结构、内壁结构及粉碎机转速的几种不同方案,分析了数值模拟获得的粉碎机腔内的压力场和速度场,确定三螺旋刀齿和阶梯内壁结构作为试验专机设计方案进行试验,结果表明：物料在该条件下的粉碎能达到很小的粒径,粉碎过程中生成了自由基团,取样观察发现了团聚现象。
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基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计
汪波, 邓智泉, 赵旭升, 刘程子, 华春
2012, 23(17):  2036-2040,2047. 
摘要 ( )   PDF (634KB) ( )  
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针对永磁偏置轴向径向磁轴承集成度高、结构紧凑、磁场分布不规则、偏置磁场和控制磁场存在耦合的特点,根据二维仿真结果,在精细划分磁轴承漏磁路径和软磁路径的基础上,构建了包括漏磁磁阻和软磁磁阻的精确磁路。利用精确磁路可观测各磁路中的磁通分布的优势,有针对性地调整磁轴承的各结构参数,实现其设计的优化,减少对初步参数的重复有限元仿真。对设计样机进行的三维有限元仿真结果表明：基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计正确合理。
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数控机床视觉在位测量CAI系统
夏瑞雪, 卢荣胜
2012, 23(17):  2041-2047. 
摘要 ( )   PDF (721KB) ( )  
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针对视觉探头的数控机床在位测量系统,以AutoCAD为开发平台,利用其最新的二次开发工具 .NET API,使用C#编程语言,研究开发了一套计算机辅助测量（CAI）系统,该系统主要包括测量元素提取和识别、测量路径规划、测量NC代码生成、测量过程仿真、数据处理和测量结果比对等功能模块。在该CAI系统中,可根据测量任务,通过图形交互的方式生成优化的测量路径,并将其转换为驱动数控机床对工件进行自动测量的NC代码,然后对测量过程进行实时动态模拟,确保测量过程的正确性和安全性,并将测量值与设计值进行比对,提供测量报告。相关实例表明,该CAI系统能有效地提高测量效率,缩短产品的制造周期。
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改进遗传算法用于自由曲线重建研究
温秀兰, 王东霞, 盛党红, 朱晓春
2012, 23(17):  2048-2052. 
摘要 ( )   PDF (530KB) ( )  
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提出一种基于改进遗传算法的自由曲线重建方法,该改进遗传算法基于实数编码,采用基于代沟最小的代选择模型,选用BLX-α混合交叉算子,算法简单、优化效率高;其中用非均匀有理B样条表示自由曲线,以重建曲线上点与测得数据点间的欧式距离的平均值作为目标函数,曲线参数化、节点向量及控制顶点的权值通过改进遗传算法优化确定,再根据已确定的数据参数和控制顶点权值用最小二乘法计算控制顶点坐标,完成自由曲线重建。实例证明,该算法不仅计算速度快,重建曲线精度高,而且算法鲁棒性强,可以方便地实现不同次数和不同控制顶点个数的自由曲线重建。
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基于李群理论的双驱动2T3R五自由度并联机构型综合
范彩霞1, 2, 刘宏昭1
2012, 23(17):  2053-2057. 
摘要 ( )   PDF (524KB) ( )  
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基于李群理论,提出了双驱动两移动三转动（2T3R）五自由度并联机构型综合的方法,应用该方法综合了2T3R五自由度双驱动并联机,得到了一类新型的双驱动五自由度并联机构。对一种新型机构,运用李群理论进行自由度的计算,运用单开链法进行主动副的选取,结果表明所提出的型综合方法正确可行。

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基于Pareto遗传算法的螺旋铣加工参数优化
王海艳, 秦旭达, 任成祖
2012, 23(17):  2058-2061. 
摘要 ( )   PDF (461KB) ( )  
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螺旋铣是主要针对航空领域中难加工材料的先进制孔工艺技术。在螺旋铣孔过程中,主轴转速、每齿进给量和每转轴向切削深度是3个最主要的加工参数。以材料去除量和刀具耐用度为优化目标,基于Pareto多目标遗传算法,针对螺旋铣削钛合金材料在稳定性切削条件下的切削参数进行了优化,主要考虑铣削参数对孔表面质量的影响。最终通过切削实验进行了验证。
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基于纳米晶软磁合金的转矩、转速和转角多功能传感器研究
石延平, 周庆贵, 臧勇
2012, 23(17):  2062-2065,2070. 
