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2016年 第27卷 第13期    刊出日期：2016-07-10
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版权页和目次
2016, 27(13):  0. 
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相关文章 | 计量指标
机械基础工程
开式泵控锻造油压机流量压力复合位置控制研究
艾超, 刘艳娇, 宋豫, 孔祥东,
2016, 27(13):  1705-1709,1715. 
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针对开式泵控锻造油压机在压下过程中管路结构所带来的快锻滞后等问题，建立了机组主泵、主缸以及管路结构数学模型，推导了机组压下特性传递函数。以数学模型为基础，提出了基于流量压力复合控制的前馈补偿控制方法，实现了机组压下阶段空载位置控制以及带载压力补偿位置控制，即机组压下特性的综合控制。以0.6MN锻造油压机实验平台为基础展开仿真与实验研究，结果表明：所提出的控制方法对解决开式泵控锻造油压机液压系统快锻带载时压力上升慢、压下量不足等问题具有良好效果。
活塞式水下力传感器压力平衡装置力学特性分析
陈恩伟, 杨历, 曹永友, 陆益民, 刘正士, 王勇
2016, 27(13):  1710-1715. 
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以深海活塞式力传感器为研究对象，基于液体的可压缩性，推导出活塞补偿器油液体积变化与仪器工作水深以及内外压差之间的关系式，并给出内外压差的计算方法。基于MATLAB软件对活塞式压力平衡装置进行静态和动态分析，以充油式深海压力传感器为例，推导出活塞的爬行现象与O形圈截面直径、预压缩率、摩擦因数、活塞质量之间的关系。研究结果表明，减小O形圈截面直径、预压缩率、摩擦因数、活塞质量均有助于改善爬行特性。总结了活塞式压力平衡装置结构的设计原则。
基于多目标遗传算法的贝塞尔超声变幅杆优化设计方法研究
纪华伟, 赵双双, 胡小平
2016, 27(13):  1716-1721. 
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为设计满足蜂窝复合材料加工要求的高性能超声变幅杆，提出了一种基于多目标遗传算法的超声变幅杆优化设计方法。以变幅杆的结构参数为设计变量，以谐振频率和放大系数为优化设计目标，建立了贝塞尔超声变幅杆的数学优化模型。通过在遗传算法中调用ANSYS仿真软件，对变幅杆进行了建模和动力学分析，获得了计算目标函数所需的参数，采用多目标遗传算法求出了Pareto最优解集，在所求出的Pareto最优解集中选择了一组最符合设计要求的解作为超声变幅杆的设计参数。为验证设计的有效性，对所设计的变幅杆进行了性能测试并对蜂窝复合材料进行了试切实验。实验结果表明：通过该优化设计方法得到的变幅杆放大倍数为7.66，较优化设计前提高了29%，且工作频率更接近于设计频率。通过仿真分析和性能实验，验证了该方法的有效性和可靠性，试切实验结果表明所设计的变幅杆满足加工要求，工艺效果好。
旋转DF系统的多结构参数建模及结构设计
庞俊忠, 潘杰, 常豆豆
2016, 27(13):  1721-1725. 
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针对深孔加工中排屑难、效率低的问题，设计出一种具有刀具旋转功能的DF钻削系统。基于流体力学理论建立了深孔机床DF系统的多结构参数数学模型，揭示了主要结构参数对负压抽屑效果的影响规律，获取了最佳的参数组合。进一步地，对现有旋转DF系统进行了结构完善及参数优化。研究结果为深孔机床抽屑装置的优化设计提供了可借鉴的方法。
智能制造
一种六自由度工业机器人运动学分析及三维可视化仿真
高艺, 马国庆, 于正林, 曹国华
2016, 27(13):  1726-1731. 
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针对Motoman-HP20机器人的构型特点，采用D-H坐标变换法建立其运动学坐标系，将机器人分解为位置结构和姿态结构，得到以位置矢量和欧拉角表示的完备广义坐标，利用位姿分离法对机器人进行逆运动学求解，求得各个关键转角。构建了三维可视化仿真环境，验证所提出的运动学算法的正确性。该仿真环境可以直观地观察机器人各部分的运动情况。
四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人运动学分析与仿真
毛志伟, 吴训, 周少玲, 李向春, 邓凡灵
2016, 27(13):  1731-1734. 
