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2015年 第26卷 第19期    刊出日期：2015-10-10
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版权页和目次
2015, 26(19):  0. 
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机械基础工程
不同收放速度对海上钻机收放系统影响分析
金永平, 万步炎, 刘德顺, 彭佑多
2015, 26(19):  2557-2563. 
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以深海钻机收放系统为研究对象，通过建立计入海水阻力的收放系统动力学模型，研究了不同收放速度对收放系统特性的影响。研究结果表明：受海水阻力的影响，钻机在入水前后，摆动角度和脐带缆张力均存在较大差异，海水阻力对两者具有显著的抑制效果。同时，随着下放速度的增大，钻机的摆动幅值和脐带缆张力的变化幅值将不断减小；随着回收速度的增大，钻机的摆动幅值将不断减小，脐带缆张力的最大值将不断增大。
基于ASTFA的广义解调方法及应用
李宝庆, 程军圣, 彭延峰, 杨宇
2015, 26(19):  2564-2570. 
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结合自适应最稀疏时频分析（ASTFA）和广义解调的优点提出了基于ASTFA的广义解调方法。该方法首先采用ASTFA对原始信号进行分解，得到分量信号及其相位函数；然后，提取该相位函数的二次项及高次项，获得解调相位函数；之后利用解调相位函数对分量信号进行广义解调；最后对广义解调后的信号进行频域分析，提取特征信息。仿真和实验分析结果表明，基于ASTFA的广义解调方法非常适用于处理多分量频率调制信号，能够有效提取滚动轴承在变速工况下的故障特征信息。
变质量颗粒阻尼吸振器及其宽频减振性能
赵艳青, 夏晶晶, 高强, 宋伟志, 韩宁
2015, 26(19):  2571-2574,2580. 
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为了拓宽传统定参数颗粒阻尼吸振器的有效减振频带，设计了一种变质量颗粒阻尼吸振器。对变质量颗粒阻尼吸振器的动力学特性进行了仿真及实验研究，并利用数据拟合的方法建立了颗粒容器内水量与最佳减振频率的变化关系。研究结果表明：变质量颗粒阻尼吸振器可以通过改变颗粒容器内的液体量调节其最佳减振频率，拓宽了吸振器有效减振频带。
电场活化聚合物驱动器动态机电耦合特性研究
陈娟, 刘焜
2015, 26(19):  2575-2580. 
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通过分析电场活化聚合物材料的力学行为理论，建立了基于常见应变能函数（Mooney-Rivlin模型、Ogden模型和Yeoh模型）的电场活化聚合物驱动器的机电耦合本构模型。通过驱动实验，将3种机电耦合模型结果与实验数据进行了对比分析，得出影响电场活化聚合物机电稳定性的重要因素，确定了最适用于电场活化聚合物的机电耦合性能行为的模型。
面向机械产品专利规避的功能裁剪路径研究
李辉, 刘力萌, 赵少魁, 于菲, 檀润华
2015, 26(19):  2581-2589. 
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专利日益成为知识产权战略下最重要的竞争性要素，掌握核心专利的企业通过设置专利壁垒阻碍后来者的竞争，因此如何针对专利技术进行创新设计，以突破专利壁垒将十分必要。为保障创新设计既为有效创新设计又不侵犯现有专利技术，考虑到功能裁剪与专利规避原则的契合性，首先基于专利制度约束与功能模型建立了专利权利范围；其次，基于不同专利规避原则对功能裁剪路径进行了研究；最后，基于专利规避前端设计准则，提出了完整的创新设计流程，并通过管道机器人实例验证了方法的有效性。
一种具有可拓展性解空间的平面杆组机构运动综合方法
朱立红, 张良, 赵韩, 赵萍
2015, 26(19):  2590-2594,2600. 
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基于克利福德代数中的运动学映射理论，提出了一种新的具有可拓展性解空间的平面杆组机构运动综合方法。针对无精确解或数学意义上的最优近似解不能满足实际需求的情况，该方法可以根据需要来扩大拟合误差容许范围，进一步拓展解空间，从而获得更多近似解。之后，从中选取最优的二杆组来组成四杆机构或并联机构，实现给定的运动位姿。
基于KPCA-FSVM的液压泵可靠性寿命分布识别
景涛, 曹克强, 胡良谋, 高斌
2015, 26(19):  2595-2600. 
