中国机械工程

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2013, 24(23): 0.

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机械行波传动器理论建模与实验研究

宋瑞银, 蔡炳清, 张向阳, 周敏珑,

2013, 24(23): 3125-3128.

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在行波传动的理论基础上，提出了一种新型行波传动器模型。在初步的结构设计上，进行了传动器的理论建模，建立了传动比、输出力矩、输出功率等数学模型。设计加工了实物模型测试装置，并进行了初步的实验测试，得到了在弹性层厚度、预紧力等参数变化时的位移曲线。一系列的实验结果和数据分析表明，这种新型的行波传动器能达到减速传动效果并具有较大的传动比，实验结果验证了理论模型的正确性。

外部激励下行星换向机构的分岔及混沌

马洪涛, 薛殿伦

2013, 24(23): 3129-3133,3139.

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为分析行星换向机构在动态外部激励即转速和扭矩作用下的分岔及混沌特性,建立了该行星系统的非线性扭转振动模型。采用变步长4-5阶Runge-Kutta算法对动力学方程进行数值求解,根据仿真结果绘制了系统分岔图,并结合典型工况下的相图和庞加莱截面图,得到系统响应随外部激励的变化历程。另外,借助混沌时间序列分析理论,计算最大Lyapunov指数,对系统是否处于混沌状态进行判定。结果表明:在一定的扭矩作用下,随着转速的增大,系统在较长范围内维持单周期运动状态,但在共振频域附近因啮合冲击的出现而产生频繁的分岔行为、振幅跳跃及状态突变,且期间出现了倍周期、拟周期等状态以及状态之间的交替现象,并最终由周期状态突变为混沌状态;与此相反,扭矩的增大对系统随转速增大而进入混沌状态的趋势有一定的抑制作用,且扭矩增大至一定程度时可使系统由混沌状态退化为单周期运动状态。

C形板预应力组合框架的预紧梁形状优化

金淼, 魏庆媛, 董晓传, 郭宝峰

2013, 24(23): 3134-3139.

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针对某模锻液压机的1∶30模型，采用平面有限元分析模型将预紧梁与C形板接触的表面简化为一轮廓型线，进而将预紧梁表面形状优化问题简化为轮廓型线优化问题。分别以三次样条曲线、圆弧曲线和B样条曲线为目标曲线，应用序列二次规划法并借助于有限元分析软件对曲线的参数进行了优化。根据优化结果制作了不同表面形状的预紧梁，将其应用于该模锻液压机1∶30预应力组合框架实验装置并对预紧工况下的应力状态进行了测试。与测试结果比较，模拟结果的平均差值为9.87MPa，相对偏差的平均值为18.1%。测试结果与模拟分析结果均表明，以优化轮廓型线制作的曲面预紧梁，可不同程度地改善采用平面预紧梁时C形板与预紧梁接触区域的局部高应力现象。

清洗机斜盘柱塞泵运动特性分析

刘亚俊, 唐电, 魏华刚

2013, 24(23): 3140-3143.

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选择普遍应用于清洗机产品的并联斜盘轴向柱塞泵为研究对象，根据其工作原理建立斜盘柱塞泵运动数学模型，并利用数值仿真软件对斜盘柱塞运动机构进行运动分析，得到柱塞轴向位移、速度、加速度的数值仿真结果。通过对比从单缸到五缸的并联斜盘轴向柱塞泵集成速度数值仿真结果，从运动学分析的角度定量验证了传统设计理论中奇数缸数并联速度脉动小于偶数缸数并联速度脉动的定性结论。

数控成形砂轮磨齿机床几何误差分析与函数补偿法

杨清艳, 韩江, 张魁榜, 夏链

2013, 24(23): 3144-3149.

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以QCYK7332A数控成形砂轮磨齿机为例，对机床误差进行了分析。应用多体系统理论以及齐次坐标变换建立了几何误差模型，得到了此模型下砂轮尖的6个自由度误差表达式，并在此基础上以机床B轴为例，说明了运动轴误差转化到磨具上，从而引起所加工齿轮的齿距、齿形、压力角等误差。为了减小误差，提出了函数补偿法，并以测量机床的X轴角度误差为例，说明机床误差预测以及实时误差补偿的过程，为提高数控成形砂轮磨齿机精度、减小机床的几何误差提供了理论依据。

新型灰关联分析方法研究及其在数控机床主轴故障识别中的应用

杨东升, 李红卫, 孙一兰, 尹震宇

2013, 24(23): 3150-3153,3219.

