中国机械工程

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2012, 23(23): 0.

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自润滑金属结合剂CBN砂轮干式磨削特性分析

霍文国1, 2, 徐九华3, 傅玉灿3, 戚厚军2

2012, 23(23): 2773-2777.

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针对钛合金难磨削加工性,提出了自润滑金属结合剂砂轮,综合液相烧结与钎焊工艺制备了自润滑金属结合剂立方氮化硼（Cubic Boron Nitride,CBN）砂轮,分析了砂轮强度和微观组织,完成了自润滑CBN砂轮与碳化硅砂轮干式磨削钛合金的性能试验。通过砂轮磨损、工件表面形貌、金相显微组织和显微硬度等特性研究表明:自润滑CBN砂轮干式磨削钛合金切削性能明显优于绿色碳化硅砂轮,在vs=15m/s,vw=2m/min,ap=0.025mm磨削条件下,自润滑金属结合剂砂轮具有较好的磨削性能。
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一种新型非匀速间歇机构的研究

俞高红1, 陈志威1, 叶秉良1, 赵匀1, 朱建平2

2012, 23(23): 2778-2782,2787.

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在分析现有非匀速间歇机构的基础上,提出了一种基于非圆-不完全非圆齿轮传动的非匀速间歇机构。介绍了该机构的工作原理和运动学特性,建立了该机构的运动学模型,开发了该非匀速间歇机构的计算机辅助分析软件,通过人机交互方式得出一组满足间歇机构传动的结构参数。基于该参数,进行了三维建模和虚拟仿真。该非匀速间歇机构已成功地运用于穴盘苗取苗机构的样机上,从而验证了该非匀速间歇机构理论模型的正确性和可行性。

立式数控平面研磨机力/位控制方法及试验研究

闫雯, 黄玉美, 高峰

2012, 23(23): 2783-2787.

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针对平面研磨的加工特点及现实要求,提出了一种扭矩限制与定尺寸控制相结合的立式数控平面研磨机力/位控制方法。将压力控制等效为扭矩控制,通过理论分析和试验找出了Z轴电机输出扭矩与研磨压力之间的函数关系,在速度模式下通过限制电机输出扭矩实现了研磨压力的调节。同时,利用伺服电机速度模式下的扭矩限制有效避免了加工中出现压力过大灼伤加工面的情况。设计了定尺寸机构实现最终负载端外环位置检测,直接控制工件加工尺寸,避免了中间环节的误差。试验结果表明该力/位控制方法研磨效果良好,压力控制稳定性和定位精度均能够满足研磨加工的工艺要求。与传统立式研磨机的控制方法相比,该方法不仅提高了研磨质量,且省去了液压或气压机构,避免了停机人工测量,提高了加工效率。
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压电陶瓷拨爪电机驱动特性研究

范伟, 李钟慎, 崔长彩

2012, 23(23): 2788-2792.

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利用PCI-7484数据采集卡、光栅和加速度传感器等构建了压电陶瓷拨爪电机驱动测试系统,对其驱动特性进行了实验性分析研究,得到了压电陶瓷拨爪电机交流驱动模式所产生附加振动的规律以及直流工作模式下的纳米级驱动特性曲线,从而为进一步提高压电陶瓷拨爪电机驱动系统的控制精度提供了参考依据。
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基于模糊RBF神经网络动态摩擦分块补偿的机器人数字鲁棒滑模控制算法

李敏, 王家序, 肖科, 黄超, 徐超

2012, 23(23): 2792-2796.

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结合非线性、强耦合的机器人动力学模型,提出了采用3个模糊RBF神经网络对机器人中的不确定项——LuGre动态摩擦进行分块补偿的机器人数字鲁棒滑模控制算法,在线自适应训练非线性动态摩擦项的参数,并分析了该算法的Lyapunov稳定性。通过在二自由度机器人上的仿真,证明了该算法具有高精度、高可靠性、高品质、稳定、强鲁棒性等特点。同时发现了该机器人的摩擦模型中存在类菱形吸引子等非线性动力学现象。

AP1000核电站安全壳筒体测量研究

周盛, 洪金华

2012, 23(23): 2797-2801.

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以AP1000核安全壳筒体的测量为目标,依据安全壳筒体制作的实际情况与筒体组装的精度要求,通过建立安全壳筒体对接模型和对筒体半径与垂直度进行测量研究,提出了实现安全壳筒体组装测量的一整套方法,该方法可为其他核电站的相关测量工作提供借鉴。

基于杠杆法的8速自动变速器传动方案的设计

尤明福1, 李志伟2, 甘伟2, 高奇峰2

2012, 23(23): 2801-2804.