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为了准确快速识别出液压泵的可靠性寿命分布模型，提出了一种基于核主元分析和模糊支持向量机的可靠性寿命分布模型识别方法。该方法充分利用核主元分析非线性特征提取的优势和模糊支持向量机良好的分类能力，建立了适合可靠性寿命分布识别的模糊支持向量机模型，并将其应用于液压泵可靠性寿命分布模型识别。仿真实验结果表明，该模型能够降低计算的复杂度，具有良好的泛化能力，能够准确地识别出液压泵无故障工作时间数据所属的寿命分布类型。
基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人设计
曲乃恒, 杨桂林, 郑天江
2015, 26(19):  2601-2605. 
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设计了一种具有运动解耦特性的新型主动万向脚轮，实现了脚轮的转向运动和滚动运动的无耦合独立控制。设计了基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人，建立了其运动学模型，并通过MATLAB对全向移动机器人进行了运动学仿真。仿真结果表明：基于解耦式主动万向脚轮的全向移动机器人可以实现侧行和原地转向。
智能制造
轻轨锚固螺杆单位脉冲响应信号的稀疏径向基函数网络提取
杨丹, 周宇, 叶庆卫, 王晓东
2015, 26(19):  2606-2612. 
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轻轨锚固螺杆是轻轨交通中连接轨道梁和墩台的关键受力部件，脉冲响应函数的提取是其健康监测的关键和核心技术。引入稀疏优化算法取代经典径向基网络的最小二乘法，构建网络的输入输出方案，引入二维DCT基对学习权值矩阵进行稀疏表示并通过正交匹配追踪算法来获得尽可能稀疏的网络训练权值。将单位脉冲激励信号输入该网络即可获得系统的单位脉冲响应函数。实验结果表明，所构建的稀疏径向基网络能准确提取单位脉冲响应函数，对工程应用具有参考价值。
机械基础工程
基于MEMD互近似熵及FCM聚类的轴承故障诊断方法
张淑清, 胡永涛, 李盼, 包红燕, 姜万录, 钱磊
2015, 26(19):  2613-2618. 
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提出了一种基于掩蔽经验模式分解(MEMD)互近似熵及模糊C均值聚类(FCM)的滚动轴承故障诊断新方法。MEMD可以有效抑制经验模式分解存在的模态混叠问题；互近似熵是近似熵的改进，能更好体现信号的不规则度和复杂度。信号经掩蔽经验模式分解后得到一组平稳的本征模函数(IMF)，通过能量分析筛选出与原始信号最为相关的几个IMF分量，计算其互近似熵值以作为故障特征向量，能够直观体现设备的运行状况。故障模式识别采用的FCM算法，计算相对简单，聚类效果好。实验分析证明了该方法的优越性。
基于自混合干涉的齿轮箱故障诊断技术
姜春雷, 韩加明
2015, 26(19):  2619-2624. 
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将激光自混合干涉（SMI）技术用于齿轮箱的故障检测，设计出一种新的齿轮箱故障检测传感器。采用QL65D5SA型半导体激光自混合传感器、冯哈勃2342l012CR空心杯减速电机自带的行星齿轮箱，搭建了行星齿轮箱故障SMI检测系统，并对行星轮Z1做断齿故障实验。通过对时域波形的分析，可以找到额定转频下的12个冲击点；通过对齿轮箱故障信号傅里叶频谱的分析，发现故障齿轮的啮合频率周围出现与故障齿轮特征频率和行星架转频呈整数倍关系的边带，且啮合频率处的波形幅值明显增大，这些都与齿轮副的理论振动模型相符合。
机械式点阵触觉显示系统
陈奕钪, 刘俊标, 李博, 郭少鹏, 霍荣岭
2015, 26(19):  2625-2628. 
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设计了一种用于视障人士电子阅读的机械式点阵显示系统。该系统通过小棘爪锁定显示针的不同位置以保持触点的状态，采用Z向驱动器配合XY移动平台顺序控制每个显示针的凸起，而后由复位驱动器统一复位，从而实现系统中多个触点的凸起和平整状态的自动切换。实验结果表明：采用单个Z向驱动器的系统可在1分钟内完成54个触点的凸起和平整状态自动转换。
智能制造
基于有向图的刀轴矢量优化研究
刘红军, 曹宁江, 赵吉宾
2015, 26(19):  2629-2632. 