摘要 ( )   PDF (538KB) ( )  
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为提高传感器的多功能性,对一种可同时测量转角、转速和转矩的非接触式传感器进行了研究。首先,论述了传感器的结构和基于纳米晶软磁合金压磁效应的测量原理,然后推导出传感器的输出数学模型与灵敏度表达式。最后,在25～100℃温度范围、0～450N·m转矩范围及500～3525r/min范围内进行试验,得出相对于25℃的零点温度漂移为0.002 03%/℃（满量程）,满量程最大线性度、重复度及迟滞静态误差分别为0.81%、0.50%、0.85%,转速最大相对误差为0.70%。试验数据还显示,该传感器的测量灵敏度为1.26mV/N·m,精度达到1.0%,对于一般工程应用是可行的。
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基于切削温度的切削用量优化的实践与研究
盛精1, 黄丛林2, 刘超3, 张碧玉3
2012, 23(17):  2066-2070. 
摘要 ( )   PDF (603KB) ( )  
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面向一切削加工系统,通过切削试验,以切削面积刀具的相对磨损值为量值,提出了基于最佳切削温度下切削用量的确定方法。首先,从铣削加工试验中获取切削速度与切削表面积相对磨损值和切削温度的关系,研究了最优切削用量与切削温度的关系;然后,通过刀具磨损现象,探讨了最佳切削温度时刀具磨损的机理;最后,建立了切削用量的优化方程。从而为切削用量的优化探索了新的途径,为金属切削数据库的建立提供了依据。
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信息技术
四轮并列式起落架焊接主起轮轴受载模型及分析
黄铭敏1, 2, 左敦稳2, 黎向锋2, 汪洪峰2, 王珉2
2012, 23(17):  2071-2074. 
摘要 ( )   PDF (475KB) ( )  
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针对大飞机上常用的四轮并列式起落架,给出了飞机在着陆准稳态阶段,其起落架焊接主起轮轴的受载数学模型。以伊尔-76飞机为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS,模拟了其机轮着陆过程中焊接主起轮轴受力状况。结果表明,主起轮轴上两道焊缝处应力最大,断裂几率最高,最先着陆机轮的轴颈处由于受到循环载荷作用,易发生疲劳断裂。
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基于本体的大型风力发电机组故障智能诊断研究
周安美, 于德介, 吴雪明, 刘坚, 李蓉
2012, 23(17):  2075-2080. 
摘要 ( )   PDF (599KB) ( )  
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针对目前快速发展的风电行业中大型风力发电机组故障诊断方法多、理论复杂,维护人员难以掌握的问题,提出了基于本体的风力发电机组故障智能诊断系统,辅助维护人员选择合适的故障诊断方法。系统以本体形式表示风电机组故障诊断领域知识,提供了与用户进行信息交互的接口,并建立了诊断方法推理所需的规则集。基于Java平台开发了基于本体的风力发电机组故障智能诊断原型系统,该系统可用于风电机组故障智能诊断。
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机械基础工程
基于随机摄动有限元的连续体随机拓扑优化设计
李景奎1, 张义民2
2012, 23(17):  2080-2083. 
摘要 ( )   PDF (410KB) ( )  
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提出了连续体结构随机拓扑优化设计（STOD）的概念。假定连续体的随机参数满足正态分布,根据随机参数的均值和方差,利用随机摄动有限元理论（SFEA）求出连续体单元应力的均值和方差,利用线性同余法(LCGs)产生伪随机数,得到单元应力的伪随机数值,继而以单元应力的欧氏距离为判别标准,利用K邻近算法（KNN）对连续体结构进行拓扑优化设计,最后给出了计算示例。
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膀胱动力泵尿道阀的设计及实验研究
柳春宝1, 李笑1, 关婷2
2012, 23(17):  2084-2087. 
