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2016年 第27卷 第09期    刊出日期：2016-05-10
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版权页和目次
2016, 27(09):  0. 
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机械基础工程
5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床弹性动力学分析
周鑫, 许允斗, 姚建涛, 郑魁敬, 赵永生,
2016, 27(09):  1137-1142,1149. 
摘要 ( )   PDF (654KB) ( )  
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结合有限元法和子结构法建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的弹性动力学模型。首先，将系统划分为不同的子结构，根据空间柔性梁理论求出单元动力学方程，根据关节特点将各个梁单元组装成各个驱动分支；根据分支与动平台的运动学/动力学约束，将各个分支进行装配，从而得到系统动力学方程。以5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床作为算例，求出其动平台中心的动态响应特性。通过比较5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床及5-UPS/PRPU非冗余驱动并联机床动平台的动态响应，可以得到结论：冗余驱动可以明显改善该机床弹性动力学特性，从而减小因弹性变形引起的误差。研究结果为结构设计人员进行结构设计及优化提供可靠的依据。
基于灵敏度数的薄板结构加强筋布局优化设计
李蕾, 张葆, 李全超, 谭淞年
2016, 27(09):  1143-1149. 
摘要 ( )   PDF (705KB) ( )  
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提出了一种启发式的加强筋生长设计方法，加强筋从给定初始点出发，沿着使结构性能最优的方向生长和分枝，同时删除对结构性能贡献小的加强筋，逐步形成最优的加强筋布局。设计过程中，以单元的相对密度为设计变量，以单元灵敏度数作为判断加强筋单元生长和删除的准则。使用Python语言编写了基于ABAQUS的优化设计程序，利用ABAQUS进行有限元求解和前处理。为验证所提方法的有效性，以最大化结构整体刚度为设计目标，对几种典型结构进行了加强筋设计，并与现有文献中的设计结果进行了对比。
智能制造
三臂式巡检机器人重力平衡及其转向越障方法
陶广宏, 房立金
2016, 27(09):  1150-1157,1164. 
摘要 ( )   PDF (990KB) ( )  
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提出了一种由4组平行四边形机构串联组成的新型三臂式巡检机器人机构，该机构能够通过调节机器人的姿态来满足越障过程中的重力平衡要求。给出了机器人越障流程规划，并对转向越障中的关键步骤进行了分析，利用二分逼近优化算法搜寻满足重力平衡条件的越障姿态，给出了满足重力平衡约束条件的运动学逆解求取方法，实现了机器人重力平衡约束条件下的转向越障运动。分析结果表明，该新型三臂式巡检机器人具有转向跨越障碍的能力。
机械基础工程
沟槽和圆坑织构抑制摩擦尖叫噪声研究
胡利鸿, 莫继良, 王东伟, 阳江舟, 陈光雄, 朱旻昊
2016, 27(09):  1158-1164. 
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在列车制动盘试样表面加工出不同宽度的发散型沟槽织构和不同直径与间距的发散型圆坑织构后，将其与光滑表面进行摩擦噪声对比试验，并利用数值分析方法进行模拟分析，研究织构表面对摩擦尖叫噪声特性的影响及作用机理。结果表明，两种织构表面均能降低摩擦系统高频尖叫噪声，且尺寸分布合理的沟槽织构能明显地抑制噪声的产生。利用数值分析方法能较好地揭示织构影响界面摩擦噪声的机理，即对摩材料滑过织构表面并碰击其棱边时，所产生的作用力能起到主动控制界面摩擦噪声的作用，且能抑制某些特定频率的尖叫噪声的产生。
弹射座椅冲击特性试验及仿真研究
韩冰, 刘更, 吴立言, 周昊
2016, 27(09):  1165-1168. 
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分析了飞机弹射座椅的弹射救生原理，建立了弹射座椅冲击试验方案，得到了试验过程中座椅结构的动态响应。在此基础上，应用冲击动力学软件DYTRAN建立了弹射座椅冲击试验数值分析模型，对弹射座椅冲击试验进行了数值仿真，分析了弹射座椅在冲击载荷作用下的响应规律。通过对比试验结果与仿真结果可知，仿真结果在响应规律、响应值等方面与试验结果吻合良好。

智能制造
新型全液压重载锻造机器人机构设计及分析
李阁强, 王帅, 邓效忠, 周斌
2016, 27(09):  1168-1175. 