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针对球头铣刀的五轴数控加工，提出了一种基于有向图的刀轴矢量优化方法。根据刀轴矢量数据量大的特点，提出了建立刀轴矢量有向图的最小优化模型和算法。该方法能获得全局刀轴矢量变化量最小的刀轴矢量序列，将可行域边界上的刀轴矢量加入到有向图的计算中，提高了算法的计算效率。仿真分析表明，该方法优化了刀轴矢量的连续性和光顺性，对于最佳刀具姿态在可行域边界上的加工具有一定的适用性。
机械基础工程
有限长轴承支撑的转子系统非线性动力学分析
黑棣, 吕延军, 张永芳
2015, 26(19):  2633-2640. 
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基于π油膜假设，运用变分约束原理和分离变量法求得了有限长动压轴承非线性油膜力的近似解析表达式。通过计算比较可知，该方法和有限元法的计算结果非常接近，而且可以节约大量计算时间。在此基础上，以转子的角速度、圆盘处的偏心量及转轴的刚度为控制参数，运用Newmark法分析了轴承-转子系统的非线性动力学行为。数值结果揭示系统具有周期运动、倍周期运动、准周期运动、六周期运动、十周期运动等复杂丰富的非线性动力学特征。
基于微量润滑磨削的双喷口喷嘴雾化仿真分析
毛聪, 周鑫, 谭杨, 孙小丽
2015, 26(19):  2640-2645. 
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为了减小磨削时砂轮表面气障层的影响，提高磨削液润滑和冷却的效果，设计了一种双喷口结构的喷嘴。分析了微量润滑雾化机理，采用二级雾化理论建立了雾化数学模型，对双喷口喷嘴的雾化过程进行了仿真分析，并对仿真结果进行了验证。研究结果表明：双喷口喷嘴能有效减小雾滴直径，提高磨削液的雾化效果；辅助喷口雾滴可以扰乱砂轮表面的空气环流，减小气障层对主喷口雾滴流向的影响，促使主喷口喷出的雾滴能顺利进入磨削区。
异步电机混合型滑模磁链观测器分析与验证
李孟秋, 周志康, 廖武, 彭婧
2015, 26(19):  2646-2651. 
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在异步电机直接转矩控制中，磁链的观测是精确控制电机的一个重要环节。针对两类无速度传感器滑模观测器，从收敛性和参数敏感性两方面进行了深入的分析，并比较各自的优缺点。结合工程实际需要提出了一种混合型滑模磁链观测器算法。所提出的磁链观测器在控制中能消除初始磁链误差，又具有较好的鲁棒性。MATLAB仿真和实验结果论证了该方法的正确性和有效性。
基于RCSA的深孔内圆磨床主轴端点频响函数预测
李孝茹, 朱坚民, 张统超, 王健
2015, 26(19):  2652-2661. 
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基于响应耦合子结构分析法预测了深孔内圆磨床主轴端点的频响函数。首先对磨床主轴进行子结构划分，计算各子结构自由状态下的频响函数矩阵，然后顺序刚性耦合各子结构的频响函数矩阵，对轴承支撑点使用结构修改法修改轴承约束下的已耦合子结构频响函数矩阵，直至耦合到最后一个子结构，得到主轴端点的频响函数。以某深孔内圆磨床为研究对象，分别基于该方法和有限元法，对其主轴端点的频响函数进行预测，并对其进行实验测试。实验及分析结果表明：该方法预测精度高于有限元分析方法预测精度、计算速度快，便于深孔内圆磨床主轴系统的结构优化。
先进材料加工工程
伺服驱动压边力控制系统建模与仿真
杨莉, 王国佐, 邹凤刚, 秦泗吉
2015, 26(19):  2661-2666. 
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将伺服驱动技术应用于压边力控制，可以更有效地控制拉深成形过程，提高成形效果。采用伺服电机驱动的压边力控制系统由机械和数控系统两部分组成，系统参数匹配的合理性对压边力控制的动态性能影响较大，而系统的动态性能直接影响到压边力控制精度和效果。首先对双滑块六杆机构输入输出方程进行了线性化处理，建立了机械系统、数控伺服系统的数学模型，得到了压边力控制系统的数学模型和仿真模型，对控制系统进行了仿真分析，初步确定了控制系统的位置环PID参数。最后根据仿真分析结果进行了压边力控制实验系统的参数设定，实验表明，根据仿真值稍作调整就能达到实验系统的控制要求，大大缩短了系统调试时间。
机械基础工程
基于模糊核聚类和引力搜索的风电齿轮箱故障诊断
李状, 马志勇, 胡亮, 柳亦兵
2015, 26(19):  2667-2671,2676. 