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在原有杠杆法的基础上做出新的拓展,利用新拓展后的杠杆法对ZF6速自动变速器进行了详细的传动分析及传动方案分析研究,研究结果证明了新杠杆法的正确性,在此基础上设计了一种8速自动变速器传动方案。

差速驱动轮式移动机器人路径规划新策略

史恩秀1, 黄玉美1, 朱从民2, 张亚旭1

2012, 23(23): 2805-2809.

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针对差速驱动型轮式移动机器人的特点,并依据Hermite多项式的特性,提出了基于Hermite插值的轮式移动机器人（WMR）路径规划方法。仿真结果表明,采用所设计的路径规划方法为WMR进行路径规划,在确保它平稳跟踪规划路径的同时,可保证WMR以要求的姿态到达目标点。在此基础上,将该方法应用于自主研制的轮式移动机器人XAUT.AGV100上进行了实验研究。实验结果验证了仿真结果的正确性。采用所设计的路径规划方法对移动机器人进行路径规划时,在保证它以要求的姿态准确到达目标点的前提下,有效地提高了移动机器人路径跟踪的运动平稳性。

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基于语义的新产品设计服务任务管理模型

郭钢, 李光锐, 汤华茂, 董元发

2012, 23(23): 2810-2816.

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针对新产品开发网络化设计服务的共性需求,提出了网上网下结合的设计服务模式、网络化设计服务公共平台体系结构和设计服务任务类型、特征属性及管理模型;采用OWL语言对设计服务任务进行形式化定义和描述,建立了基于语义的设计服务任务管理模型。通过网络化设计服务公共平台应用实例验证了设计服务任务管理模型的正确性和可行性。

知识网格环境下客户协同产品创新知识共享研究

邢青松1, 2, 杨育1, 刘爱军1, 姚豪3

2012, 23(23): 2817-2824.

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基于知识网格在整合知识资源方面的优势,分析了知识网格环境下客户协同产品创新知识共享的特征,提出了知识共享模型,并对其关键研究点进行了深入研究。通过提出“创意-问题-功能”模型实现创新主体非结构化创意知识的转化;创建产品创新知识共享概念本体并定义其上下位关系;在对知识共享概念本体按概念型、规则型和实例型划分的基础上,提出一种基于OWL的产品创新知识本体语义表示方法;建立了知识共享的访问机制和原型系统,并通过某型号手持电钻的产品创新设计验证了所提出模型与原型系统的有效性和可行性。

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滚动轴承外圈故障的显式有限元动态仿真分析

李国超1, 彭炜2, 李勇才3, 高立新1, 张键4

2012, 23(23): 2825-2829.

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为研究带有早期微弱故障的滚动轴承运转及振动特点,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了滚动轴承常见的外圈裂纹故障有限元模型。该模型以显式算法为基础,单元采用单点积分方式,在充分考虑轴承转速、负载、接触及摩擦的条件下,成功地对滚动轴承外圈裂纹故障进行了仿真分析。仿真结果表明:在轴承转速和径向载荷一定的条件下,带有裂纹故障的轴承外圈的等效应力要明显高于没有故障的轴承内圈、保持架及滚动体的等效应力;轴承外圈滚道不同位置节点的振动响应均能体现故障特征频率,但幅值略有差别;速度及加速度响应在经过FFT变换后能部分找到故障特征频率。仿真结果对轴承故障检测能起到一定的指导作用。
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工程机械臂新型液压驱动技术研究与仿真

刘忠1, 2, 刘灯2, 金耀2, 朱浩3

2012, 23(23): 2830-2835.

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针对工程机械臂大功率驱动的特点,设计出一种基于高速开关阀先导控制插装阀的阀控缸电液位置控制系统。利用AMESim软件建立其液压系统模型,采用PID控制和基于5点开关思想的脉宽调制(PWM)策略,对工程机械臂液压位置控制进行仿真研究。结果表明,这种新型液压驱动系统具有较强的自适应性,位置跟随精度高,能够实现大流量的数字控制,驱动液压缸的工作流量可达215L/min,符合工程机械臂驱动控制的技术要求。

基于模糊聚类分析的控制图变点估计研究

沈维蕾, 赵韩, 周蓉

2012, 23(23): 2835-2838.

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针对传统控制图不能解决生产过程发生变化的确切时间点即变点估计的问题,基于模糊聚类和统计学理论知识提出了变点估计的混合模糊统计聚类方法。在模拟仿真试验下,验证了该方法无论在固定抽样策略还是在可变抽样策略下,与传统的修哈特控制图法和FCM方法相比,对于控制图的变点估计都有着良好的效果。最后将该方法运用于发动机缸体制造的过程控制之中,检验了其有效性和可行性。
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基于聚偏氟乙烯的扫描探针显微镜系统

魏晋鹏, 黄强先, 张昔峰, 盛秀丽

2012, 23(23): 2839-2843.

