中国机械工程

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2015, 26(21): 0.

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斜齿轮成形磨削齿向修形齿面模型构造与误差评价

汪中厚, 宋小明, 何伟铭, 李刚, 朱文敏, 耿直

2015, 26(21): 2841-2847.

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砂轮磨削带齿向修形的斜齿轮时，砂轮与齿轮之间的接触线时刻发生变化，其附加运动会使齿向一面产生“修形扭曲”，为此，提出一种高精度建立齿向修形齿面的方法。根据齿向修形原理，推导出成形磨齿的实际接触线方程；通过改变中心距的值，沿齿向得到多组接触线，使用NURBS曲面拟合，得到齿向修形齿面；对影响齿面精度的主要因素齿廓偏差和螺旋线偏差进行分析并提出误差评价模型。以鼓形修形斜齿轮为例，介绍齿向修形齿面构造全过程。磨齿实验验证了模型的准确性以及齿向修形齿面构造的高精度性。

分布式内冲液对多孔质电极电火花加工性能的影响

蒋毅, 孔令蕾, 李其, 平雪良, 赵万生

2015, 26(21): 2848-2852.

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对分布式内冲液条件下的多孔质电极电火花加工性能进行了实验研究。实验结果表明，采用分布式内冲液方法能够达到充分降低极间蚀除产物浓度的目的，不仅可代替抬刀和平动方法,而且可采用较小的脉冲间隙以较大的占空比进行加工，获得较高的加工效率；对冲液流量影响的研究发现，随着冲液流量的增大,在冲液降低极间蚀除产物浓度和冲液干扰等离子体放电通道的双重作用下，加工材料去除率曲线变化呈现双峰值特征。通过获取极间电压和分析长连续开路时间对加工总时间的占比可知,冲液流量在增大过程中，首先使极间蚀除产物浓度降低至理想水平,再使等离子体通道扰动达到理想水平。

高速电主轴中的离心现象及其影响

芮执元, 李特, 雷春丽, 胡赤兵

2015, 26(21): 2853-2862.

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对高速电主轴内的离心现象进行了分类，归纳出了离心力的三种表现形式及其对主轴动态、热态特性的影响,指出离心力影响的广泛性和严重性,它不仅是影响主轴动态特性的关键因素,而且能加剧轴承发热;同时指出了旋转部件因离心膨胀而可能带来的其他影响,从离心膨胀这一角度出发，为今后主轴动力学和热力学的研究提出了相关建议。

嵌入式测温工具系统的结构设计及模态分析

李广慧, 尹凝霞, 徐红, 谭光宇

2015, 26(21): 2862-2866.

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为测量采用BT刀柄工具系统的立铣切削温度,在BT40刀柄的内部嵌入了测温模块。建立BT40测温工具系统的三维实体模型,借助有限元模态分析构建了测温工具系统动力学模型,求解该工具系统分别在自由状态和工况约束状态下的固有频率和振型。有限元分析和模态实验结果证明,该BT40测温工具系统的动力特性和平衡特性完全符合实际切削要求。

新型轮腿式地面移动机器人的结构设计与运动特性分析

张礼华, 费蓝冰, 楼飞, 王康

2015, 26(21): 2867-2872.

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依据平行四边形悬挂机构的运动特性设计的轮式移动机器人具有良好的越障性能，通过结合摆臂和行星轮机构而设计的新型轮腿式地面移动机器人克服了原有机器人不能跨沟的缺陷，对外界非结构化的路面环境具有良好的适应能力。详述了该新型轮腿式机器人的结构特点，对该机器人的运动特性进行了分析，并利用拉格朗日方程建立了该机器人越障状态下的动力学模型。采用一组可行的结构尺寸，利用ADAMS软件建立虚拟样机模型验证了该地面移动机器人的可行性。

基于分层蚁群遗传算法的多目标柔性作业车间调度方法

邹攀, 李蓓智, 杨建国, 施烁, 梁越昇,

2015, 26(21): 2873-2879,2884.

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针对离散制造柔性作业车间实际工况，提出了一种基于分层蚁群遗传算法的柔性作业车间资源驱动的多目标调度方法，其基本特征是：基于连续生产中不同调度周期剩余或空闲资源等调度相关实时信息；基于完工时间和机床负荷等多目标；采用分层蚁群-遗传混合算法进行决策，通过逐步筛选，获得优化解。该方法特别适用于车间资源变化、任务执行情况变化、急件任务必须插入等情况下的动态调度。应用标准案例并设计相关组合案例进行了测试，与MOGV混合算法相比，25%的案例计算结果优于MOGV算法，最大完工时间减少5%~7%，62.5%的案例计算结果等同MOGV算法。因此，该智能调度方法不仅可以有效地取得对指定优先目标的最佳优化效果，且可自动获得多目标综合的最优解，智能调度效果显著。

机载光电平台隔振系统振动耦合分析

杜言鲁, 丁亚林, 许永森, 聂品

2015, 26(21): 2880-2884.

