中国机械工程

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2013, 24(24): 0.

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结构参数对内啮合转子压缩机受力特性的影响

冯诗愚, 黄龙, 汪其祥, 刘卫华

2013, 24(24): 3267-3272.

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在分析内啮合转子压缩机独立结构参数对转子影响的基础上，通过定义2个相对结构参数，将影响较大的3个独立结构参数关联在一起，研究了相对结构参数对工作腔压力分布、转子上承受的气体力和气体力力矩以及主轴驱动力矩的影响。研究结果表明,λe对气体力和内外转子上的气体力矩影响较大,随着λe的增大,气体力逐渐减小,内外转子上承受的气体力矩波动加剧,特别是当λe增大到一定值后,外转子上气体力矩会始终为负；λa对主轴驱动力矩影响较大,随着λa的增大，驱动力矩的平均值和变化幅度均增大。在不考虑其他因素的情况下，选择较大的λe和较小的λa对改善压缩机受力情况有利。研究结果可为内啮合转子压缩机的设计及结构参数优化提供一定的参考。

玻璃成形抛光相对线速度基本恒定控制算法研究

韩俊昭, 任锟, 潘骏, 刘思路, 尤灵敏, 沈琦琦

2013, 24(24): 3272-3277.

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针对玻璃成形抛光中玻璃与抛光轮接触点相对线速度持续减小从而影响加工效率的问题,以控制相对线速度基本恒定、保证加工效率和精度为目标，提出基于三次NURBS曲线的速度控制算法。基于线性加减速方案，确定速度特性曲线控制点。结合Preston公式，以相对线速度基本恒定为约束条件，求解抛光轮中心末速度。以加加速度连续为约束条件，求取与控制点对应的权因子，确定抛光轮中心速度变化时的控制方程。采用四阶龙格-库塔数值方法确定插补初始点，再由米勒-汉明数值方法进行迭代校正，实现参数式曲线插补控制算法。试验结果表明，该速度控制方法能够有效保持玻璃与抛光轮接触点相对线速度基本恒定，加工效率较传统方法有较大提高。

高速微铣削铝合金表面粗糙度的多指标正交试验研究

弯艳玲, 张学蕊, 于化东, 许金凯, 张留新

2013, 24(24): 3278-3282,3288.

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利用小型高速精密微铣削机床在6061铝合金表面加工微沟槽结构,对加工后的试件表面质量进行研究,以试件表面粗糙度Ra、Rz值为衡量指标,利用正交试验方法分析主轴转速、刀具悬伸量、进给量和轴向切深等因素对表面质量的影响。试验结果表明：试件表面粗糙度值整体变化趋势从大到小依次为中线区、顺铣区、逆铣区。主轴转速对表面粗糙度影响最显著,而其他因素随着表面质量要求的不同有所变化。综合考虑表面质量要求,最优组合为:刀具悬伸量为18mm,轴向切深为10μm,进给量为30mm/min,主轴转速为48 000r/min时,试件表面粗糙度最小,此时表面粗糙度Ra值为0.075μm,表面粗糙度Rz值为0.579μm。

基于时滞补偿方法的混凝土泵车臂架主动减振

吴智勇, 周翔, 胡德文, 康小东

2013, 24(24): 3283-3288.

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混凝土泵车施工时，臂架末端的抖动影响设备和人员安全；在实施臂架减振控制时，臂架液控系统中的时滞问题又严重影响其减振效率。针对该问题，提出了一种适用于臂架结构的一步和多步预测补偿算法，基于臂架末端振动位移的历史数据，利用时间序列法对臂架的振动姿态进行提前预测，使预测出的臂架姿态尽可能地接近其实际情况，从而为臂架主动减振控制提供一个可靠的参考轨迹。基于该参考轨迹,控制每节臂上的液压油缸，对臂架进行反向加力，实现各节臂的联动抑振。仿真及外场试验结果表明,基于臂架振动姿态预报的时滞补偿算法能够对系统中的非线性时滞进行有效补偿，时滞补偿后的臂架主动减振控制策略能够使水平工况下臂架末端的振动位移幅值减小80%以上,取得了显著的减振效果。该种臂架主动减振控制方法在变排量、变姿态、变泵送料的情况下均可使用，具有高度的智能性和自适应性。

单晶铜纳米机械加工的分子动力学模拟与实验的间接对比

张俊杰, 闫永达, 孙涛, 高强, 梁迎春, 董申

2013, 24(24): 3289-3294.