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采用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜和压电陶瓷(PZT),并结合由电化学研磨得到的钨探针,研制了一种具有对称结构的新型轻敲模式扫描测头。在该测头中,PVDF压电薄膜作为振动梁,其下方中间位置固定有钨探针,在PZT的驱动下,PVDF和探针处于谐振振动状态,同时,PVDF作为微力传感器检测探针顶端原子与试样表面原子间的作用力。所构建测头结合三维纳米定位台、控制程序等构成了新型扫描探针显微镜系统。介绍了测头的构成、工作原理、特性以及SPM系统的整体结构、测量原理、三维工作台的定位控制、信号处理过程和整系统特性测试,并以一维标准光栅为试样进行三维图像扫描,证明了该新型扫描探针显微镜系统的可行性和有效性。

越野汽车新型变速比差速器的研究

贾巨民, 高波, 索文莉, 孙爱丽

2012, 23(23): 2844-2847.

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提出了一种新型变速比差速器,行星齿轮与半轴齿轮齿数之比为1∶2,传动比以行星齿轮转一圈为一个变化周期,突破了齿数与周节的限制,可以最大限度地提高传动比的变化幅值(达到±40%),增大差速器的锁紧系数。给出了该差速器锥齿轮的设计原理与方法,包括非圆节锥与节曲线设计、球面-平面映射、齿形设计等,并进行了实例验证。试验结果表明,新型差速器达到了设计预期,理论和实际锁紧系数分别为2.33和3.15,可以显著提高车辆的越野通过性。

时标信号在螺旋锥齿轮振动与噪声测量中的应用

徐爱军1, 2, 邓效忠2, 张静2, 徐恺2, 李聚波2

2012, 23(23): 2847-2851.

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在传统的齿轮振动与噪声测量的基础上,提出了一种使用旋转编码器为采集振动与噪声数据提供齿轮分度时标的测量方法;通过对齿轮啮合时谐波特征的分析,建立了螺旋锥齿轮振动与噪声的同步测量模型,推导了时标信号的频率特性,并分析了其滤波效果;然后在此基础上利用MATLAB软件对齿轮传动中的啮合频率及其谐波进行了仿真与分析;最后,在Y9550型滚动检验机上搭建振动与噪声测量的试验平台,并对螺旋锥齿轮的振动与噪声进行了测量验证。结果表明,利用时标分度信号的测量方法能够有效地隔离机床本身的振动并减少输入噪声的扰动及其他影响,进而准确地提取出与啮合周期信号相关的频率信息。

基于离散指数映射的网格曲面上曲线设计与复用

韩林, 刘斌

2012, 23(23): 2852-2857,2863.

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把指数映射参数化方法引入到网格曲面上自由曲线的设计中,提出一种网格曲面上测地B样条曲线复用操作方法。指数映射局部微分同胚的性质,可以保证局部网格参数化的有效性。对于生成的测地B样条曲线,采用离散指数映射方法参数化其控制顶点,得其法坐标,在保证法坐标不变的前提下,通过改变参数化区域,可以实现测地B样条曲线实时滑动、旋转、缩放等效果。测地B样条曲线生成和局部网格参数化都不依赖于网格模型的整体规模,适用性强。试验结果表明,基于离散指数映射的网格曲面上曲线设计与复用方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。
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新型八轮腿复合移动机器人动力学分析与控制

王红梅1, 2, 张明路1, 张小俊1, 孟广柱1

2012, 23(23): 2858-2863.

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为了满足应急救援系统对移动机器人速度和地形适应能力的要求,设计了新型的八轮腿移动机器人。结构方面,机器人通过改变两副轮腿夹角实现姿态调整,并通过抬高轮腿结构实现越障,以此来提高地形通过能力。控制方面,利用劳斯方程建立机器人动力学模型,在利用滑模控制实现机器人轨迹跟踪过程中,为减小稳态误差,滑模控制的切换函数采用了积分形式;为了避免切换增益过大带来的抖振,利用积分增益实现切换增益的自调整。由仿真结果可知,机器人轨迹跟踪误差能以较小的超调和较快的速度趋近零。

面向复杂质量特性的容差设计研究

蒲国利1, 2, 苏秦2

2012, 23(23): 2864-2868.