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针对传统灰关联分析方法存在的问题,引入动态分辨系数和因子权重系数,提出新型灰关联分析方法。与传统灰关联分析方法相比，该方法具有两个优点:一是降低对人为确定分辨系数和权重系数的依赖性;二是提高识别结果的可靠性和准确性。最后将该方法应用于数控机床主轴故障识别中，并与传统灰关联分析方法和神经网络识别结果进行对比分析。结果显示，新型灰关联分析方法识别结果更准确可靠。

基于电场仿真的微尺度群缝电解加工技术研究

王峰, 赵建社, 江琴, 肖雄

2013, 24(23): 3154-3158.

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以静刀盖微尺度群缝电解加工为研究对象，针对工艺试验过程中群缝成形规律难以掌握，试验参数修正周期长的问题，采用COMSOL软件对单缝成形过程进行了电场仿真，并以电场仿真参数结果进行工艺试验，加工出平均缝宽0.27mm，侧壁锥度为0.12的群缝结构。电场仿真与工艺试验结果对比表明，电场仿真方法减少了工艺试验中大量试验参数的修正工作，缩短了电解加工工艺试验周期，且电场仿真与工艺试验单缝最大形状误差在0.03mm以内。

基于分数次幂多项式的NURBS曲线快速插补方法研究

朱昊, 刘京南, 杨安康, 汪木兰

2013, 24(23): 3159-3163.

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为减小NURBS曲线插补过程中对机床产生的柔性冲击，针对目前常用的S型速度控制策略中加加速度不连续以及速度变化相对缓慢的问题，在满足加加速度最大值限制的前提下，提出了一种基于分数次幂多项式的速度控制方法。结合加工路径曲率变化设计了前瞻算法计算加减速位移，自适应确定减速点。仿真结果表明，该方法可以快速提高进给速度，实现加加速度的平滑过渡。

缸内直喷汽油机冷启动燃烧与排放光学试验研究

刘国庆,

2013, 24(23): 3164-3169,3254.

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结合光学单缸机和激光诱导荧光测量技术对直喷汽油机冷怠速工况缸内油气混合与燃烧过程进行了可视化试验研究。试验采用了屋脊形透明缸套和双侧激光，利用统计图像评估方法得到了缸内混合气浓度和燃烧火焰分布图像，通过缸压传感器和燃烧分析仪对燃烧稳定性进行了分析，采用废气分析仪和光学传感器分别对碳氢和碳烟排放进行了分析评估。研究表明：燃烧稳定时燃油与缸套碰壁是碳氢排放产生的主要原因，碳烟排放则主要由活塞顶部燃油碰壁造成;适当推迟第二次喷油时刻有利于点火时刻火花塞附近稳定浓混合气的形成，继而提高燃烧稳定性，同时减少碳氢排放，过迟喷射会导致碳烟明显增加，过早喷射会造成缸内失火，碳氢排放增加。

油压减振器的特性分析

樊友权, 柯坚, 李俊琦, 刘桓龙, 于兰英

2013, 24(23): 3170-3175.

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以一系垂向油压减振器为研究对象，从其自身结构与工作原理出发,结合对减振器内部流场的受力、流量分析的理论研究,基于MATLAB、ANSYS ICEM、STAR-CD与ANSYS CFX的软件平台，对减振器内部流场进行了CFD计算,得出了可以标识减振器性能的示功图与阻尼特性曲线，仿真结果与实验特性吻合，为减振器的性能测试提供了一种新手段。

旋转机械参数图形多尺度多结构元边缘检测

张颖, 刘占生, 苏宪章

2013, 24(23): 3176-3180.

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以旋转机械振动信号参数图形为研究对象，在600 MW模化汽轮机转子试验台上完成了转子正常、转子不对中和轴承松动故障的实验研究，得到了相应的振动参数三维图形。对不同故障的振动参数三维图形进行了二维灰度转化及图形预处理;依据多尺度滤波增强处理方法滤除了参数图形的噪声，增强了有用信息;利用多结构元边缘检测算子对参数图形进行了边缘检测。结果表明：多尺度多结构元边缘检测方法抗噪能力强，能够在滤除旋转机械振动信号参数图形中噪声的同时，有效地提取图形的边缘特征，适用于环境噪声较为复杂的旋转机械状态监测。

V型双缸柴油机噪声源及其激励源响应的识别分析

孟浩东, 李舜酩, 白莹, 孙建中, 庄华良

2013, 24(23): 3181-3185.

