中国机械工程

版权页和目次

2015, 26(3): 0.

摘要 ( )

PDF (335KB) ( )

相关文章 | 计量指标

一种改进的基于响应耦合子结构法的刀尖点频响函数预测方法

朱坚民, 王健, 张统超, 李孝茹

2015, 26(3): 285-292.

摘要 ( )

PDF (699KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对现有的基于响应耦合子结构法(RCSA)的刀尖点频响函数预测方法需要辨识主轴-刀柄、刀柄-刀具结合面参数以及需要自制刀柄模型等引起的预测误差和预测过程复杂等问题，提出一种改进的基于RCSA的铣刀刀尖点频响函数预测方法。该方法首先改进已有的子结构划分方法，将机床-主轴-刀柄-刀具系统划分为机床-主轴-刀柄-部分刀杆、剩余刀杆和刀齿三个子结构;然后改进主轴-刀柄处转动频响函数的计算方法，通过铣刀的模态锤击实验采用反向RCSA和有限差分法计算机床-主轴-刀柄-部分刀杆结构的转动频响函数，并基于Euler梁模型计算出剩余刀杆、刀齿子结构的频响函数;最后将三个子结构的频响函数耦合确定刀尖点的预测频响函数。以一立式加工中心为研究对象，应用所提出的方法对铣刀刀尖点的频响函数进行了预测，并与其实测频响函数进行对比。对比结果表明：刀尖点的预测频响函数与实测频响函数符合程度较高，其预测、实测前三阶固有频率之间的误差在6.9%以内，所提出的方法可行有效、简单方便，且可直接基于铣刀的模态实验计算主轴-刀柄的频响函数，避免了相关结合面参数的辨识和刀柄模型的制作。

滑枕滑鞍间隙补偿器位移输出特性理论分析及试验

顾大强, 郑元态, 古伟豪

2015, 26(3): 293-298.

摘要 ( )

PDF (582KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了便于调整大型龙门数控加工中心Z轴滑枕滑鞍的间隙，设计出一种基于液压致变形原理的间隙补偿装置。该装置通过调整其密封腔内的压力，使装置表面产生微变形，进而补偿滑枕滑鞍的间隙。理论分析了间隙补偿器的补偿特性，并依据机床的现有结构尺寸，研制不同材料和结构参数的间隙补偿器。理论分析和试验结果表明：间隙补偿器的变形量与密封腔内压力有显著的线性关系，线性度优秀，无明显回滞;间隙补偿器的位移特性曲线与材料、圆形薄壁结构尺寸相关;理论计算结果符合试验结果。

超磁致伸缩泵悬臂梁阀流固耦合特性分析

朱玉川, 陈龙, 杨旭磊

2015, 26(3): 298-304.

摘要 ( )

PDF (718KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

提出了一种采用悬臂梁式吸排油阀的超磁致伸缩液压泵结构，针对泵用悬臂梁阀工作时的流固耦合特性，基于单自由度振动理论与流固耦合作用下阀片振动参数等效计算原则，对超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀进行了线性化数学建模，并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真研究。为研究其非线性特性，基于流固耦合力学原理，建立了超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀流固耦合数值模型，并利用Comsol-CFD对其工作特性进行了数值求解。然后依据求解结果进行了深入分析，得到了阀片主要参数对泵性能的影响规律，为超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀的主要结构参数的设计与优化提供相关依据。最后，通过不同厚度悬臂梁阀片在流固耦合作用下开启位移的线性理论结果与非线性数值结果的对比完成了模型验证，实验测试了超磁致伸缩泵的流量特性与阻断压力特性，得到了该泵峰值驱动频率为300Hz左右。

基于解析法的整体式叶轮侧铣高精加工技术

余道洋, 韩江, 赵韩

2015, 26(3): 304-307.

摘要 ( )

PDF (475KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

提出了加工非可展直纹面刀轴矢量的解析解法,给出了解析解法的加工误差，并将其与“R偏置法”的侧铣加工方法的误差进行了比较。计算结果证明,该方法减小了理论误差。应用MATLAB绘制了依据该方法计算出的叶片刀轴轨迹。最后，通过数控加工试验验证了所提出方法的正确性。加工结果表明，加工误差在允许加工误差范围内，叶轮加工表面质量好。

一种关节型串联机器人工作空间边界提取的新方法

侯雨雷, 王嫦美, 胡鑫喆, 曾达幸, 赵永生

2015, 26(3): 308-312,318.