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为增加轮式移动焊接机器人稳定性、负载能力和降低控制复杂度，提出了一种四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人机构，介绍了该机构差速转向原理，证明该机构无转向侧滑。采用非完整约束方法建立了其差速转向误差模型，并在该模型基础上对其进行了直线-圆弧-直线轨迹数值仿真，结果为转角误差0.002 137°，转动中心坐标误差小于0.012mm。仿真结果表明该模型满足焊接中的位置精度要求。
机械基础工程
小孔加工电火花脉冲电源实验研究
张海峰, 王立峰, 刘建勇
2016, 27(13):  1735-1739,1789. 
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针对传统脉冲电源普遍存在的电能利用率低、电阻发热严重、散热设备庞大等问题，提出了一种取消限流电阻的电火花脉冲电源结构。电源由PWM控制器、DC/DC变换器、加工脉冲时序发生器等组成。电源本身具有自动调节输出电压的功能，可实现空载击穿电压、脉冲宽度、脉冲间隔独立可调，取消了体积庞大的工频变压器。通过多次小孔加工实验获得了脉冲电源加工过程中电极损耗率、小孔椭圆度以及单边放电间隙等和电源稳定性相关参数的数据曲线，所得数据表明电源具有较好的加工稳定性和可靠性。
气中微细电火花线切割加工实验研究
张開, 王彪, 杨福合, 李川怀
2016, 27(13):  1740-1742. 
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气中微细电火花线切割加工用气体作加工介质，可加工难切削材料、复杂零件，具有低应力、无毛刺等特点。研究了气中微细电火花线切割加工中开路电压、极间电容、气压以及相对进给速度对试件切槽宽度和表面粗糙度的影响。实验结果显示：气压、相对进给速度和极间电容对切槽宽度和表面粗糙度有明显影响，开路电压的变化对加工结果产生有限影响。
智能制造
新型送料机械手及其工作空间分析
张忠雷, 金振林, 张金柱
2016, 27(13):  1743-1747. 
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设计了一种用于冲压生产线的新型送料机械手。该机械手由大臂、小臂和端拾器依次串联而成，其中大臂为六自由度6-PSS并联机构构型，小臂即延长臂为一个直线移动机构。绘制了机械手的工作空间，分析了该机械手主要几何参数对其工作空间大小的影响规律，根据两压机间送料的要求，选取了机械手的几何参数，并设计了该机械手的虚拟样机。该机械手具有横向移动速度快和工作空间大等特点，可用于冲压线上工件的输送或现代工业其他送料场合。
基于末端杆件螺旋运动的凿岩机械臂孔序规划
王恒升, 陈伟锋, 王思远
2016, 27(13):  1748-1754. 
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根据隧道炮孔设计，进行孔序规划，是对凿岩机械臂进行自动控制所需要解决的一个问题。针对这一问题，以机械臂末端杆件的螺旋运动来定义其运动轨迹，用螺旋运动轨迹的曲线长度来定义机械臂将末端执行器从一个孔位运送到另一个孔位所付出的代价，以此代价为基础建立目标函数，用蚁群算法进行问题求解，得到机械臂运动的孔序规划。利用对偶四元数法推导了机械臂末端杆件螺旋运动参数的计算公式。仿真验证了轨迹求解算法，得到的轨迹平滑、连续；针对某隧道断面64组炮孔设计，利用蚁群算法进行左右两个机械臂的孔序规划仿真，得到了合理的规划结果。
机械基础工程
三相异步电动机效率特性快速量化方法
高梦迪, 刘志峰, 王勇
2016, 27(13):  1755-1759. 
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综合考虑电动机在能量转换过程中的各种损耗，从三相异步电动机的功率损失分析出发，基于电动机在d-q坐标系的损耗模型，建立了三相异步电动机的负载率-效率通用模型。该方法仅需测量电动机在三点不同工况下的负载率和与之对应的效率，应用负载率-效率模型，即可获得该电机的效率曲线；应用电动机效率测试系统及相应测试方法进行试验测试，将该方法所得电动机负载率-效率理论曲线与采用传统离散点方法测试所获得的试验曲线进行对比，试验结果表明该方法所得电动机效率特性曲线与试验测试结果相吻合，且误差在1%以内，从而验证了该模型的准确性与精度。
12MnNiVR钢拉伸过程声发射信号特征分析
李光海, 焦敬品, 王新健, 何存富, 吴斌
2016, 27(13):  1760-1766. 