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为避免载机线振动耦合为光电平台角振动，减小角振动对成像质量和指向精度的影响，对机载光电平台隔振系统进行了分析与研究。针对以往单自由度振动模型仅能分析线振动衰减，无法分析线振动与角振动耦合的缺点，建立了隔振系统的双自由度振动模型，推导出载机线振动与光电平台角振动间的传递函数，分析了减振器刚度、阻尼参数偏差以及减振器布局不合理对振动耦合的影响，为隔振系统的设计和安装提供理论基础。结合工程实际，提出了减小光电平台隔振系统振动耦合的具体措施。

一种基于五次CVC和SmartCrown复合辊型的板形控制方法

唐忠, 李文强, 陶冶

2015, 26(21): 2885-2890.

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为改善轧机的板形调控能力，在分析连续变凸度CVC辊型和SmartCrown辊型特性的基础上，提出了一种基于五次CVC和SmartCrown的复合辊型的板形控制方法。将五次CVC和SmartCrown辊型在控制板形缺陷方面的特性相结合，采用分解与迭加的方法重新确定其二次和四次凸度及调控能力。通过设计实例和效果分析验证，表明该方法有效改善了五次CVC和AVC辊型因辊径差较大不利于板形控制的缺点。

超声空化微射流建模与仿真

叶林征, 祝锡晶, 郭策

2015, 26(21): 2890-2894.

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为探求功率超声珩磨中空化作用产生的微射流对壁面的冲击作用，考虑液体压缩性，基于连续方程及动量方程，建立了壁面峰值压力及滞止压力公式。应用耦合欧拉拉格朗日（CEL）方法建立了微射流冲击壁面的有限元模型，并对壁面压力、壁面变形等进行了数值研究。结果表明：壁面的峰值压力、最大变形深度及最大等效应变均出现在射流冲击的边缘；铝板在微射流冲击后出现深约0.11μm的凹坑，并在凹坑边缘有材料隆起；壁面塑性变形主要发生在冲击前期，等效应变呈环形分布。空化微射流的冲击有利于材料的去除。

薄壁件加工变形误差预估及补偿的集成

乔凯, 舒小平

2015, 26(21): 2895-2900.

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针对薄壁件数控加工过程中产生的力致变形误差，提出了一种将变形误差预测与误差补偿进行集成的方法。在提出高效的误差计算迭代算法基础上，采用APDL的方式开发了集迭代计算、刀具走刀、材料去除于一体的误差动态仿真程序，实现全过程加工误差的自动计算。借助UG二次开发工具UG/Open开发的应用程序实现了UG和ANSYS之间的数据通信，根据预测变形误差自动修正CAD模型，继而利用UG CAM生成考虑误差补偿因素的加工代码。研究了涉及误差离线预测及补偿的集成方法的多个关键技术。算例表明：误差预测值逼近实验值，精度可靠；集成软件能够自动生成误差补偿的加工代码，实现了误差离线预测和补偿全过程的CAD/CAE/CAM集成，集成程度高。

机械工程类国家重点实验室发展历程与现状分析

王国彪, 宋建丽,

2015, 26(21): 2901-2909.

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作为我国机械工程领域科技创新的重要载体，机械工程类国家重点实验室引领学科前沿发展，服务国家重大需求，进行了大量卓有成效的研究，已成为凝聚和培养优秀人才、开展高水平学术交流与合作的重要基地，为国民经济建设和社会发展作出了重要贡献。回顾了机械工程类国家重点实验室30年来的建设历程和发展变迁；重点介绍了依托高校和科研院所建立的16个国家重点实验室的基本情况；从研究方向、人才培养与团队建设以及实验室评估等几个方面对该领域国家重点实验室的发展现状进行了分析。最后，对机械工程类国家重点实验室的未来发展进行了展望。

扩展型混合磨削云PAAS系统的研究与设计

谢智明, 邓朝晖, 刘伟, 刘涛, 彭克立

2015, 26(21): 2910-2917,2922.

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计算机辅助磨削制造软件是磨削制造加工领域的软实力资源，扩展型混合磨削云PAAS系统为整合利用磨削制造软件资源提供了一个通用的、可扩展的平台，它利用混合云计算技术为磨削制造加工企业使用CAM软件资源提供了方便可靠、费用低廉的途径。设计了PAAS系统的网络及软件体系架构，阐述了系统的实现原理、功能及关键技术，利用人工智能技术设计了CAM方案控制算法，开发了磨削云PAAS软件系统，并对其在磨削行业的实践应用及发展趋势做了介绍。

小型断路器操作机构的动作可靠性分析

陈文华, 张文, 潘骏, 张廷秀, 陈丽丽

2015, 26(21): 2918-2922.