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针对全液压重载锻造机器人载荷大、搬运速度快和定位精度高的特点提出了一种新型机构方案，该方案能够实现车身回转、夹钳伸缩、夹钳升降、夹钳回转和钳头夹紧五个自由度的运动，其运动主体为一种混联机构，由三组平行四边形连杆机构构成，采用三组液压缸并联驱动，可有效增大机器人工作空间，使负载分配合理，易于控制。建立了运动学和动力学模型，采用正弦曲线将机器人夹钳末端的位移规划为直线运动，在MATLAB中求解出机器人的工作空间，得到了直线运动下各组液压缸的位移和驱动力变化曲线，验证了该模型的正确性和机构的合理性，为重载锻造机器人机构设计提供了一种解决方案。
机械基础工程
滚齿机复合材料滑动导轨磨损性能
李先广, 杨勇
2016, 27(09):  1175-1183. 
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为了掌握滚齿机复合材料滑动导轨磨损性能，在振动爬行原理、Reynolds理论及复合材料滑动导轨工况参数的基础上，建立了复合材料滑动导轨稳定磨损阶段的磨损深度随磨损时间变化关系模型，提出了磨损深度测试方案，成功研制出复合材料滑动导轨磨损测试试验机。运用滚齿机复合材料滑动导轨样件进行了磨损试验，分析了复合材料滑动导轨磨损深度的试验与理论数据，揭示了复合材料滑动导轨磨损规律。理论数据与试验数据相比较，两者相对误差低于5%，验证了理论研究的正确性，表明该研究可为滚齿机复合材料滑动导轨的油槽结构、油槽几何参数及油膜承载能力的优化设计与导轨选型提供有益参考。
基于FSWT细化时频谱SVD降噪的冲击特征分离方法
何志坚, 周志雄
2016, 27(09):  1184-1190. 
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为有效提取滚动轴承故障振动信号的故障冲击特征，提出了基于FSWT细化时频谱SVD降噪的冲击特征分离提取方法。首先对原始信号进行频率切片小波变换得到全频带下的时频分布，然后根据时频谱能量分布特点选择出感兴趣的时频区域，再以较高的时频分辨率对感兴趣的时频区域进行细化分析得到细化的时频谱，从而分割出含有故障特征时频区域。为克服噪声对细化时频谱精度的影响，FSWT细化分析过程融入SVD降噪，通过对FSWT细化时频谱系数矩阵进行奇异值差分谱阈值降噪，使得FSWT细化时频谱的冲击特征更加明显，最后通对降噪后的细化时频谱进行FSWT逆变换重构，分离出故障冲击信号。仿真分析和故障诊断实例表明，基于FSWT细化时频谱SVD降噪的冲击特征分离提取方法能够成功从低信噪比信号中提取出周期性的冲击特征，有效地实现对滚动轴承各种故障的诊断。
基于EEMD和MFFOA-SVM滚动轴承故障诊断
何青, 褚东亮, 毛新华
2016, 27(09):  1191-1197. 
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针对滚动轴承发生故障时，振动信号的时域和频域特征都会发生变化的特点，提出了基于集合经验模态分解（EEMD）、改进果蝇优化算法（MFFOA）和支持向量机（SVM）的滚动轴承故障诊断方法。该方法主要是利用EEMD方法对故障信号进行分解，并计算各IMF分量的均方根值和重心频率，以此进行归一化处理得到特征向量。为了提高诊断精度，采用果蝇优化算法优化SVM参数，建立MFFOA-SVM模型，然后对提取的特征向量进行训练与测试，从而识别故障与否及发生点蚀故障的程度。利用该方法对实测信号进行分析与诊断,并与遗传算法的优化结果进行对比，验证了该方法的有效性，说明其具有良好的应用前景。
基于形态滤波和Laplace小波的轴承故障诊断
臧怀刚, 刘子豪, 李玉奎
2016, 27(09):  1198-1203. 
摘要 ( )   PDF (595KB) ( )  
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针对强噪声背景下，轴承故障冲击响应的提取易被周围噪声干扰的问题，提出了一种基于数学形态学滤波和Laplace小波的包络谱分析方法。首先通过形态学滤波来滤除信号中的复杂噪声，增强信号的冲击特征，然后采用Laplace小波相关滤波法提取信号的冲击响应，最后对提取的冲击相关系数进行包络谱分析，即可诊断出故障。该方法结合了数学形态滤波和Laplace小波两者的优点，可以准确地捕捉到强噪声下的故障脉冲。将该方法应用于轴承内圈、外圈的故障诊断，与传统包络谱分析方法的对比结果很好地验证了所提方法的有效性。
基于Kriging代理模型的结构损伤识别新方法
郭俊龙, 马立元, 李永军, 王天辉
2016, 27(09):  1198-1203. 