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在传统“设计-试验-建模-优化”模式基础上,首先在试验阶段采用CCD优化试验设计以同时考虑多个质量特性;然后在优化阶段运用置信域方法解决容差设计问题,运用蒙特卡罗仿真方法解决计算复杂性问题;最后通过算例验证了方法的有效性,以期为解决该类问题提供有益探索。

基于高响应直线电机的非圆曲面加工技术研究

李抢, 艾武, 段春, 陈国培, 肖毅

2012, 23(23): 2869-2874.

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针对非圆车削加工技术的研究,提出一种直线驱动快速刀具进给机构,构建了非圆车削系统。重点研究了非圆截面零件的软靠模生成,并提出一种非类椭圆的建模方法。以中凸变椭圆活塞为例,利用快速刀具进给机构加工出最大椭圆度为6mm的中凸椭圆活塞试件,误差在15μm以内。实验结果表明,该设计方案能顺利完成非圆车削的任务。
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考虑导轨结合部特性的立柱-主轴系统动静力学特性分析

孙伟1, 鲁明2, 汪博1, 闻邦椿1

2012, 23(23): 2874-2878.

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以NSK LH35型直线滚动导轨为例,详细叙述了利用假想材料和弹簧-阻尼单元对该导轨结合部进行有限元建模的方法,并利用上述模型对导轨系统进行了静力学和模态分析,通过模态实验验证了导轨系统有限元建模的合理性。进一步,将导轨模型引入到某立式加工中心立柱-主轴部件模型中,分别对部件系统进行了静力学分析与模态分析,将分析结果与不考虑导轨结合部特性的情况进行对比,发现两者差异较大。对比分析结果说明导轨结合部对整机动静力学性能有着重要的影响,整机建模与分析时必须引入导轨结合部的力学特性。
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计及弹性支撑的汽车动力总成悬置系统解耦研究

胡金芳, 陈无畏, 叶先军

2012, 23(23): 2879-2885.

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为实现动力总成悬置系统在整车中的解耦,建立了弹性支撑(悬架、车身和车轮)与动力总成悬置系统耦合的整车模型,通过该模型计算的弹性支撑固有频率与有限元法的计算结果进行对比,模型的精确性得到了验证。根据耦合作用,分析了弹性支撑对动力总成悬置系统固有频率和TRA解耦的影响。依据耦合系统的模态特性和响应解耦度,提出了计及弹性支撑影响的动力总成悬置系统在整车中实现TRA解耦的
方法,对满足此解耦方法的悬置系统进行了仿真验证和试验验证,结果表明:在满足所提出的解耦方法下,该模型可实现动力总成悬置系统在整车中的TRA解耦,从而提高了整车的平顺性。
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汽车密码防盗系统的研究

张蕊华1, 2, 朱银法1, 汤军浪2

2012, 23(23): 2885-2887.

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采用在发动机进气管路上串联一个自主设计的单向线圈式电磁阀的方法,利用单片机开发了一种汽车用键盘式密码防盗系统。通过判断多功能转向盘上数字键盘输入的开启密码的正确与否来控制发动机气路的开闭,从而实现汽车防盗的功能。利用开发的单片机实验板对防盗系统进行了试验。该密码防盗系统安全可靠、价格低廉、隐蔽性好,能有效降低汽车的被盗率。
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基于碰撞安全性的保险杠横梁轻量化设计与优化

曹立波, 陈杰, 欧阳志高, 刘适

2012, 23(23): 2888-2893.

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提出了基于耐撞性能和行人保护性能的保险杠横梁轻量化设计要求,以某量产车型的保险杠系统为研究对象,对保险杠横梁进行轻量化设计。以质量最小为优化目标,采用中心复合试验设计和自适应响应面法对所设计的铝合金保险杠横梁壁厚进行了试验仿真优化。研究结果表明:所设计的铝合金横梁与原钢制横梁相比,在显著轻量化的同时有效提高了耐撞性能和行人保护性能。
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基于滑移率控制的金属带式无级变速器夹紧力研究

曹成龙1, 周云山1, 高帅2, 安颖2

2012, 23(23): 2893-2897.

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针对金属带式无级变速器相对机械式变速器传动效率偏低的问题,使用基于滑移率的金属带夹紧力控制策略进行控制,与传动夹紧力相比,该控制策略降低了夹紧力并保证在任何工况下不打滑,提高了金属带动力传递效率,降低了车辆油耗。从金属带滑移传动机理出发,建立了CVT滑移率动态数学模型,提出了滑移率夹紧力控制策略,并在台架和实车上对基于滑移率夹紧力的控制策略进行了验证,试验表明,基于滑移率的夹紧力控制能提高传动效率8%~10%、降低油耗5.2%。
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