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2012年 第23卷 第21期    刊出日期：2012-11-10
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2012, 23(21):  0. 
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机械基础工程
用CFD方法研究具有通用膜厚方程径向轴承的动压特性
庞晓平, 牛坤, 魏思远
2012, 23(21):  2521-2524. 
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应用CFD软件FLUENT和COMSOL Multiphysics对具有通用径向方程的径向轴承建立有限元模型,并进行了三维数值仿真模拟,得到了动压径向滑动轴承内部的压力场分布, 通过编程计算出雷诺边界条件下的承载力及相关参数。比较FLUENT和COMSOL Multiphysics的计算结果与数值分析的计算结果可知,对于具有通用型线方程的非圆弧轴承和圆轴承,FLUENT和COMSOL Multiphysics与数值分析计算的径向轴承动压特性一致,即非圆型线轴承的承载力大于圆弧型轴承的承载力,验证了通用膜厚方程理论的正确性
基于方位特征的六自由度并联机构型综合
邓嘉鸣, 余同柱, 沈惠平, 李云峰, 李菊, 杨廷力
2012, 23(21):  2525-2530,2640. 
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应用基于方位特征集的机构拓扑结构设计理论与方法,综合了10余种低耦合度六自由度并联机构的拓扑结构,给出了综合的过程与步骤,对机构结构进行了特性分析及分类。该方法几何与物理意义明确,所用数学方法简单,适用于无过约束机构和一般过约束机构的拓扑结构设计,且机构存在的几何条件具有一般性。
点接触摆线行星传动齿面构建方法
易文翠1, 2, 陈兵奎1, 李海翔1
2012, 23(21):  2531-2535. 
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提出了点接触摆线行星传动的形成方法,并在摆线行星传动共轭啮合副的基础上给出形成点接触啮合的基本原理;提出了针齿啮合管齿面的构建新方法,推导出啮合管齿面方程、接触曲线方程,从而建立了以摆线针轮共轭啮合副的啮合曲线为脊线的啮合管共轭齿面。在设计实例中,构建了针齿的啮合管齿面,给出了针齿啮合管的位置参数和啮合管半径的选择方法,讨论了点接触摆线行星传动的特性。
金属带式无级变速器钢带环弹性特性及其造成的能量损失
张武1, 2, 刘凯1, 崔亚辉1, 原园1, 赵桐1
2012, 23(21):  2535-2541. 
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基于弹性力学理论,建立了金属带式无级变速器钢带环伸长模型。在圆弧段上,钢带环被简化为组合薄壁圆筒模型,在直线段上被简化为单向拉伸模型。模型计算结果显示：随着传动比的增大,应力应变在主动轮上不断增大,在从动轮上先减小后增大;径向位移在主动轮上先减小后增大,在从动轮上不断增大;当传动比一定时,最内层钢带环的应力应变和径向位移最大,最外层最小;钢带环总的伸长量随着传动比的增大而增大,但当传动比为1时有所减小;钢带环线应变范围是0.04%~0.08%。功率损失分析表明：钢带环应变能功率损失范围为27.15~86.73W,当传动比为1时,总功率损失为34.85W。
滑动状态下摩擦提升绞车衬垫温升有限元分析
王前1, 肖兴明1, 邢晓芳2
2012, 23(21):  2542-2545. 
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考虑黏弹性体性质对衬垫热物理性质的影响,建立了衬垫温升计算模型,并对其进行有限元分析。得出了衬垫温升受滑动速度、衬垫摩擦因数及热量分配系数等参数的影响程度,衬垫温升与滑动速度、摩擦因数、轻载侧拉力和围包角成正比,滑动初始阶段温升变化较大,之后温升趋于平稳,在衬垫接触面的不同深度温升曲线形状有所不同。给出了特定滑动速度下所允许的滑动距离,为研究滑动保护装置投入时间提供理论依据。与实验数据对比,验证了模型的正确性,并具体分析了钢丝绳蠕动状态下的衬垫温升,说明了蠕动不是造成衬垫性能降低的主要因素。
叶轮流道非正交四轴加工的刀轴控制方法
吴宝海1, 韩飞燕1, 杨建华1, 秦涛2
2012, 23(21):  2546-2551. 
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针对自由曲面叶轮流道非正交四轴加工,提出了一种在刀轴约束面上旋转插值的刀轴控制方法。通过分析刀轴约束条件,在工件坐标系下建立满足约束条件的单位圆锥面。采用清根切触点处初始刀轴的计算方法求解清根轨迹上每一个切触点处无干涉的刀轴矢量。按照清根切触点序列依次计算流道两侧对应清根刀轴在单位圆锥面上确定的扇形曲面区域,并在该区域等角度旋转插值清根刀轴,从而获得流道加工的刀轴矢量,最后建立机床运动学约束条件并对其进行光顺处理。结果表明,该方法能够准确有效地计算叶轮流道非正交四轴加工光滑且无干涉的刀轴矢量。
踝关节康复机器人设计及人—机运动映射分析
印松
2012, 23(21):  2552-2556. 