摘要 ( )   PDF (510KB) ( )  
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提出一种基于Kriging代理模型的损伤识别方法。利用初始样本建立结构响应与结构损伤参数之间的关系，代替原结构响应与结构物理参数之间的关系，有效减少损伤识别过程中反复调用有限元软件对结构进行网格划分和有限元计算的次数，提高了识别效率。采用加点准则对代理模型进行修正，保证代理模型可以准确反映结构响应与结构损伤参数之间的关系。通过一个管梁结构的数值算例验证了所提方法的有效性。最后，将该方法应用于某导弹发射台模型的损伤识别中，实验结果表明，该方法可应用于工程实际。
识别黏弹性阻尼材料力学参数用约束阻尼试件设计方法
王超, 吕振华, 顾叶青
2016, 27(09):  1208-1214. 
摘要 ( )   PDF (711KB) ( )  
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悬臂梁弯曲共振法识别刚度较低的黏弹性阻尼材料力学参数的实验中常以约束阻尼结构试件为实验对象，试件设计的合理程度直接关系到材料力学参数的测试精度。为了更好地指导试件设计，根据灵敏度分析法提出了影响系数的概念，并将其应用于分析试件的厚度比、共振频率比、密度比、损耗因子等参数的测量误差对黏弹性材料力学参数测试精度的影响中，进而为试件的设计提供了一些有重要工程价值的技术指标。最后，基于悬臂梁弯曲共振法实验理论，分析得到适合使用约束阻尼结构试件识别其力学参数的黏弹性阻尼材料。
一种无汇交轴线对称三转动并联机构的运动分析
陈子明, 黄坤, 张扬, 丁华锋, 黄真,
2016, 27(09):  1215-1222. 
摘要 ( )   PDF (709KB) ( )  
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传统的三自由度转动并联机构（又称球面并联机构）一般都有一个转动中心，且这个中心点往往是分支间多个运动副轴线的汇交点，这种严格的几何条件给机构的加工制造带来很大的难度，制约了这类机构的应用。针对此，提出了一种无汇交轴线的对称三转动并联机构，其三个分支对称布置，分支内及分支间均无汇交轴线。对机构进行了位置反解，得到了机构四种对称的装配构型；从分支运动奇异、平台约束奇异和驱动奇异三个方面对机构进行了奇异分析；最后给定了一组尺寸参数，采用数值搜索的方法得到了机构的姿态工作空间。通过结果可以看出,该机构可以实现三维转动，具有较大的姿态工作空间，而且制造装配相对容易，具有很好的应用前景。
双动压力机用压边滑块串联四连杆工作机构的优化
贾先, 赵升吨, 范淑琴, 谭栓斌
2016, 27(09):  1223-1228. 
摘要 ( )   PDF (557KB) ( )  
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针对J45-315型闭式单点双动拉延压力机所使用的杆系长度与角度尺寸不合理的机构所造成的外滑块压边过程中位移波动量大，严重影响板材拉延过程中压边效果的问题，建立了该机构的优化数学模型，运用步长搜索法对外滑块的位移波动量进行了优化。优化后的研究结果表明，外滑块位移波动量由原来的0.092mm减小到0.015mm，即压边外滑块位移波动量比原机构减小83.7%时，外滑块压紧角增大3.4%，有效提高了双动拉延机械压力机冲压的工作性能，从而为双动拉延机械压力机压边用外滑块驱动的工作机构优化打下了基础。
生物制造
振动辅助铣削加工仿生表面研究
白利娟, 张建华, 陶国灿, 沈学会 , 王金军,
2016, 27(09):  1229-1233,1242. 
摘要 ( )   PDF (742KB) ( )  
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为探究沿进给方向施加振动辅助铣削加工仿生表面形貌的可行性，通过数学计算获得了刀具与工件分离的条件。设计了仿真分析方案，将振动辅助铣削MATLAB仿真刀尖轨迹与实验加工表面以及典型生物表面形貌进行了对比分析。分析结果表明，振动辅助铣削表面形貌和典型生物表面形貌具有相似性，证明了振动辅助铣削加工技术在仿生表面加工领域应用的可行性。

机械基础工程
有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计
孟曙光, 熊万里, 王少力, 吕浪, 郑良钢
2016, 27(09):  1234-1242. 