摘要 ( )   PDF (460KB) ( )  
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运用电磁学理论和流体力学理论,建立了尿道阀的数学模型,利用该模型仿真分析了电流和气隙等不同因素对尿道阀特性的影响。通过仿真和实验对比,验证了所建立模型的有效性。在模拟实验系统上,探讨了尿道阀对膀胱动力泵排尿动力特性的影响,结果表明：增大电磁铁电流、减小电磁铁与尿道阀之间的气隙,有利于提高最大尿流率、缩短尿流时间。研究结果可为膀胱动力泵的特性分析和结构优化设计提供参考。
电机断条故障下液压动力源特性仿真研究
陈江城, 谷立臣, 刘沛津
2012, 23(17):  2088-2092. 
摘要 ( )   PDF (527KB) ( )  
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以异步电机和齿轮泵组成的液压动力源为研究对象,深入分析了电机转子断条故障引起的电磁转矩、转速和功率产生脉动的机理。利用多回路法建立了电机转子断条故障下液压动力源的动态数学模型,并对其主要机、电、液参数进行仿真分析,结果表明,电机发生断条故障时,由于定子电流边频分量与转子系统的耦合作用,使得液压动力源的输入输出参量均出现不同程度的脉动,脉动程度与频率均随故障程度的加剧及负载的增大而增大,影响液压动力源的平稳运行;同时证明,电机发生转子断条故障时,液压动力源的效率亦大幅下降。
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机器人手臂的刚柔耦合建模及摆动模态对比
王斌锐1, 2, 方水光1, 严冬明1
2012, 23(17):  2092-2097. 
摘要 ( )   PDF (638KB) ( )  
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以机器人柔性手臂为对象,基于Jourdain变分建立了刚柔耦合动力学模型;通过假设模态法将物理坐标变换成模态坐标,对动力学方程进行解耦。参考人体参数,利用ADAMS建立了虚拟样机模型,设计了形函数矩阵。在MATLAB中编写了方程求解算法。对比了ADAMS和MATLAB对柔性手臂转角的仿真。针对碳纤维、铝合金、聚乙烯和聚丙烯4种材质手臂仿真重力作用下的摆动运动,绘出了末端横向变形位移和频谱图;量化分析了变形量和模态。结果表明随着弹性模量与密度的比值增大,手臂固有频率增大,横向变形位移减小;碳纤维材质可近似建模为刚体;碳纤维和铝合金适合做手臂机构;聚丙烯材质刚度和柔顺性较好。
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相敏检波在空气耦合超声检测中的应用
魏东1, 周正干2
2012, 23(17):  2098-2102. 
摘要 ( )   PDF (558KB) ( )  
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空气耦合超声检测信噪比低、脉冲余振长,需要采用合适的信号处理技术增强接收信号的信噪比。根据空气耦合超声检测过程中影响接收信号的因素,提出先采用相敏检波技术对接收信号进行处理,获取相位信号,然后计算得到超声检测信息。介绍了超声检测中的超外差接收、相敏检波原理,并阐述了在超声检测应用中需注意的问题。根据分析研究结果,构建了相敏检波空气耦合超声检测系统,在常规超声检测系统的基础上进行了相应改造,实现了超声成像检测。碳纤维增强复合材料板的成像检测结果表明：相敏检波可以有效提高系统信噪比和检测效果。
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材料工程
金属带材少无毛刺精密分切加工新工艺分析
阎秋生1, 黄升伟2, 李忠荣2, 潘继生1, 赖志民1
2012, 23(17):  2102-2106. 
摘要 ( )   PDF (534KB) ( )  
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在分析金属带材分切加工过程及其主要缺陷和分切毛刺去除技术的基础上,提出将上下成对圆盘刀设置为轴向负间隙、径向正间隙,在分切过程中,金属板材表面形成剪切缺口但不分开,随后增设压力分断辊使残留材料层延性断裂分离,亦即“塑性剪切压迫分离”。通过设置上下圆盘刀间隙,使刃口作用区材料处于压应力状态而塑性剪切变形形成切口,再经分断辊压力作用,产生二次变形分离,实现少无毛刺精密分切加工。 
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剧烈塑性变形制备高强度高导电纯铜的研究
石凤健1, 王雷刚2
2012, 23(17):  2106-2110. 