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对小型断路器操作机构的动作可靠性灵敏度进行探讨。运用机构可靠性设计理论中的Monte Carlo法分析了操作机构在过载分断时的动作可靠性，构建了操作机构在过载分断时的动作可靠性模型;同时,利用Monte Carlo法分析了操作机构的动作可靠性灵敏度，给出了操作机构随机参数可靠性灵敏度的变化规律，研究了随机参数的改变对操作机构动作可靠性的影响。结果表明,该方法能够有效地分析小型断路器操作机构的动作可靠性，同时也可为小型断路器操作机构的可靠性设计提供参考。

基于直流-交变电场的单晶硅3D微纳结构制备方法研究

焦晓东, 巢炎, 吴立群, 姚安琦, 楼洪梁, 李仁旺

2015, 26(21): 2923-2928.

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贵金属颗粒辅助化学腐蚀法在制备硅微纳线结构方面具有独特的作用。为了自动控制贵金属颗粒在单晶硅体内的运动方向，提高制备复杂3D硅微纳结构的可能性和结构品质，提出一种基于复合电场的单晶硅3D微纳结构制备方法。设计了直流-交变复合电场模型来研究贵金属颗粒辅助化学腐蚀法的机理，并分析了电场频率对单晶硅微纳结构的影响。设计了外电场控制模型及试验，讨论了电场强度和电场方向对腐蚀效率和腐蚀轨迹的作用规律。微结构观测结果验证了利用电场控制腐蚀加工过程的可行性，得到了优化的电场电流密度和电场频率工作区间，为制备3D硅微纳结构提供了新的试验思路和机理分析途径。

基于试验设计和灰色关联度的橡皮囊成形回弹影响因素显著性分析

刘玉琳, 鲍益东, 任亲虎

2015, 26(21): 2929-2933.

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橡皮囊成形是飞机钣金零件的一种重要成形工艺方法，回弹问题是橡皮囊成形的难点，对其影响因素进行显著性分析可有效控制回弹。基于橡皮囊成形有限元数值模拟，将正交试验设计方法与灰色关联度相结合用于分析橡皮囊成形回弹影响因素的显著性，以某实际长直U形件为例分析压力、最大充液速率、最大节点速度、保压时间、弯曲半径、板料厚度以及轧制方向等因素对回弹的影响程度，结果表明，模具圆角半径、压力、板料厚度、保压时间是橡皮囊成形回弹的主要影响因素，而最大充液速度、最大节点速度、轧制方向对回弹的影响较小。分析结果与工艺试验结果相吻合，从而验证了该方法的有效性。

基于ASTFA降噪和AKVPMCD的滚动轴承故障诊断方法

杨宇, 李紫珠, 何知义, 程军圣

2015, 26(21): 2934-2940.

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提出了一种滚动轴承故障诊断的新方法。首次将自适应最稀疏时频分析(ASTFA)方法应用于振动信号的降噪，并针对KVPMCD方法只选择一种最佳相关模型而忽略其他几种相关模型对预测精度贡献的缺陷，提出了一种改进的KVPMCD模式识别算法——人工鱼群算法优化融合Kriging模型的基于变量预测模型的模式识别（AKVPMCD）算法,即采用收敛速度快、鲁棒性强、具有全局寻优能力的人工鱼群智能算法(AFSIA)优化融合多种Kriging相关模型来提高模型预测精度。在此基础上，提出了一种基于ASTFA降噪和AKVPMCD算法的滚动轴承故障诊断方法。实验结果表明，该方法可以有效提高分类识别的精度。

离心力驱动液压膨胀式高速刀柄设计

王军, 马灿, 韩亚丽, 张淳

2015, 26(21): 2941-2945,2962.

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针对高速刀柄与主轴锥孔离心膨胀不匹配的问题，设计了一种新型高速刀柄。刀柄采用实心短锥、双面定位结构。刀柄上安装有离心力驱动液压弹性膨胀系统，用以补偿刀柄与主轴锥孔的离心膨胀差。阐述了新型高速刀柄的结构原理，对刀柄几何参数和配合过盈量进行了设计；利用ANSYS有限元软件分析了刀柄的极限转速及与主轴的径向连接刚度。研究结果表明，新型刀柄与同规格的HSK高速刀柄相比，极限转速提高了约38%，且径向连接刚度也有所提高,适合用于高速加工。

新型钻井振荡器工作原理与振动特性研究

田家林, 杨志, 杨琳, 范哲, 李友, 赵芸

2015, 26(21): 2946-2951.