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对大型常压储罐材料12MnNiVR钢拉伸过程中声发射信号的幅值、振铃计数、撞击计数和能量等常规特征参数进行了分析。在此基础上，对拉伸过程不同阶段典型声发射信号的时域波形、频谱、希尔伯特时频分布等进行了波形分析。结果表明，声发射信号的特征参数和波形分析能反映不同拉伸过程变形特征，可用于拉伸过程的表征。
基于多分辨率奇异值分解的表面滤波方法
吴芬, 黄美发, 陈磊磊, 吴常林
2016, 27(13):  1766-1772. 
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针对目前表面滤波方法中存在边界效应、缺乏多尺度性和最优小波函数选择等问题，在一维多分辨率奇异值分解(MSVD)的基础上，构造出二维MSVD，并提出基于MSVD的表面滤波方法。该方法具有多尺度性，不存在边界效应，并且不需要选择小波函数。仿真实验和实测表面数据表明，该方法与目前表面滤波方法的滤波效果相一致，适用于表面工程的评定。
基于偏导数的Sobol总测度指标的上下限分析
宋述芳, 周桐, 吕震宙
2016, 27(13):  1773-1779. 
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以Sobol'主测度指标Si作为总测度指标Stoti的下限，建立并推导了基于偏导数的测度指标作为Stoti的新上限。基于泛函和Euler-Lagrange等式，进行了不同变量分布形式下（均匀、正态、指数、Beta、三角分布等），Sobol'总测度指标Stoti的基于偏导数的上限分析，并给出了新上限详细的推导过程和具体的计算公式。通过简单数值和工程算例，验证了新上限的精度及效率，为更准确地界定总测度指标Stoti的取值区间提供了参考。
基于焊点形态分析的小节距BGA焊盘尺寸设计
陈轶龙, 贾建援, 付红志, 朱朝飞
2016, 27(13):  1779-1782. 
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为了寻找BGA焊点体积、焊盘尺寸及焊点节距之间的最佳匹配关系以提高焊接成品率，研究了焊点形态对焊接高度的影响。通过Runge-Kutta方法求解带体积约束的Young-Laplace方程，仿真分析了特定节距下焊点体积与焊盘尺寸对焊接效果的影响。结果表明，焊点体积的变化会使得整个焊点高度与承载力的关系曲线向左或者向右平移，而焊盘直径则对焊点的最大高度影响更加明显。需要同时改变焊点体积及焊盘直径以得到能够适应相应封装形式的翘曲变形。最后，按照中兴通讯股份有限公司某封装的0.4mm节距BGA的标准，分析了0.35mm节距及0.3mm节距BGA封装下焊点体积与焊盘直径的最佳匹配关系。
基于邻域属性重要度与主成分分析的齿轮箱故障特征约简
古莹奎, 潘高平, 朱繁泷, 承姿辛
2016, 27(13):  1783-1789. 
摘要 ( )   PDF (699KB) ( )  
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为有效降低齿轮箱故障特征的维数并提高诊断效率，提出了基于邻域属性重要度与主成分分析法相结合的齿轮箱故障特征约简方法，并利用支持向量机和BP神经网络对诊断的准确率进行对比分析。针对齿轮箱中具有不同程度裂纹的齿轮，选取其时域、频域和基于希尔伯特变换的36个特征；将邻域模型引入到特征属性的约简，构造前向贪心算法，以邻域属性重要度较大的9个特征作为特征集，提取累积贡献率达到95%以上的主成分，分别输入支持向量机和BP神经网络分类器中进行分类识别，并与不经过特征优选的主成分特征融合相对比。结果表明，采用基于邻域属性重要度与主成分分析法相结合的特征约简方法，既可以降低齿轮箱故障特征的维数，又不影响对其运行状态的表征，有助于识别不同裂纹水平的齿轮，与不经过特征优选直接进行融合的方法相比，所提出方法诊断准确率更高，训练时间更短。
时栅位移传感器的动态特性研究
杨继森, 张静, 江中伟, 李小雨
2016, 27(13):  1790-1795. 