摘要 ( )   PDF (624KB) ( )  
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研究了纯铜多道次反复镦压剧烈塑性变形后的组织、力学性能及导电性能。结果表明,通过反复镦压能在保持试样原始形状和尺寸的情况下在材料内部累积很大的应变,实现材料组织的超细化,退火纯铜经B路线15道次反复镦压变形后,晶粒细化至亚微米级。随镦压次数的增加,纯铜的硬度和抗拉强度明显提高,抗拉强度达到459.1MPa,伸长率明显下降,但仍在20%以上。纯铜的导电率随镦压次数的增加而下降,但15道次镦压后仍然保持在91.7%IACS,说明反复镦压剧烈塑性变形工艺可以制备出具有高强度和良好导电性的块体纯铜材料。
车辆工程
基于预瞄最优曲率模型的大曲率转向控制方法
沈峘, 凌锐, 李舜酩
2012, 23(17):  2111-2116. 
摘要 ( )   PDF (606KB) ( )  
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针对自主车辆的大曲率转向控制问题,研究拟人转向控制模型。模仿驾驶员对预瞄点运动状态的判断,采用2个并联的模糊控制器,分别估计预瞄偏差角和偏差距离对转向意愿的判断。以道路曲率半径作为约束,利用杠杆原理对并联控制器的输出进行决策,获得期望的方向盘转角。双移线和直角弯2种道路仿真结果表明：基于预瞄最优曲率模型的大曲率转向控制方法能有效地控制车辆轨迹,运动过程平稳,适用于大曲率转向控制。
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轻型客车车身结构评价方法及应用
高云凯, 张婷婷, 刘海立
2012, 23(17):  2116-2121. 
摘要 ( )   PDF (598KB) ( )  
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提出轻型客车车身结构性能的评价方法,评价内容包括白车身的刚度与强度、模态、安全带固定点强度、整车前后碰撞安全性能等方面。以某轻型客车为例,采用提出的评价方法,分析轴距加长对客车各方面性能的影响,为轻型客车车身结构设计的改进方向提供依据。
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基于BP神经网络的侧碰多目标优化设计
周利辉, 成艾国, 陈涛, 赵敏, 周泽
2012, 23(17):  2122-2127. 
摘要 ( )   PDF (597KB) ( )  
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采用拉丁方试验设计方法对汽车侧围关键吸能部件的材料和板料厚度进行了多参数空间的样本数据设计,结合近似技术和多目标遗传算法,提出了一种基于BP神经网络模型的侧碰多目标优化方法。研究结果表明：该方法在满足侧碰法规GB20071的基础上,既能提高侧围结构对乘员的保护性能,又能实现其轻量化目标;BP神经网络模型的精度和效率较好地满足了工程要求。
学科发展
无轴承永磁同步电机技术综述及其发展趋势探讨
孙晓东, 朱熀秋, 杨泽斌
2012, 23(17):  2128-2135. 
摘要 ( )   PDF (676KB) ( )  
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阐述了无轴承永磁同步电机径向悬浮力的产生原理,综述了无轴承永磁同步电机的关键技术,对无轴承永磁同步电机的几种典型结构、数学模型及无轴承永磁同步电机的控制技术进行了详细分析。针对目前无轴承永磁同步电机的研究现状和不足之处,探讨了无轴承永磁同步电机技术的研究方向和发展趋势。
军事伪装技术的发展现状与趋势
颜云辉, 王展, 董德威
2012, 23(17):  2136-2141. 
摘要 ( )   PDF (509KB) ( )  
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介绍了伪装技术的含义,指出伪装技术在现代战争中的重要性。详细说明了现阶段应用于军事伪装领域的几种伪装技术的原理及其应用,其中包括遮障技术、示假技术和迷彩伪装技术,展示了当今世界军事伪装技术的发展现状。分析了军事伪装技术的发展趋势,指出伪装技术正向着多波段、多元化、智能化的方向发展;随着更多学科理论的应用,伪装技术会融入更多的新方法和新思路。
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