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采用基于四阶累积量的JWSmICA技术，对V型双缸柴油机噪声源及其激励源进行识别。该技术首先在不同工况下利用单缸熄火法对机械噪声和燃烧噪声进行了分离与识别，得到了柴油机主要噪声源，然后把基于四阶累积量的联合近似对角化算法(JADE)及小波时频分析结合起来，对标定工况下噪声源的主要激励源响应进行了分离与识别，结合单缸熄火与ICA识别结果，找到了以气门落座冲击和活塞敲击为主的主要机械激励源与燃烧激励源。利用该技术分析得出了降低燃烧激励源响应的中低频振动能量是控制噪声源关键的结论。

冲压自动线机器人与压力机动作协调及其运动仿真

侯雨雷, 张志强, 谭候金, 王建新, 喻宝林, 周玉林

2013, 24(23): 3186-3190.

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对大型冲压自动化生产线(简称冲压自动线)中机器人与压力机动态配合方式进行了协调，开展了冲压自动线运动学仿真研究。规划了冲压自动线中ABB IRB 6660机器人的运动轨迹，设计了机器人与压力机的动态协调作业方案，并对其进行了优化;利用Solidworks和ADAMS软件建立了该生产线虚拟样机，实现了所设计的动作方案。运动仿真结果验证了动作方案的可行性和优化方案的有效性。该冲压线运动仿真有利于缩短生产线的设计及调试周期，对冲压线的整体设计及现场安装调试具有理论指导意义。

碰靠定位算法在不规则件排样优化中的应用研究

梁利东, 钟相强

2013, 24(23): 3191-3195.

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基于不规则零件碰靠算法的思想，提出了最小静矩吻合碰靠定位方法。将碰靠定位的参考区域限定在入排零件当前排样高度最低的未排空间内，零件以不同入排角度进行正交靠接排放和定位，以零件定位后的静矩最小作为排样方案优劣的评估规则。在自动碰靠算法基础上，设计了交互排样中的点对点交互碰靠算法，实现零件以任意碰靠方向进行最优布局调整，为完善自动排样提供了有效的辅助作用。

双折线式多层卷绕钢丝绳失效机理研究

胡志辉, 胡勇, 胡吉全, 杨建国

2013, 24(23): 3195-3199.

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以6×36 P.WS-IWRC面接触钢丝绳为研究对象，在自制的多层卷绕钢丝绳磨损试验装置上开展了双折线式多层卷绕钢丝绳损伤与失效行为试验研究，探索了双折线式多层卷绕钢丝绳损伤失效机理。结果表明，双折线式多层卷绕过程中钢丝绳间相互挤压与摩擦滑动引起的外层钢丝磨损与塑性变形是导致钢丝绳外层丝断裂失效的主要原因;钢丝绳承受的损伤大小与其在卷筒上的卷绕位置密切相关，呈“斜楔”式排列的卷筒跃层爬升段及相邻区域钢丝绳卷绕过程承受的损伤最为严重。钢丝绳外层钢丝断裂机理分析表明，外层钢丝断裂行为与钢丝表面塑性流动层内形成的白层组织有关。

基于METRIC的民机初始备件数量确定及配置模型

孙蕾, 左洪福

2013, 24(23): 3200-3204,3210.

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针对航空公司备件保障中如何以合理备件费用最大化机队可用度问题,根据维修组织结构及备件送修过程在建模过程中的影响,建立了基于METRIC(multi-echelon technology for recoverable item control)理论的多级库存优化模型。首先，分析了两级库存系统中备件的状态转移流程;其次，根据波音模型的求解过程，对比给出多级库存模型;再次,以备件短缺总量为目标、费用为约束，利用边际分析法进行多级库存优化求解;最后,以某航空公司购买的波音737-800的初始备件为对象,运用METRIC理论对其数量进行优化,并分别以相同费用或相同的总短缺量为条件进行对比,结果证明了METRIC模型的优越性。

基于有限段方法的SMA扭转驱动器柔性机构动力分析

邹秀清, 董二宝, 张世武, 许旻, 杨杰

2013, 24(23): 3205-3210.