摘要 ( )

PDF (639KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用杆件极限组合原理，结合定步距角法可固定关节变量的特点，提出一种提取工作空间边界的新方法——“极限定步距角法”，阐明思路并给出其具体实施步骤。以某型ABB机器人为例，利用D-H法设定机器人连杆参数及关节变量，并建立机器人坐标系与D-H坐标系间的转换关系，获得机器人边界关键点位置，进而借助MATLAB软件绘制机器人手腕处三维透视工作空间，对比分析表明所获边界关键点精度完全满足商用机器人标准。所提出的方法简单有效、计算便捷、利于操作，对串联机器人工作空间的研究具有理论指导意义和实践应用价值。

基于运动相对性的六足机器人机体运动规划

李满宏, 张明路, 张建华, 张小俊

2015, 26(3): 313-318.

摘要 ( )

PDF (579KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

将处于支撑相的六足机器人视为时变的并联机构进行运动学分析，给出了姿态给定情况下机体工作空间的确定方法及边界方程。在此基础上基于运动相对性原理，提出将机体的运动规划转化为足端轨迹规划的方法，从而简化机体运动规划中逆解的求取问题，并通过仿真与实验进行了验证。结果表明：六足机器人在支撑相内机体的工作空间为至多是支撑腿条数个空心球体的交集，利用运动相对性原理对支撑相内机体的运动规划问题进行转化简便、可行。

基于分段控制多级缸举升系统研究

张春辉, 赵静一, 荣晓瑜, 布丹,

2015, 26(3): 319-323.

摘要 ( )

PDF (609KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对某矿用自卸车多级缸举升换级时的冲击振动问题，研究了举升过程中的参数关系;根据举升系统电液比例控制方案提出了负载敏感举升系统分段控制方法，对举升缸换级时的模糊控制算法进行分析。仿真分析表明，分段控制较单一的电液比例控制能有效改善多级缸换级时的冲击问题。现场试验证明，该举升系统有效解决了变负载和参数时变系统的控制稳定性问题。研究结果为分析同类问题提供借鉴与参考。

面向飞机大部件的智能三坐标辅助测量技术研究

韩锋, 田威, 袁正茂, 李鸣阳

2015, 26(3): 324-329.

摘要 ( )

PDF (655KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为实现飞机大部件型面的高精度、高效率和自动化三维测量，对测量的关键技术进行了研究，研制出一套面向飞机大部件的智能三坐标辅助测量系统。该系统以导航小车为平台，以夹持有靶标的直角三坐标伺服机构为载体，通过激光跟踪仪实时反馈靶标位置进行闭环控制实现误差补偿，采用离线编程对导航小车和直角三坐标伺服机构进行任务规划，在保证测量精度和测量范围的同时实现了产品的自动化测量。实验结果表明，该测量系统简单有效，适用范围广，具有较大推广价值。

Job Shop调度问题的Minimax模型及双空间协同遗传算法

杨宏安, 席志成, 夏常凯, 王经国

2015, 26(3): 330-338.

摘要 ( )

PDF (792KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对工序加工时间不确定环境下的Job Shop调度问题，为了预估最差调度工况及其对应的调度性能指标边界，采用一类保守、稳健的Minimax分析方法，建立了基于提前/拖期惩罚成本的Minimax调度模型;为了解决传统基于遍历或枚举方法存在的搜索空间巨大的问题，提出并证明了给定调度顺序条件下，关于内层Max优化过程的凸函数定理，并依此定理提出了一种工序加工时间搜索空间过滤机制。针对Minimax调度问题存在的双空间寻优特性，在分析调度顺序种群和工序加工时间种群的交替进化机制的基础上，设计了一种高效的双空间协同遗传算法。最后通过仿真算例验证了该过滤机制和双空间协同遗传算法的有效性。

一种物联网环境下的制造资源配置及信息集成技术研究

刘明周, 马靖, 王强, 杨清

2015, 26(3): 339-347.

摘要 ( )

PDF (1098KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对应用物联网技术对于促进制造系统发展所具有的重要现实意义，结合物联网技术在机械产品制造系统中的应用模式，以基于物联网技术的制造资源为研究对象，以构建物联网环境下的资源配置模型为核心目标开展研究。结合机械产品制造过程及制造资源特点，在分析物联网制造系统特征的基础上，提出物联网环境下的制造资源分类方法;据此，采用面向对象的资源建模、任务资源匹配等映射机制，构建物联制造资源本体模型、映射模型和组态模型，并建立制造资源感知和信息集成框架，实现制造资源的互联感知与信息集成。研究结果为物联网环境下的制造资源配置提供了一种有效的参考模式和实现途径。以生产实践中开发的原型系统为例，验证该方法的可行性和有效性。

多目标置换流水车间调度的改进食物链算法

陈可嘉, 周晓敏

2015, 26(3): 348-353,360.