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以单晶铜微探针纳米刻划加工为例，提出了一种分子动力学模拟与实验的间接对比方法,依次开展了工件材料的弹性常量的定量对比、工件材料机械性能的纳米压痕测量的定量对比、已加工表面形貌的定性对比。单晶铜工件压缩、剪切、拉伸和纳米压痕的分子动力学模拟显示,分子动力学模拟体系的弹性模量与实验测得值相同，压痕后工件表面材料堆积的对称特性与实验结果相符。研究结果表明，所使用的嵌入原子势能函数可以精确地描述单晶铜工件中铜原子之间的相互作用，纳米机械加工的分子动力学模拟具有较高的精度，并且可以很好地预测纳米机械加工的实验结果。

面向零件陡峭面加工的刀路优化问题研究

赵东宏, 卢章平, 王庭俊, 杨华春

2013, 24(24): 3295-3300.

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针对目前数控加工过程中零件陡峭面螺旋切削加工方式的局限,在对高速加工（HSM）切削路径进行研究的基础上,借鉴手工编程的优点,通过整合辅助螺旋线和平面轮廓线的投影对计算机辅助制造(CAM)过程进行优化,提出一种新型复合式螺旋切削刀路,从而扩展了先进螺旋切削方式在高速加工中的应用范围。VERICUT软件模拟和实际加工的结果表明，新型刀路能够满足陡峭面和平面并存零件高速加工路径的要求。

“1+4”铝热连轧轧制力自学习

杨景明, 马凤艳, 车海军, 杜楠,

2013, 24(24): 3300-3303.

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在铝热连轧精轧生产过程中,轧制力的预报精度直接影响板厚和板凸度控制精度。针对河南某1+4铝热连轧机现场轧制力预报精度较低的问题,根据现场采集的大量轧制数据,建立了轧制力模型自学习算法,并用细菌觅食优化算法对自学习中的增益系数进行了优化,提高了轧制力预报精度。

直齿齿轮公法线在线检验及评价系统开发

朱瑞祥, 王毅, 翟长远, 付乾坤

2013, 24(24): 3304-3308.

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为了高精度、高效率地完成直齿齿轮在线检验及工人绩效评价量化管理,设计开发了一套公法线检验及评价系统。该系统主要由公法线检验和评价两个模块组成。检验模块基于信号处理技术、串口通信技术,以LM358芯片为核心,实现检验指标的采集、传送与处理;评价模块基于熵值赋权算法,完成绩效评价、奖罚和人事档案管理。上位机软件基于.NET技术，使用C#语言，运用SQL Server 2008数据库，在Visual Studio.NET 2008开发环境中开发完成。测试结果表明：系统精度为0.001mm，检验快速、准确，极大地提高了公法线检验及数据处理的效率；利用熵值赋权算法量化了评价指标，实现了依据绩效评价的奖罚管理。

基于消除线性滑动的杆状超声电机研究

董迎晖, 唐茜, 翟华, 赵韩

2013, 24(24): 3309-3313.

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研究了外圆面质点线性滑动及振幅分布对提高杆状弯曲振动超声电机驱动效率的影响。系统分析了质点的有效椭圆运动及线性滑动的特点，得出杆状弯曲振动超声电机定子的外圆面中点无线性滑动的结论；采用有限元分析方法分析定子表面质点有效椭圆运动振幅分布与其几何参数之间的关系，并据此对定子进行了参数优化,使定子振幅相对集中在中点位置,以提高电机效率。研究结果为采用中点驱动模式电机的设计提供了理论依据。

大型旋挖钻机稳定性研究

肖华, 朱建新, 文国臣

2013, 24(24): 3313-3317.

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以动臂油缸与竖直平面的夹角β作为广义变量,建立了不同工作姿态下旋挖钻机整机重心变化的数学模型,并利用重心变化的方程推导旋挖钻机不同位姿静态稳定角及动态稳定角的数学模型。通过这些数学模型,可以精确地判断旋挖钻机在任意工作姿态下的稳定性变化趋势,从而为旋挖钻机前期的设计提供有效的指导。

65m射电望远镜天线副面调整机构标定研究

侯雨雷, 段艳宾, 窦玉超, 姚建涛, 金超, 李建军, 赵永生

2013, 24(24): 3318-3322,3328.