摘要 ( )   PDF (957KB) ( )  
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针对小孔节流深浅腔动静压轴承的性能优化问题，基于平行平板扩散流动计算模型及流量守恒原理，推导了微元控制体边界压力的插值函数，提出了分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压力、承载力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的有限体积计算方法。使用该方法研究了供油压力、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性的影响规律，从而得到了以上相关参数的优化区间。在此基础上，采用四因素三水平的正交试验法，在满足多目标性能最优的前提下，得到了小孔节流深浅腔动静压轴承结构参数与工作参数的最优组合。以该组参数试制了小孔节流深浅腔动静压轴承并建立了试验平台，测量了不同转速及供油压力下油腔的压力值。试验结果表明，轴承油腔压力试验数据及理论计算值随主轴转速的变化趋势一致；误差在11%以内。验证了有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计方法的正确性。
三转一移解耦并联机构型综合
陈海, 秦友蕾, 曹毅,
2016, 27(09):  1243-1250. 
摘要 ( )   PDF (572KB) ( )  
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通过分析解耦并联机构的输入输出特点，基于支链独立驱动原则和螺旋理论提出了三转一移(3R1T)解耦并联机构构型综合方法。首先，基于解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求，利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵，以确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋，再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系，根据支链连接度的不同，可完成支链结构螺旋系的配置；最后根据解耦并联机构分支组合原则，依次选取四条支链连接动平台和定平台，得到3R1T解耦并联机构。综合的解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的，属于解耦并联机构，此类机构结构紧凑，控制简单，具有一定的应用前景。
机械弹性车轮的结构参数化设计
闫乐乐, 赵又群, 付宏勋, 王强
2016, 27(09):  1251-1256. 
摘要 ( )   PDF (808KB) ( )  
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针对机械弹性车轮的结构尺寸发生细微变化或者结构不满足强度、刚度等要求时，都需要进行重复设计以致延长设计分析周期的问题，基于参数化设计和Pro/E二次开发的理论，开发了机械弹性车轮的结构参数化设计平台，该平台以交互的方式实现机械弹性车轮强度和尺寸校核、三维零件模型和工程图的自动生成、虚拟装配等，同时避免了在传统设计过程中通过查阅国家标准、工程手册来确定设计参数等繁琐工作。实例结果表明，利用所提出的技术与方法能够实现机械弹性车轮结构参数化设计。
基于调速能量的EMCVT电动汽车全局优化
叶明, 任洪, 李鑫
2016, 27(09):  1257-1262. 
摘要 ( )   PDF (595KB) ( )  
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综合考虑电机、电池、机电控制无级自动变速器效率，采用全局动态规划的方法，以电池荷电状态值为状态变量、变速器速比为决策变量，获取装备机电控制无级自动变速器的电动汽车在NEDC工况下的全局最优控制策略。建立了机电控制无级自动变速器调速模型，获取调速过程中的能量消耗。在全局优化控制策略的基础上，将调速能量消耗纳入指标函数，进一步优化无级变速器速比和电机扭矩。优化结果表明，采取所提出的优化策略可有效减少调速次数，进一步降低系统能量消耗。
学科发展
高速冲裁过程中的韧性断裂和断面质量研究进展
陈明和, 胡道春,
2016, 27(09):  1263-1271. 
摘要 ( )   PDF (730KB) ( )  
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总结和评述了冲裁过程中均匀塑性流动形成光洁表面以及空穴长大引起断面撕裂的现象，从材料细观损伤角度阐明了高速冲裁韧性断裂机理及材料断裂参数的确定方法；综述了工艺参数对冲裁断面质量的影响规律、冲裁过程中的热效应以及冲裁断面的微观组织变化等的研究现状；最后对高速冲裁过程中的韧性断裂和断面质量的研究趋势进行了展望。
微球球度测量技术的研究进展
黄强先, 胡小娟, 卞亚魁, 梅腱, 张连生, 陈丽娟
2016, 27(09):  1271-1277. 
摘要 ( )   PDF (609KB) ( )  
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根据目前微球球度测量技术的原理，首先将其分为接触式测量和非接触式测量，其中非接触测量主要分为光学图像测量法和激光干涉测量法，就此对国内外微球球度测量技术进行了介绍和比较，并指出各种测量技术需要解决的问题。然后针对这些技术的局限性，如被测尺寸较大、测量精度不高、测量对象材料限制等，探讨了目前正在研究中的新型球度测量方法和技术。最后对微球球度测量方法和技术的研究及开发趋势进行了总结和展望。
英文目次
2016, 27(09):  1278. 
摘要 ( )   PDF (76KB) ( )  
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