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设计一种康复机器人以帮助病人实现踝关节的康复训练。在自由度分析的基础之上,所设计的康复机器人采用3-PUS/S型并联机构。采用旋量理论验证了康复机器人可以实现与踝关节相同的球面运动。通过运动学分析得到机器人的雅可比矩阵。为解决机器人回转中心与踝关节中心不重合的问题,进行了踝关节到康复机器人的运动映射分析。最后通过数值仿真对运动映射进行了验证。
导电加热切削有限元仿真及试验研究
刘新, 徐文骥, 孙晶, 张琳
2012, 23(21):  2556-2561. 
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正交回归试验建立的导电加热切削加热电阻经验公式表明,加热电流对加热电阻的影响最大。利用加热电阻经验公式进行了有限元分析,归纳出加热电阻焦耳热产生温升的经验公式。结合三维切削模型和Umbrello本构方程,对导电加热切削的切削力和温度场进行了三维有限元仿真及试验验证。加热电流I≥160A时可以得到较小的切削力;切削变形区的切屑处温度最高;最佳切削温度对应的最佳加热电流为168～190A。
摆臂式转移机构力学特性分析
陈哲吾, 卿启湘, 文桂林, 侯鹏飞
2012, 23(21):  2562-2567. 
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基于巡视器转移过程约束条件的分析,设计了一款摆臂式转移机构,运用运动学和动力学的原理对该机构所预计到的恶劣工况的力学特性进行了理论计算和数值仿真分析,获取了各个部件铰接点的宏观力。以此为各个构件设计的初始输入条件,对转移机构进行了设计,完成了原理样机的研制。理论计算、数值试验和样机试验结果表明,理论和仿真计算模型正确有效,结构设计合理,转移机构方案切实可行。
上肢可达工作空间的重建
李倩, 吉晓民, 高峰
2012, 23(21):  2568-2572. 
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为提高虚拟人在人机工程可及性评估中的真实性,建立了七自由度人体上肢参数化运动模型,基于该模型可计算出上肢末端的所有空间可达点。为了消除可达点间存在大量重复、冗余的问题,进一步提出了点云边界优化处理的具体实施算法,将其与逆向软件结合,实现了点云边界的曲面重构。最后,将所得的三维可及空间模型绑定于虚拟人体,通过驱动虚拟人进行静态或动态可及性评估,为各类操作器件的合理布局提供修改依据。
抛光表面质量对不锈钢制品耐蚀性能的影响
黄佳1, 阎秋生1, 路家斌1, 刘炳耀2, 陈永锦2
2012, 23(21):  2573-2577. 
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采用化学浸泡法和动电位极化曲线法研究了中性氯离子环境中不锈钢制品抛光表面粗糙度对其耐蚀性能的影响。结果表明：随着表面粗糙度的增大,蚀孔的平均最大深度和平均最大面积呈增大趋势;提出了表征表面光滑平坦程度的不锈钢抛光表面开放度参数δ,抛光表面腐蚀深度和面积与表面开放度参数δ成近似负线性关系;表面开放度参数δ越大,击穿电位Eb相对越高,电流密度Jpass相对越小,耐腐蚀性能越好。
胀-压复合成形汽车桥壳预成形管坯的设计及成形试验
崔亚平, 王连东, 杨立云, 杨东峰
2012, 23(21):  2577-2580. 
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根据胀-压复合成形汽车桥壳新工艺,提出了预成形管坯的设计方法,将其桥包部分截面周长与制件对应部位截面周长的比值定义为截面系数;针对某小型汽车桥壳样件,使用分析软件ANSYS对不同截面系数下的预成形管坯进行了成形的有限元模拟,并根据测定样件的桥包部分过渡圆角的大小,确定了截面系数的取值范围。基于提出的设计方法制定的胀-压复合成形工艺,在普通液压机上成功试制出桥壳样件,实际测量了其外形尺寸,证实了提出的预成形管坯设计方法可行。
声带物理模型虚拟实验平台搭建
陈东帆1, 陈维涛2, 高祥2, 韩兴乾2
2012, 23(21):  2581-2585. 
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针对人体声带的难以侵入性研究,设计了人体声带物理模型的实验平台。首先介绍了实验平台的总体设计,并对实验平台的相关设备进行了介绍,运用三维软件对实验平台进行建模;然后介绍了声带物理模型的设计及相关检测设备,进行了实验验证,并介绍了工作过程。声带物理模型虚拟实验平台能够为声带模型的实验提供支持,获取相关实验数据,为发声及声带疾病的研究提供支持。 
信息技术
物体三维数字化中消除遮挡孔洞的视点规划方法研究
陈天凡1, 2, 高诚辉1, 何炳蔚1
2012, 23(21):  2585-2590. 