摘要 ( )

PDF (549KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对目标函数为最小化最大完成时间和总延迟时间的多目标置换流水车间调度问题，提出了一种改进的食物链算法。该算法在食物链算法的基础上，引入基于Pareto最优解的快速非支配性排序和个体拥挤距离计算，增强了算法的寻优性能。对OR-Library三个典型算例的优化比较表明，该算法在解的质量上明显超越NSGA-Ⅱ算法。

新型大工作空间仿生被动球面铰链构型及工作空间分析

邱雪松, 杨龙, 侯雨雷, 周玉林

2015, 26(3): 354-360.

摘要 ( )

PDF (606KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

被动球面铰链是构成机构的基本单元之一，但是，较小的工作空间制约了其在机械结构设计中的应用。以普通被动球面铰链为原型，在对其结构及工作空间进行分析的基础上，采用运动与约束单项分解、交叉匹配的方法，提出并设计完成了具有较大工作空间的双耳支架固定型被动球面铰链和球/窝换位型被动球面铰链;基于仿生设计理论，对照人体肱骨结构，提出偏置输出的设计新思想，进而，设计完成具有大工作空间的偏置输出的横向剖分球窝型被动球面铰链和偏置输出的球/窝换位型被动球面铰链;建立两空间映射的函数方程。分析发现，随着铰链输出杆偏置角的增大，铰链的工作空间随之增大，并且形状发生相应变化。所提出的新型铰链，解决了被动球面铰链因工作空间小而在工程应用中受到限制的问题，对新型被动球面铰链的研制具有理论指导意义和工程实践价值。

基于实时反馈的机床热误差在线补偿模型

张成新, 高峰, 李艳

2015, 26(3): 361-365.

摘要 ( )

PDF (520KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为建立一种能够适应机床不同工况且具有准确预测能力的热误差补偿模型，提出一种基于限定记忆递推最小二乘法辨识热误差模型参数的机床热误差预测建模方法。该方法随着机床工作状况的改变，根据实时反馈的温度和热误差数据，采用递推方法对模型参数进行即时修正，使热误差模型能够及时跟踪机床系统的热特性变化，实现以较高的预测精度对机床热误差进行补偿。通过数控车床主轴轴向热误差辨识建模及补偿实验可以看出，限定记忆递推最小二乘法比一步最小二乘法辨识精度有较大提高，最大残差值减小了52.3%，标准差减小了67%。实验结果表明，利用该方法进行机床热误差模型参数辨识具有较高的预测精度和鲁棒性，有效可行。

谱载荷下加载次序效应定量评价的初步研究

储军, 郑松林

2015, 26(3): 365-368,378.

摘要 ( )

PDF (475KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过对40Cr材料光滑试样进行不同加载次序的三级程序载荷疲劳试验，验证并分析了载荷作用次序对疲劳强度累积强化效果的影响。试验结果表明：按照载荷从小到大逐渐增加的次序加载时，锻炼载荷对疲劳强度的累积强化效果最大，并且与三级锻炼载荷分别独立作用时强化效果的叠加值接近;而在其他加载次序下，累积强化效果分别受到不同程度的影响。最后，通过对疲劳试验数据的统计分析，初步研究了谱载荷下加载次序对总体累积强化效果的修正系数，并对之前建立的随机载荷下累积强化效果模型做出了修正，为建立考虑低载强化效应的疲劳累积理论进行了探索。

求解液压阀块加工车间调度的多作用力微粒群算法

陈东宁, 张瑞星, 姚成玉, 茜彦辉,

2015, 26(3): 369-378.

摘要 ( )

PDF (761KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为有效地解决液压阀块加工车间调度问题，考虑工序间和机器间的约束关系,以最大完成时间最小为目标，给出了液压阀块加工车间调度优化模型。为平衡算法的全局和局部搜索能力,提出了多作用力微粒群(MFPSO)算法，采用多作用力阶段性搜索策略，将搜索过程划分为前期、中期、后期3个阶段,并对应构造单一斥力、平衡引斥力、单一引力3种作用力规则,在不同搜索阶段采用不同的作用力规则,提高了算法的搜索机制和寻优性能。将MFPSO算法用于求解液压阀块加工车间调度问题,利用矩阵变量来处理约束条件,给出了一种基于矩阵的微粒编码、解码方法。通过液压阀块加工车间调度优化实例，将MFPSO算法与微粒群算法、中值导向微粒群算法、扩展微粒群算法、蚁群算法进行了对比,结果表明,提出的MFPSO算法结果最优，从而验证了该算法的有效性。

21-6-9高强不锈钢管数控弯曲回弹的理论计算及有限元分析

方军, 鲁世强, 王克鲁, 许小妹, 徐建美, 姚正军

2015, 26(3): 379-384.