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结合65m天线副反射面位姿调整任务要求,研究天线副反射面调整机构的标定问题。制定出副面调整机构标定流程与方案,利用激光跟踪仪测量机构动平台位姿,根据运动参数的实测信息,由并联机构学理论构造误差函数,并以误差函数最小化为目标进行机构运动学参数辨识;开发完成标定算法,对副面调整机构进行运动学标定，求解获得满足预期精度要求的结构参数，并对机构参数进行补偿。面向工程实际任务开展标定研究，研究结果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。

人字形组合臂架空间压杆线性稳定性分析

周奇才, 李文军, 周在磊, 熊肖磊

2013, 24(24): 3323-3328.

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为研究人字形组合臂架结构的线性失稳载荷简易计算问题,进行了理论改进和仿真验证。首先从实体式人字形结构出发,采用柔度法推导出单柱轴向载荷算式,运用有限元和非线性拟合技术得到了法向铰约束下的等效约束系数，并结合算例检验了单柱近似失稳载荷算式的准确性;然后考虑剪力的不利影响,给出了人字形组合臂架线性失稳载荷算式;最后使用算式计算两种典型构件截面形式的28个人字形组合臂架结构，同时使用SAP 2000软件对其进行线性屈曲仿真。结果表明：对于十字形腹杆体系的人字形组合结构，臂架长宽比在1.790～5.865大范围内修正算式的计算精度有显著提高;当长宽比大于3时,误差基本呈减小趋势,并保持在-3.2%以内。

一种航空终端设备的多学科优化减重设计

曹红

2013, 24(24): 3329-3332.

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研究了一种航空终端设备多学科优化的减重设计方法,该方法结合了结构强度仿真分析、散热仿真分析等多学科优化设计方法,详细介绍了具体的优化设计过程。采用所提出的优化方法,使该设备在满足各项技术指标的前提下,总质量减少了23%,达到了减重设计目标。

基于PCA与蚁群算法的机械故障聚类诊断方法

陈安华, 周博, 张会福, 潘阳

2013, 24(24): 3333-3337,3344.

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针对现代机械复杂化、智能化的特点，为快速准确地诊断出设备故障，提出了基于PCA与蚁群算法的机械故障聚类诊断新方法。定义了聚类准确率判别因子,对主元的选取进行自适应调整，利用基于高斯径向基核函数的主元分析方法实现了故障特征提取。以蚁群算法解决旅行商问题为原型，定义了城市圈，改进蚁群算法实现了双重寻优，把故障聚类转化为蚁群算法最擅长的寻求最优解问题，将改进的蚁群算法用于故障特征样本的聚类。实例分析证明了该方法的有效性。

基于LCD降噪和VPMCD的滚动轴承故障诊断方法

杨宇, 潘海洋, 程军圣

2013, 24(24): 3338-3344.

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提出了一种基于局部特征尺度分解(LCD)降噪和多变量预测模型(VPMCD)的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先采用LCD对滚动轴承振动信号进行降噪;然后计算降噪后信号在不同维数下的模糊熵,并以模糊熵为特征值,采用VPMCD方法建立模糊熵的预测模型;最后用所建立的模型来预测待分类样本的特征值,把预测结果作为分类依据进行模式识别。实验分析结果表明，采用LCD方法降噪可以有效地提高VPMCD的分类性能,与神经网络、支持向量机等分类器相比，VPMCD方法可以更准确、更有效地识别滚动轴承的工作状态和故障类型。

一种基于LLE特征融合的故障识别方法

胡建中, 吴瑶, 谢小欣

2013, 24(24): 3345-3348.

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针对传统的故障识别中未能充分利用特征信息的问题,提出一种基于局部线性嵌入(LLE)特征融合的故障识别方法，通过初步提取信号时域和时频域的特征获得原始特征集，利用LLE算法对原始特征集进行二次特征提取，进一步融合两组特征集并使用KNN算法进行故障识别。仿真信号数据分析与实际故障分析证明了所提方法对故障样本识别的可行性和有效性。

基于信号共振稀疏分解与包络谱的齿轮故障诊断

张文义, 于德介, 陈向民

2013, 24(24): 3349-3354.