摘要 ( )   PDF (660KB) ( )  
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针对视点规划研究中的遮挡与孔洞问题,提出了通过建立点云孔洞边界点最小包容盒来有效消除遮挡孔洞的新方法。把视点规划分为侧面信息激光扫描视点规划和遮挡孔洞表面扫描视点规划,以孔洞边界点最小二乘平面的平行面为视觉系统扫描遮挡孔洞表面的运动平面,视觉系统的平移运动范围大于最小包容盒的四周平面范围,对孔洞轮廓表面进行点云数据采集。最后通过实例验证了所提方法的有效性。
基于BOM的复杂产品模块划分方法研究
谌炎辉, 周德俭, 冯志君, 袁海英
2012, 23(21):  2590-2593. 
摘要 ( )   PDF (491KB) ( )  
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提出了一种基于产品物料清单(BOM)且适合于复杂产品的模块划分方法。首先基于复杂产品的BOM,形成以零部件为节点的产品结构树(PST),然后通过分析同一节点内零部件的几何、功能和物理相关性得到关联矩阵(CM)并生成关联图(CG),根据关联图计算在不同划分情况时的模块化度(DM),在结构树范围内选择最优的模块化度确定模块的划分。最后以轮式装载机的工作装置为例说明该方法的合理性和有效性。
基于小波分析的漏钢预报温度数据处理
张本国1, 李强1, 王葛1, 孙丽凤2, 张志克3
2012, 23(21):  2594-2596. 
摘要 ( )   PDF (437KB) ( )  
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将小波分析引入到连铸过程漏钢预报系统中,对热电偶所采集的温度数据进行降噪处理。通过对连铸现场采集的温度数据进行多尺度小波分解,并对小波分解系数作相应的阈值处理,最后重建温度信号,去除了温度数据中的噪声。结果表明,经过小波分析降噪后的温度数据能更好地反应测温点的温度变化趋势。
基于人工神经网络的零件族智能搜索算法
王军, 张艳
2012, 23(21):  2597-2600. 
摘要 ( )   PDF (494KB) ( )  
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采用生产流程分析法对零件分组时,通常难以为新零件确定所属零件族,故提出了基于神经网络的零件族智能搜索算法。该方法将工艺与零件族的关系转化为零件编码与零件族之间的关系,基于现有零件的编码、工艺过程和零件族划分情况,用神经网络构建零件编码与零件族之间的智能非线性映射模型,从而实现新零件的零件族智能搜索。给出了算法的基本原理、神经网络设计和训练过程,并结合实例验证了算法的可行性和有效性。
机械基础工程
直接驱动机器人的函数链神经网络-PD复合控制
贺红林1, 刘文光1, 汪洋2
2012, 23(21):  2601-2606,2611. 
摘要 ( )   PDF (729KB) ( )  
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为了实现直接驱动机器人精密控制,研究了直接驱动机器人的函数链神经网络-PD（FLNN-PD）控制问题。首先,对机器人动力学模型及FLNN的函数逼近特性进行分析;然后为机器人构建双闭环控制系统,推导出系统的误差动力学方程及不确定性动力学函数;引入FLNN逼近不确定性函数并为系统规划出FLNN-PD控制律;最后进行了仿真控制实验。结果显示,该控制器可使系统转角误差和角速度误差控制在±0.002rad和±0.1rad/s之内,且其对系统的参数变化及外部扰动具有较强的自适应性和鲁棒性。
弧齿锥齿轮中凹盘铣刀高效数控铣削及仿真
李更更1, 邓效忠1, 2, 魏冰阳2, 李天兴1, 杨建军2
2012, 23(21):  2607-2611. 
摘要 ( )   PDF (493KB) ( )  
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为了解决球头铣刀数控铣削弧齿锥齿轮时切削带宽小、效率低等问题,提出了基于中凹盘铣刀的弧齿锥齿轮五轴数控高效率铣削方法。在掌握弧齿锥齿轮几何构造的基础上,选用刀底带内凹的盘铣刀,先确定刀具侧倾角以避免齿槽底面的过切,再参考端铣刀加工自由曲面的理论确定刀具前倾角,以保证大的切削带宽。弧齿锥齿轮的数控铣削仿真验证了该高效铣削方法的可行性和正确性。

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基于不确定性准则的薄壁管耐撞可靠性设计
张勇, 徐西鹏, 杨永柏, 张成
2012, 23(21):  2612-2616. 