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柔性机构的动力学分析是柔性机构学研究的重要课题，柔性部件的变形对系统的安全性和可靠性有直接的影响。针对SMA柔性扭转驱动器的梁式柔性构件的特点，应用有限段的方法建立了其离散分析模型。充分利用ADAMS软件在多体系统动力学分析上的优势，应用ADAMS宏命令建立了SMA柔性扭转驱动器的有限段离散模型，将柔性机构的动力学问题转化为多刚体动力学问题，从而实现对柔性机构动态特性的分析。

液化天然气商用车与柴油商用车生命周期能耗差异评价

涂小岳, 徐建全, 陈轶嵩, 杨沿平

2013, 24(23): 3211-3215.

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从生命周期视角，研究了液化天然气（liquefied natural gas，LNG）商用车与柴油商用车在材料制备、零部件加工制造、整车装配、使用、回收利用等整个生命周期各阶段的能源消耗差异，建立了LNG商用车与柴油商用车能耗差异评价模型，并利用该模型对某LNG搅拌车和柴油搅拌车的直接能耗差异和生命周期总能耗差异进行了实证研究。结果表明，LNG搅拌车具有节能优势。

特大圆坯浇铸水口及结晶器内流场的研究

张兴中, 黄, 文, 孙立明, 郝俊霞

2013, 24(23): 3216-3219.

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为提高特大断面连铸圆坯的质量，提出了一种新型旋流浇铸水口。针对直径1000mm特大圆坯，通过应用计算流体动力学和传热学原理,利用有限元工程仿真平台，对结晶器内的钢液流动和凝固传热情况进行了耦合数值分析，并对液面波动情况进行了仿真。通过模拟分析，得到了合适的水口结构参数及浇铸工艺参数，为实际生产提供了参考。

3-PRPS并联机构的位置正解及应用研究

郭宗和, 朱松松, 崔荣江, 杨启志

2013, 24(23): 3220-3224.

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以3-PRPS并联机构为研究对象，以机构上平台3 个顶点之间的长度为约束条件，建立约束方程，研究该并联机构正解的封闭解形式，并求解了机构的全部位置正解。基于3-PRPS并联机构自身的结构特点，运用向量之间的内积与外积，求解了机构的位置反解。对正反解的研究结果进行了数值验证，正解的计算结果与反解的计算结果相吻合。最后,研究了该机构在车船用并联机构减振平台方面的应用，并进行了运动学仿真，仿真结果表明该机构具有良好的减振性能。

高速微尺度铣削分力的试验研究

张金峰, 巩亚东, 张永震, 刘月明

2013, 24(23): 3225-3230.

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针对微铣刀刃径非常小,在高速微铣削加工过程中很难判断其磨损状况以及对加工表面质量的影响的问题,在微铣削过程中测量微铣刀刀刃受到的微铣削力,研究微铣削力的特性和变化规律，以有效、间接地反映刀刃变化和工件加工表面质量。从理论角度对螺旋立铣刀受到的微铣削力机理进行了着重分析;借助已有的微铣削试验平台,选择典型工件试验材料并设计对应的试验方法进行试验;针对多种材料受到的微铣削分力进行了总结归纳和分析,获得了微铣刀刀刃受到的微铣削力的特征和变化规律。试验结果表明：随着微铣削参量的变化，微铣削力的变化规律与所加工材料的物理机械加工性能存在着密切的联系，而且微铣刀刃径及其每转进给量、轴向铣削深度、材料的晶粒大小都是尺寸效应产生的主要影响因素。

高速重载静压推力轴承润滑性能研究

于晓东;高春丽;邱志新;谭力;李欢欢;庄建新

2013, 24(23): 3230-3234.

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以某高速重载数控5m立车的环形腔静压推力轴承为对象，对其润滑性能进行了研究，推导出静压承载力与油膜厚度的关系式。依据计算流体力学（CFD）理论，采用ANSYS ICEM CFD和ANSYS CFX软件对环形腔静压推力轴承内部流体压力场、温度场和速度场进行了仿真计算，通过改变油膜厚度实现对工作台承载变化的研究，得到了不同油膜厚度时压力场、温度场和速度场的变化规律，实现了高速重载静压推力轴承润滑性能预测。

HSK热装刀柄的加热性能分析

陈建, 王贵成, 王树林, 刘春春, 杨晨

2013, 24(23): 3235-3239.