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为了解决时栅角位移传感器的动态测量问题，在基于静态的时栅位移传感器电磁仿真的基础上，通过引入运动单元模块，建立了时栅位移传感器的动态电磁仿真模型。通过分析时栅位移传感器的感应电动势幅值信号和感应频率信号，得到了动态条件下的时栅位移传感器感应电动势幅值和频率与转子转速的关系，并测算了磁场式时栅位移传感器在激励频率为400Hz的情况下，理论上能够达到的极限转速为8r/min。实验结果表明，转子转速在0～8r/min时传感器动态误差为±1.4″,速度超过8r/min时传感器精度开始恶化，转子转速为10r/min时传感器误差为±8.2″。
基于自适应随机共振和稀疏编码收缩算法的齿轮故障诊断方法
李继猛, 张金凤, 张云刚, 岳宁
2016, 27(13):  1796-1801,1809. 
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针对强背景噪声下齿轮故障冲击特征提取问题，提出了一种基于自适应随机共振和稀疏编码收缩算法的齿轮故障诊断方法。该方法选用相关峭度作为随机共振检测周期性冲击分量的测度函数，借助遗传算法实现信号中周期性冲击特征的自适应提取；在此基础上，利用稀疏编码收缩算法对随机共振检测结果做进一步降噪处理，从而凸显冲击特征，提高故障识别精度。试验和工程实例分析结果表明，该方法可实现齿轮故障冲击特征的增强提取，为齿轮故障诊断提供依据。
基于乏信息融合技术的机床加工误差的调整方法
夏新涛, 朱文换, 陈士忠
2016, 27(13):  1802-1809. 
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基于融合隶属函数法、最大隶属度法、滚动均值法、算术平均值法和自助法，提出一种乏信息融合技术，以实现机床加工误差的调整。首先运用乏信息融合技术融合机床试加工时输出的小样本数据，获取机床试加工时工件的估计真值，以调整机床的加工误差，使工件满足质量要求；然后获取机床调整后输出的小样本可靠数据，运用模糊集合理论，在给定的置信水平下，预测可靠数据的估计区间。仿真和试验结果表明：运用乏信息融合技术，可实现对机床加工误差的调整。调整后的机床是可靠的，验证了运用乏信息融合技术调整机床的可行性。
增材制造
Ti6Al4V激光选区熔化成形悬垂结构的质量研究
吴根丽, 刘婷婷, 张长东, 廖文和
2016, 27(13):  1810-1815. 
摘要 ( )   PDF (645KB) ( )  
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为了减小成形误差，提高激光选区熔化成形复杂特征结构件的能力，实验采用Ti6Al4V金属粉末，设计了不同倾斜角度的悬垂结构模型，研究了倾斜角度、扫描策略对悬垂结构SLM成形质量的影响。结果表明：倾斜角度越小，悬垂面的边缘线宽度误差越大（>80μm），表面粗糙度值越大（>20μm），翘曲变形越严重；岛形随机扫描策略的整体成形质量要低于Z形正交扫描策略，但对不同角度的悬垂结构影响不同。结合QM-Meltpool监控系统，从熔池的角度分析了倾斜角度和扫描策略的影响，为悬垂结构SLM成形提供了参考依据。
机械基础工程
Weldox700E高强度钢焊接性探讨
张飒, 王攀, 庄园
2016, 27(13):  1815-1819. 
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对瑞典威达Weldox700E高强度钢的焊接性能进行研究，测试了焊接区域显微组织结构和物理性能，分析了热影响区显微组织与韧性下降的关联问题。结果表明，Weldox700E高强度钢焊接性能良好，其组织结构与冲击韧性之间存在一定的线性关系。研究结果为企业在焊接工艺评定中确定中高强度钢组织结构和物理性能之间的关系提供了一定的理论参考。
基于旋转电弧立焊装置设计与轨迹规划
范宇, 张华, 叶艳辉, 乐健
2016, 27(13):  1820-1822,1828. 