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当齿轮出现断齿、裂纹等局部故障时，其振动信号会出现周期性冲击脉冲。在齿轮故障早期，由于冲击脉冲微弱，常淹没在齿轮的啮合频率、转频等谐波成分以及噪声中,因此,对于齿轮早期故障,直接对齿轮振动信号做包络谱分析以诊断齿轮局部故障通常效果不佳。针对这一问题,将信号共振稀疏分解方法与包络谱分析相结合，提出了基于信号共振稀疏分解与包络谱的齿轮故障诊断方法。该方法采用信号共振稀疏分解将冲击脉冲从齿轮振动信号中分离出来，然后对冲击脉冲做Hilbert包络分析，获取冲击脉冲出现的周期，进而对齿轮状态和故障进行识别。仿真算例和应用实例证明了该方法的有效性。

基于刚架模型的多张B样条曲面变形

李运平, 周来水, 王志国, 陆友太

2013, 24(24): 3355-3359,3365.

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针对由多张B-spline曲面拼接构成的曲面形状修改问题,提出了一种多张B-spline曲面变形算法。通过将曲面片控制顶点网格进行“合并”来建立多张B-spline曲面的刚架模型；以刚架节点位移为未知量，建立节点载荷最小和节点位移最小的统一优化目标函数；将曲面片之间的光滑拼接条件抽象为节点相对位置约束，结合点约束、点和法矢约束共同组成约束方程组；采用罚函数法求解得到变形后曲面新的控制顶点。变形实例表明该算法是直观有效的。

基于正交试验的水压马达止推环参数优化

王志强, 高殿荣

2013, 24(24): 3360.

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为了揭示主要几何参数对水压马达止推环功率损失的影响规律,按照L16(45)正交表,选取了腰形槽个数、腰形槽宽度、阻尼管长度等5个因素,每个因素取4个水平，设计出16种方案。采用数值模拟的方法对所设计的方案进行正交试验,得到了16种设计方案的功率损失值,并通过极差分析找到了各几何参数对止推环功率损失影响的主次顺序,提出了止推环参数的最优设计方案。根据优选结果并结合数值模拟对水压马达止推环的止推特性进行了分析,得到了适合于水压传动的剩余压紧力系数。

基于CFD的双螺杆压缩机的三维动态仿真分析研究

吴慧媛, 何雪明, 戴进

2013, 24(24): 3366-3371.

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为了研究双螺杆压缩机的流场动力学特性,提出基于双螺杆压缩机的工作循环为一个理论循环的假设,建立其工作过程的数值计算模型,采用计算流体力学软件Fluent中的动网格技术对双螺杆压缩机的工作过程和流场动力学特性进行了动态模拟仿真。搭建了实验平台并研究分析了双螺杆压缩机的p-V变化规律,结果表明,仿真结果较好地吻合实验数据,验证了模型的正确性和模拟方法的有效性。

成败型产品可靠性评价的加权Bayes方法

刘解放, 刘思峰, 方志耕

2013, 24(24): 3371-3374.

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针对经典统计方法和传统Beyes方法的缺陷,基于卡方拟合优度检验，引入相似系数的概念,提出了一种基于多阶段试验信息的成败型产品可靠性评价的加权Bayes方法。通过计算各阶段试验信息和现场试验信息的相似系数，求出各阶段试验信息作为验前信息的置信下限，据此计算得到了产品的可靠性置信下限。仿真算例结果表明,该方法的计算结果介于经典统计方法和传统Bayes方法之间,与根据专家意见计算的结果最接近,评价结果更加合理。

连铸结晶器新型非正弦振动波形函数的开发

张兴中, 方一鸣, 王浩宇

2013, 24(24): 3375-3379.

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结晶器非正弦振动可以获得较短的负滑动时间、较长的正滑动时间，有助于减小铸坯表面振痕，增加保护渣消耗，提高铸坯表面质量。但非正弦振动的加速度大,增大了振动的惯性力，降低了结晶器运动的平稳性。针对此问题，构造了一种新型结晶器振动波形函数，将加速度作为确定波形函数的一个影响因素，通过给定加速度控制波形函数的具体形式，可以保证良好的波形动力学特性。在恒定的加速度下,通过增大波形偏斜率,可缩短负滑动时间，延长正滑动时间，增强振动的非正弦特性，而不影响结晶器振动平稳性；同时可以通过减小振动加速度来缩短负滑动时间。该波形函数光滑连续，不会产生刚性和柔性冲击，具有良好的动力学特性。

求解柔性作业车间调度问题的两阶段参数自适应蚁群算法

凌海峰, 王西山

2013, 24(24): 3380-3385.