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使用ANSYS中的电磁-热-结构耦合模块并通过中频感应加热正交试验对HSK热装刀柄的感应加热性能进行分析，分别得到刀柄理论感应加热最优温度及刀柄实际感应加热最优温度;以热循环过程中的温度为热载荷，分别使用ANSYS中的热-应力耦合模块以及Coffin-Manson公式，得到热装刀柄热疲劳方式与热疲劳寿命。采用热疲劳试验对预估热疲劳寿命进行了验证,指出适当选取保温时间可延长热疲劳寿命。

一种滚珠丝杠扭转振动模态的测量与分析方法

周勇, 王国贤, 曹小华

2013, 24(23): 3240-3244.

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针对滚珠丝杠副驱动机构的扭转振动模态难以通过测量多点激励-响应的方式进行测量的问题，提出了一种新的测量与分析方法：在丝杠尾端安装高分辨率旋转编码器，利用高速计数卡分别测量该编码器及伺服电机码盘的角加速度信号，并进行频域分析;根据所建立的滚珠丝杠副驱动机构有限元-集中参数模型，通过数值计算并结合实验测量结果获得其扭转振动固有频率和振型。实例研究表明，所提出的测量和分析方法可精确获得驱动机构扭转振动模态的前两阶固有频率和振型。

轴对称拉深成形法兰区起皱失稳变形能及临界压边力

秦泗吉, 梁韶伟, 张树栋

2013, 24(23): 3244-3248.

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在平面应变假设条件下，对轴对称拉深成形法兰区的起皱失稳问题进行了理论分析。首先采用数学方法，将以积分形式表示的应力解析式进行了简化。在此基础上，进一步简化了起皱过程中变形能的计算式。给出的算例表明，对起皱过程中的变形能分别以简化后的计算式和以原积分式进行计算，其结果误差很小，相对误差小于0.8%。该起皱失稳临界压边力的计算和分析简化方法有助于给出简明和符合实际的起皱判据。

空间弯管仿真与回弹补偿

熊威, 甘忠

2013, 24(23): 3249-3254.

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回弹是空间弯管成形的主要成形缺陷。为了预测和补偿空间弯管成形中的回弹，通过编写用户幅值子程序（UAMP），将有限元法应用于空间弯管的成形和回弹分析，提出了一种从仿真结果中提取管材中心线的方法。通过圆柱螺线形弯管成形的仿真计算，建立了管材回弹前后中心轴线曲率、挠率的关系。提出了一种基于求解曲线基本方程的空间弯管模具型面补偿方法，论述了曲线几何补偿的数学依据。通过对曲率和挠率(均为非常值)曲线进行补偿计算和成形仿真，对该方法进行了验证。结果表明该方法能够有效补偿回弹误差，保证弯管精度。

车辆导航系统中基于街区分块的分层路网路径规划

张照生, 杨殿阁, 张德鑫, 连小珉

2013, 24(23): 3255-3260.

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当前车辆导航系统多采用分层分块的方法提高路径规划速度，传统路网分块方法将路网经纬度形成的网格作为路网分块边界，由于路网在不同地域分布不均匀，不同网格中数据量相差较大，从而影响数据使用效率。提出了一种基于街区分块的路径规划方法，针对街区特性自适应调整路网分块中数据量的大小，利用距离、面积及邻接块来控制路网拓展等级和范围，减小了拓展区域。最后利用基于道路等级的路网分层方法实现了局域路网和广域路网的路径规划。实验表明，基于街区分块方法的分层路网进行路径规划，其规划性能可以满足嵌入式系统高效路径规划的需求。

基于耐撞性拓扑优化的汽车关键安全件设计

聂昕, 黄鹏冲, 陈涛, 成艾国

2013, 24(23): 3260-3265.

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将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中，阐述了基于LS-DYNA显式有限元算法的耐撞性拓扑优化方法，并给出其迭代求解的数学模型。结合该方法，对某车辆的门槛梁进行40%偏置碰撞和侧面碰撞的并行拓扑优化，根据优化结果的材料分布情况进行了工程诠释。在整车碰撞有限元模型中对工程诠释结果进行了验证，结果表明：耐撞性拓扑优化方法行之有效，且拓扑优化结果使得车辆的碰撞性能有一定的提高。

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2013, 24(23): 3266.

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