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提出了一种新型钻井振荡器。研究振荡器的工作机理，推导出了轴向脉冲激励函数，在此基础上建立了振荡器轴向振动分析模型，得到振荡器在振动下的位移、速度、加速度等关键参数；根据算例参数设计对应的室内实验，并将算例分析结果与实验结果进行对比，验证了振动分析模型的合理性，结果表明，振荡器可以产生平稳的高频微幅振动，使钻柱与井壁之间的静摩擦转化为动摩擦。研究结果对解决定向井、水平井钻进过程中钻压传递、钻柱磨损、粘卡等问题具有一定的参考意义。

基于高温铸坯蠕变规律的连铸坯幂函数连续矫直法

任廷志, 韩培培

2015, 26(21): 2952-2957.

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根据国内外近年来高温铸坯蠕变规律研究成果，建立了矫直区内铸坯变形的数学模型，由此推导出矫直区内铸坯连续矫直曲线方程。辊列按照该矫直曲线布置，完全满足高温铸坯蠕变变形规律。矫直区内的铸坯在中间段实现了等应变速率变化规律，起始段和末尾段实现幂函数形式的应变速率变化规律。利用实验辊列装置对该矫直曲线进行了实验研究，采用一种常温完全蠕变锡铋合金代替高温铸坯，对实验铸坯所受矫直力与铸坯应变进行测量，所测结果与理论计算结果相吻合。

铺层结构三维等效弹性常数研究

张青雷, 唐玉良

2015, 26(21): 2958-2962.

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从铺层结构的三维宏观弹性特性出发，利用三维层压结构理论，获得了复合层板的三维弹性常数的等效公式。以MATLAB为平台，编写模块化程序，将层压结构理论运用于某大型回转机械平行铺层和环状铺层结构的三维弹性常数等效中，输入每个单层结构的弹性参数，该程序可自动生成部件等效刚度矩阵、柔度矩阵和等效弹性常数；结合APDL参数化语言建立有限元模型，对等效前后的结构进行模态分析比较。结果表明，等效前后部件前三阶固有频率的变化率都小于5%，说明该方法对此类复合铺层结构的三维弹性常数等效是可行的。

高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端力学参数变化规律

高红俐, 郑欢斌, 刘欢, 刘辉

2015, 26(21): 2963-2970.

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为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中带有Ⅰ型预制裂纹的紧凑拉伸(CT)试件裂纹尖端力学参数的变化规律，利用动态有限元方法，采用ANSYS和MATLAB软件编写程序，计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下，在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场及裂纹尖端的应力强度因子，并分析了其变化规律。在计算裂纹尖端应力强度因子时，首先采用静态有限元方法和理论公式验证了有限元建模和计算的正确性，然后采用动态有限元方法研究了裂纹扩展过程中裂纹尖端应力强度因子的变化规律。最后进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验，采用动态高精度应变仪测量了裂纹扩展到不同阶段时裂纹尖端点的应变，并对有限元计算结果进行了验证。研究结果表明：在稳态裂纹扩展阶段，高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端位移、应变及应力强度因子均为与载荷同一形式的交变量；随着裂纹的扩展，Ⅰ型疲劳裂纹尖端的位移、应变及应力强度因子幅不断增大；静态应力强度因子有限元计算值和理论值的误差为2.51%，裂纹尖端点应变有限元计算结果和试验结果最大误差为2.93% 。

乘用车狭小面积追尾商用车的耐撞性优化

邓善良, 姜, 潮, 邓青青

2015, 26(21): 2970-2975.

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乘用车狭小面积重叠追尾碰撞对商用车后下部防护装置的耐撞性要求较高。针对乘用车狭小面积追尾商用车这一碰撞形式进行耐撞性分析，通过拓扑优化得到兼顾30%、50%、100%三种追尾重叠形式的商用车后下部防护装置最佳材料分布形式，并根据拓扑优化模型进行精细设计，提出了一种新型的针对狭小面积重叠碰撞的商用车后下部防护装置。将该防护装置运用于某型商用车上，并对其狭小面积追尾碰撞的耐撞性进行了仿真验证。

单模复合功率分流混合动力系统结构优化

杜爱民, 刘开圣, 朱忠攀, 王晨,

2015, 26(21): 2976-2981.

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针对混合动力汽车中的动力耦合系统,提出一种双行星排结构的单模复合功率分流装置。通过对几种方案机械点的特性进行分析,筛选得出最优结构。对行星排特征参数进行优化,并推导得出满足结构限制的参数条件范围,在此基础上分析系统的工作模式和控制策略,最终利用离线仿真对该方案进行验证。

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2015, 26(21): 2982.

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