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设计了一种基于旋转电弧的竖直焊缝焊接机器人机构，采用了工业计算机与运动控制卡进行控制；水平和竖直滑块各采用一个步进电机进行控制，利用滚珠丝杠传动，竖直电机带有刹车，防止竖直滑块下滑，以此提高各滑块的精度和焊接跟踪质量；焊枪由步进电机控制旋转，因此可以在焊接过程中进行焊接姿态调节，能够焊接上下两端的角点，增加操作的灵活性，提高使用性能。焊接过程较为平稳，焊缝成形良好。
先进材料加工工程
金属-聚合物复合件微纳结构注射成形分析与实验
李熹平, 宫宁宁, 汪彬, 杨灿
2016, 27(13):  1823-1828. 
摘要 ( )   PDF (587KB) ( )  
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基于金属-聚合物复合件的成形理论与技术，提出了通过改善金属表面的温度、微观结构和聚合物成形时的黏度、压力等因素，利用注射工艺直接成形金属-聚合物复合件的新方法。研究了金属表面微结构形成的3种方法与形成的表面微结构的特点，构建了金属表面温度控制装置和系统。利用构建的温控系统和制作的模具，获得了直接注射成形的金属-聚合物复合件，并分析了不同的金属表面微结构与金属-聚合物界面结合力学性能的对应关系，验证了直接注射成形金属-聚合物复合件工艺的可行性。
机械基础工程
面向装配系统可靠性分析的车身夹具系统优化设计
刘银华, 纪飞翔, 叶夏亮
2016, 27(13):  1829-1833. 
摘要 ( )   PDF (507KB) ( )  
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为描述多工位车身装配系统的渐进衰退特性，建立了面向车身产品尺寸质量和夹具系统要素的装配系统可靠性模型。结合夹具设计稳定性参数约束，提出了面向白车身装配系统可靠性的车身多工位焊装过程的夹具布局优化方法；在给定夹具布局下构建了定位销制造成本函数，提出多工位夹具定位销磨损率的优化模型并对其进行优化分配。将上述方法应用于侧围装配案例，分析发现优化后装配系统可靠性衰退过程得到较大改善，并有效提升了夹具系统的使用寿命。
喷射参数对点燃式重油直喷发动机小负荷性能的影响
贝太学, 魏民祥, 刘锐, 季昊成, 常诚
2016, 27(13):  1829-1833. 
摘要 ( )   PDF (697KB) ( )  
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在一台采用低压空气辅助喷射技术的二冲程点燃式重油直喷发动机上，进行了燃油喷射参数对发动机性能影响的试验研究，研究了中等转速小负荷工况下，喷气结束时刻及过量空气系数对发动机动力性、燃油经济性及排放性能的影响。试验结果表明：节气门开度为10%时，随着喷气结束时刻提前，功率先增大后减小，油耗先减小后增加，HC及CO排放有小幅度减少；混合气由浓变稀时，功率增加，油耗降低，HC及CO排放大幅度减少。节气门开度为20%时，随着喷气结束时刻提前，功率增大，油耗减小，HC排放有小幅度减少，CO排放有小幅度增加；混合气由浓变稀时，油耗降低，HC及CO排放大幅度减少，最大功率出现在理论空燃比附近。
基于整车工况的电动汽车轮毂电机散热分析
江从喜, 赵兰萍, 杜旭之, 杨志刚
2016, 27(13):  1839-1845. 
摘要 ( )   PDF (699KB) ( )  
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针对电动汽车运行的各种工况，在整车条件下采用计算流体力学（CFD）数值计算的方法对外转子轮毂电机的温升性能进行了仿真计算，并分析了汽车来流速度、电机轴的热导率对轮毂电机散热性能的影响。研究结果表明：来流风冷散热条件下，电动车在高负荷工况下电机的温升过大，可通过加装散热翅片或者采用水冷散热等方式来达到对电机的散热冷却效果；重复制动工况中，制动盘的高温热辐射没有使电机的温升恶化；汽车前方来流速度对电机的温升影响较大，电机轴的热导率对电机的温升影响相对较小。
英文目次
2016, 27(13):  1839. 
摘要 ( )   PDF (80KB) ( )  
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