摘要 ( )

PDF (588KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了研究几何参数和材料参数对回弹的影响，基于弹塑性理论推导了最终弯曲半径和回弹角度的近似计算公式，结合有限元模拟，分析几何参数和材料参数对21-6-9高强不锈钢管材数控弯曲回弹规律的影响，并对理论解析、有限元模拟和试验结果进行对比。结果表明：最终弯曲半径随着弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大，且与弯曲角度无关;回弹角度随着弯曲角度、相对弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大;有限元模拟结果和试验结果吻合良好，能够较精确地预测回弹;理论解析与试验结果对比误差较大，但能够反映回弹角的变化趋势。

行星滚柱丝杠副滚柱塑性成形的探讨

张大伟, 赵升吨

2015, 26(3): 385-389.

摘要 ( )

PDF (492KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

分析了现有的滚柱零件生产工艺和可能采用的塑性成形方法，提出并探讨了一种适于滚柱零件批量化生产的螺纹和花键同步滚压精确塑性成形新方法。数值研究表明该成形工艺是可行的，该工艺可进一步应用于具有类似特征的轴类零件的高效精确成形制造。

基于高速铁路随机振动环境对人体腰椎影响的人机工程座椅设计

国云鹏, 宋桂秋

2015, 26(3): 389-393.

摘要 ( )

PDF (613KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了设计出更好的高速列车座椅，提高乘客的乘坐舒适度，针对国内高速列车设计标准在生物力学方面缺乏明确规定的问题，建立了人体腰椎L1~L5的有限元模型，并对模型的合理性进行了实验和理论验证。对不同坐姿下的腰椎模型进行了静态和350km/h高速列车运行环境下的动力学分析，计算腰椎静态和外部激励作用下的结构响应情况，为高铁座椅的人机工程设计提供依据。

基于扩展卡尔曼粒子滤波算法的锂电池SOC估计

赵又群, 周晓凤, 刘英杰

2015, 26(3): 394-397.

摘要 ( )

PDF (467KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂电池荷电状态用来描述电池剩余电量的多少，进而反映电动汽车的续驶里程，是电池管理系统中的核心参数。电池循环次数、瞬间大电流以及温度等因素都会使电池特性发生变化,使用扩展卡尔曼滤波算法对电池荷电状态进行估计，会有较大的误差甚至导致算法不收敛。为了有效地抑制发散以及噪声的影响,基于锂电池混合噪声模型，应用扩展卡尔曼粒子滤波算法对锂电池荷电状态和电流漂移噪声进行同步估计。最后根据充放电试验数据进行仿真分析，结果证明了该算法的优越性。

机电控制CVT夹紧力可变机构性能分析

叶明, 李鑫, 罗勇

2015, 26(3): 398-402,413.

摘要 ( )

PDF (607KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

机电控制CVT采用直流电机作为调速驱动机构，比传统的电控液动CVT具有更高的效率、更好的控制性能和更少的零件数目。针对目前机电控制CVT夹紧力不可调的缺点，提出一种CVT夹紧力调整的机构，并建立了数学模型。在此基础上设计了基于模糊控制和比例积分控制的位置与速度双闭环控制算法，并进行了夹紧力调整控制仿真。结果表明，所提出的夹紧力调整机构和控制策略具有较好的控制性能，满足系统运行过程中夹紧力变化的需要。

机械加工强化机理与工艺技术研究进展

刘战强, 贺蒙, 赵建

2015, 26(3): 403-413.

摘要 ( )

PDF (785KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

综述了两种机械加工强化机理：组织强化和应力强化。根据晶体位错理论分析，组织强化通过改变金属材料微观组织，提高位错密度，使材料流变应力增加，强度提高。介绍了用于解释机械加工位错强化、晶界强化、应变强化、择优取向强化的理论模型及各强化机理在机械加工强化中的作用，分析了应力强化中残余应力的产生原因。以文献研究为基础，总结了机械加工工艺强化原理和工艺设备的发展现状，讨论了机械加工强化机理和强化工艺的对应关系，指出了机械加工强化工艺的发展方向。

蛇形机器人的研究与发展综述

苏中, 张双彪, 李兴城

2015, 26(3): 414-425.

摘要 ( )

PDF (861KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

对国内外蛇形机器人进行了研究和分析，将其分为形态研究、运动学和动力学模型、步态控制及稳定性等研究内容，从二维运动和三维运动角度，对研究内容进行了综述、分析和总结。结合蛇形机器人的结构和运动步态特点，对国内外研制的蛇形机器人进行了分类，最后对蛇形机器人的研究发展进行了展望。

英文目次

2015, 26(3): 426.

摘要 ( )

PDF (77KB) ( )

当期目录