摘要 ( )   PDF (526KB) ( )  
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为了提高薄壁圆管的耐撞性,基于可靠性理论与响应面近似技术,建立了薄壁圆管的高精度近似模型,提出一种基于产品质量工程的可靠性优化设计方法。与传统确定性优化结果相比,可靠性优化结果不仅较好地满足了薄壁圆管的耐撞性要求,而且大大提高了优化设计的效率。同时,薄壁圆管的使用可靠性也有较大幅度的提高。
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基于服务决策表的产品配置规则研究
胡浩1, 鲁玉军1, 蔡江涛2, 骆华武3, 汪崟1
2012, 23(21):  2616-2619. 
摘要 ( )   PDF (442KB) ( )  
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针对国内外学者对产品配置理论的研究缺乏从产品服务数据提取产品配置知识的问题,开展了基于服务决策表建立产品配置规则的研究。产品服务过程中的各种工况信息被归纳为产品服务特征,以产品服务特征为条件属性,将其与服役产品是否匹配作为决策属性,组建原始粗集决策表。原始粗集决策表经过相容性分解、条件属性约简以及决策规则融合后,得到服务决策表形式的产品配置规则。
模糊PID主动悬架对重型货车侧翻稳定性的改善研究
陈一锴1, 何杰2, 张卫华1, 石琴1, 陈无畏1
2012, 23(21):  2620-2625. 
摘要 ( )   PDF (669KB) ( )  
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提出一种提高重型货车侧翻稳定性的模糊PID自适应主动悬架控制策略。考虑空气悬架的非线性特性,在MATLAB/Simulink平台构建了1/2重型货车－多点随机激励路面四自由度动力学耦合模型;采用模糊推理完成PID主动悬架控制参数的在线调整,并通过阶跃转向、双移线试验分析不同路面等级和侧向加速度下车身侧倾角及侧翻因子的优化效果。仿真结果表明,该策略能在保障两轴重型货车转向能力的同时,有效提高各种转向工况和路面等级下车辆的侧翻稳定性。
材料工程
铝/镀锌钢薄板异种金属CMT熔钎焊接头组织与力学性能
余刚, 曹睿, 陈剑虹
2012, 23(21):  2625-2629. 
摘要 ( )   PDF (589KB) ( )  
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采用冷金属过渡方法对铝合金和镀锌钢板进行了熔钎焊连接,使用扫描电镜、能谱分析和拉伸试验分析了接头的截面形貌、组织特征、焊接缺陷及力学性能。试验结果表明,铝合金和镀锌钢能得到成形美观、性能良好的搭接接头。对焊缝金属的组织特征分析表明,焊接接头由熔化区、中心界面区、过渡界面区和富锌区组成,在焊缝金属和镀锌板的界面区形成厚度为3～4μm的金属间化合物层(主要成分为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5和FeAl3),富锌区由富铝的固溶体和残留的锌组成。在进行拉伸试验时,断裂发生在热影响区,接头强度为204MPa。
铜排连续挤压力能的工程法计算
于孟, 代娜娜, 钟毅
2012, 23(21):  2630-2633. 
摘要 ( )   PDF (452KB) ( )  
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采用工程法对连续挤压铜排的力能进行了计算,得到了连续挤压铜排模腔入口挤压应力的解析表达式及挤压应力随产品厚度和宽厚比变化的规律。考虑到溢料和堵头对挤压轮产生的扭矩,对204.5mm×7.5mm铜排连续挤压的功率进行了计算,并将其与实验中的实测值进行比较,二者误差为12%,能满足工程计算的需要。因此,该方法可为模具设计和合理选择铜排连续挤压设备提供参考。
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车辆工程
纯电动汽车电－液复合制动系统控制算法的多边界条件优化设计
李玉芳1, 周丽丽2
2012, 23(21):  2634-2640. 
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根据纯电动汽车动力系统的特点,提出电－液复合制动系统控制算法的多边界条件优化设计方法。基于对制动强度需求、ECE法规和电机/蓄电池特性等多边界条件的分析,得出制动力分配比例的合理取值范围,以此为基础,提出根据制动强度需求和不同附着系数路面的使用频率等因素确定前后轴制动力分配系数的方法。仿真分析验证了制动力分配算法的有效性和合理性。
多段式液压机械无级变速器方案设计与特性分析
徐立友1, 周志立1, 彭巧励1, 王彬彬2
2012, 23(21):  2641-2645. 
摘要 ( )   PDF (540KB) ( )  
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针对目前拖拉机多挡有级变速器换挡过程中存在的传动比不连续问题,设计了一种新型多段式液压机械无级变速器。以东方红1302R拖拉机为对象,分析了其无级调速特性、平稳换段条件、转矩特性、液压功率分流比、效率特性及牵引特性。分析研究表明,所设计的液压机械无级变速器具有变速范围宽、传递功率大、效率高、传动平稳等优点,可较好地满足拖拉机复杂多变的作业工况要求。
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