摘要 ( )   PDF (574KB) ( )  
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为了诊断风电齿轮箱已知类别和未知类别的故障，提出了基于模糊核聚类和引力搜索的故障诊断方法。首先建立以训练样本分类错误率为目标的聚类模型，利用模糊核聚类对训练样本进行分类；然后利用引力搜索算法求解聚类模型，获得最优分类结果下每个类的类心；最后根据新样本与各类心之间的核空间样本相似度判断属于已知故障或者未知故障。结果表明，该方法准确度高，可有效用于风电齿轮箱故障诊断。
先进材料加工工程
热态轴类含空洞锻件内部温度场分布
张玉存, 张雷强, 付献斌
2015, 26(19):  2672-2676. 
摘要 ( )   PDF (521KB) ( )  
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热态轴类锻件内部温度场分布特征对锻件内部空洞检测起着重大作用。针对该问题，在传热学理论的基础上建立了热态轴类含空洞锻件的二维非稳态传热模型。首先利用集总参数法获得该模型的内部边界条件。然后通过红外热像仪采集得到该模型的初始温度条件，结合分离变量法求解该模型，从而获得含空洞锻件的内部温度场分布。最后通过实验分析了不同空洞尺寸条件下锻件内部温度场的分布特征。
基于非圆弧理论的平整机轧制力简化模型
王东城, 王芸红
2015, 26(19):  2677-2681. 
摘要 ( )   PDF (648KB) ( )  
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针对目前带钢平整机轧制力模型的缺点，综合考虑带材的弹性变形与塑性变形，基于非圆弧轧辊理论的大量计算结果，回归得到一套冷带钢平整机轧制力简化模型。该模型可用于干平整或湿平整轧机设计、轧制规程制定。4个典型算例的计算结果表明，简化模型与非圆弧轧辊理论计算结果一致。最终通过2套平整轧机的实测轧制力验证了简化模型的正确性。
机械基础工程
“瓦伦”结构旋转冲击失效建模方法研究
史同承, 柴象海, 洪伟荣
2015, 26(19):  2682-2687. 
摘要 ( )   PDF (648KB) ( )  
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研究了超塑成形/扩散连接钛合金空心“瓦伦”结构在旋转冲击载荷下失效行为的模拟方法。通过“固连失效接触”算法模拟了扩散连接焊缝，“瓦伦”结构局部应力集中和局部缺陷对焊缝强度的影响通过定义焊缝的等效拉伸和剪切强度加以考虑，并通过旋转冲击试验对数值模拟结果进行校核。结果表明，所提出仿真分析方法可有效地模拟空心“瓦伦”结构零部件在旋转冲击载荷下的失效行为。
基于区域灵敏度及空间多层形貌的车身设计
胡朝辉, 于万元, 陈少伟, 曾土伟, 李光耀, 袁智军
2015, 26(19):  2687-2692. 
摘要 ( )   PDF (587KB) ( )  
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提出了区域灵敏度分析方法，并通过设定关键区域的区域厚度变量，将灵敏度分析对象由单个零件的厚度变成关键区域的区域厚度变量。提出了基于优化空间重组及灵敏度筛选机制的空间多层形貌优化技术，对零件沿法向正反两个方向进行了结构形貌优化，并将两种方法应用到某车身轻量化设计中。应用实例表明，该方法可以成功地实现关键区域的灵敏度分析，并能大大缩短车辆开发时间优化。
智能制造
基于卡尔曼滤波器的智能车过弯时间优化控制算法
孙涛, 徐正进, 尤霖, 黄序, 郑松林, 张振东, 孙跃东
2015, 26(19):  2693-2697. 
摘要 ( )   PDF (532KB) ( )  
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对最小过弯时间算法的研究是赛车单圈行驶时间优化的关键问题之一。在最优控制理论的框架下，设计了一种基于Kalman滤波器的过弯时间优化控制算法。运用Kalman滤波算法估计了车辆行驶状态，通过控制算法调节轮胎转角实现了过弯轨迹的优化。最后，根据相似理论Buckingham Pi定理，运用飞思卡尔智能模型车进行试验。结果表明，所设计的优化控制算法可有效缩短车辆过弯时间，验证了优化算法的有效性。
英文目次
2015, 26(19):  2698. 
摘要 ( )   PDF (78KB) ( )  
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