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针对柔性作业车间调度问题,提出了一种新的两阶段蚁群算法求解方案。在算法前期，采用细菌觅食趋化聚类技术判断蚁群所处的状态，自适应调整蚁群算法的参数，使算法快速收敛到全局最优解附近；在算法后期，利用混沌的随机性和遍历性特点来调整参数，有利于算法跳出局部最优。实验结果验证了该两阶段法的有效性。

基于方位特征集的两转动（0T-2R）并联机构的型综合及其应用

邓嘉鸣, 尹洪波, 沈惠平, 李菊, 杨廷力

2013, 24(24): 3386-3391.

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应用基于方位特征集的并联机构拓扑结构设计理论与方法,对两转动（0T-2R）输出的并联机构进行了型综合；在阐述基于方位特征集的并联机构型综合一般过程和步骤的基础上，给出了两转动输出并联机构拓扑结构设计的具体方法,综合得到了14种两转动输出并联机构，其中，6种机构为该方法综合得到,然后按它们的结构特性进行了初步分类,并将优选的一种两转动并联机构用于太阳能二轴跟踪机构的研制。该型综合方法运算规则少，数学方法简单，几何与物理意义明确，适用于所有无过约束和一般过约束机构。

轴向载荷作用下细长柔性旋转梁横向振动响应分析

任福深, 陈素丽, 姚志刚.

2013, 24(24): 3392-3396.

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将水平井柔性钻柱简化为轴向载荷作用下的细长柔性梁,建立了考虑几何大变形的非线性动力学方程，并且利用多重尺度法得到了柔性梁横向振动的平均方程。因钻柱转速和轴向力是影响钻柱振动的两个主要参数，故用改变转速的方法来对平均方程进行非线性动力学响应分析，给出了一阶、二阶模态下钻柱随转速变化的分叉图和不同转速下的相图。分析结果表明，系统响应经历了从周期到混沌再到二倍周期的变化过程，振动幅值有跳变现象出现，在共振条件下，柔性旋转梁振动幅值是有限值，并非无穷大，当轴向力发生变化时，可以通过控制转速变化达到定性、定量地控制柔性钻柱横向振动的目的。

车尾凹坑非光滑表面气动减阻分析与优化设计

杨易, 聂云, 范光辉, 徐永康

2013, 24(24): 3396-3401.

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以凹坑型非光滑车身尾部气动特性为研究对象，探讨了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的非光滑表面气动减阻优化方法。通过分析凹坑型非光滑单元矩形阵列的气动减阻效果，以矩形排布和非光滑单元体尺寸作为优化对象,采用拉丁超立方抽样方法进行试验设计选取样本点。利用CFD仿真得到样本点的响应值，根据响应值建立了Kriging近似模型。在验证了近似模型可信度的基础上，以近似模型为基础进行全局优化。优化结果表明：车辆尾部凹坑单元体矩形排布最大减阻率可达7.9%,较大程度地改善了空气动力学性能。研究结果为汽车非光滑表面减阻和优化提供了理论依据和参考。

基于道路势场的车道偏离自动校正自适应控制

汪明磊, 陈无畏, 王家恩

2013, 24(24): 3402-3407.

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针对车道偏离自动校正控制中采用传统位置偏差控制方法路径跟踪精度不高以及实时性差等问题，提出了一种基于道路人工势场法的车辆路径跟踪方法，控制车辆能够实时保持沿着目标道路中心线行驶。该方法在车辆所处的环境道路上产生一个势场，该势场包含车辆与道路中心线的偏差信息及前方预瞄信息，对处在势场中的车辆具有阻碍其偏离车道中心线的势场力的作用。将势场产生的控制力加入车辆动力学模型中，实时控制车辆稳定地跟踪车道中心线。仿真及试验结果表明，所提方法比位置偏差法跟踪精度更高且跟踪误差随车辆速度变化波动范围小，具有较强的鲁棒性和实时性。

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2013, 24(24): 3408.

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