中国机械工程

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2016, 27(14): 0.

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热变形对多杆冲床滑块运动精度的影响分析

胡峰峰, 孙宇, 彭斌彬, 李烨健

2016, 27(14): 1847-1851.

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采用Fluent计算了多杆冲床关键运动部件以及冷却流道在不同运行条件时的温度场。基于此，采用Workbench计算了机构运动杆件的热变形。分析不同热变形条件下滑块的运动轨迹可得，随着热变形量的增大，滑块的下死点位置向下漂移0.11mm。用温度传感器测试了不同转速时轴瓦外表面的温度，测量结果验证了温度场仿真分析的准确性。采用位移传感器测试得到热变形导致的下死点漂移量为0.098mm，与分析结果吻合。

涵道式无人飞行器的动力学建模与运动稳定性分析

刘云平, 陈城, 张永宏, 李先影, 梅平

2016, 27(14): 1852-1856.

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涵道式无人飞行器在起飞/着陆过程中，由于近地空间复杂气流等扰动的作用，极易产生钟摆振动、精度降低、失控坠落等运动失稳现象。针对求解动力学方程或Lyapunov直接法分析系统运动稳定性存在着方程难以求解及Lyapunov函数难以构建等问题，通过Lyapunov指数方法建立了飞行器结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系，为指导系统的机械结构设计及控制系统优化，提高其系统的可靠性和稳定性提供参考。该方法与Lyapunov直接法相比，具有可构建性、计算过程简单等特点。

铝合金轮毂机器人光整加工控制技术研究

杨仲升, 黄云, 邹莱, 任旭

2016, 27(14): 1857-1862.

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基于对铝合金轮毂结构及光整加工要求的分析，通过比较机器人示教和离线编程的优缺点，提出示教编程和离线编程集成使用的机器人控制技术，来完成轮毂光整加工。机器人离线编程控制是根据轮辐表面刀具轨迹的点位信息和机器人运动学方程，运用Pieper法进行机器人运动学方程逆解来实现的。研究表明，采用示教编程和离线编程集成的机器人控制技术能在满足光整加工要求的前提下大大提高轮毂加工效率。

微小尺度下平板间气体流动机理及压力特性分析

宁方伟, 龙威, 刘岩

2016, 27(14): 1862-1865.

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基于平板间气膜内气体分子运动和碰撞的规律，提出气膜分层理论，将板间气膜内的气体划分为近壁层、稀薄层、连续流层。给出了划分稀薄层和连续流层的依据，建立分层物理模型并提出每层的控制方程，验证了分层理论的合理性。通过大规模原子/分子大型并行模拟器仿真板间气膜内气体流态并计算沿高度方向的压力，得出了如下结论：随着板间气体流速的增大，板间气膜有效压力减小，连续流层的厚度增大，稀薄层的厚度减小；当气体流速到达一定值时，气膜内压力不再分层，速度滑移现象可以忽略。

数控端铣弧齿锥齿轮的刀背与轮齿干涉避免方法

李更更, 李聚波, 陈美丽, 王斌, 李天兴, 徐爱军

2016, 27(14): 1866-1869,1876.

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在五轴数控机床上端铣加工弧齿锥齿轮时，为了避免中凹盘铣刀背锥面与对侧齿面发生干涉，提出了基于刀具和齿轮结构的干涉避免方法。通过确定加工轨迹上刀背圆锥面最突出母线与对侧齿面的位置关系，保证刀具背锥面沿进给方向的法曲率小于对侧齿面法曲率，优化确定刀具边缘厚度和背锥角，实现了端铣齿面时刀背不干涉对侧齿面。最后，以一对弧齿锥齿轮副的小轮为例，通过比较虚拟加工模型和理论模型，验证了所提干涉避免方法的有效性。

基于电液伺服系统的多绳缠绕式提升机浮动天轮主动调绳性能研究

马伟, 景月帅, 李济顺, 邹声勇, 薛玉君, 杨芳

2016, 27(14): 1870-1876.

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在多绳缠绕式超深矿井提升机运行过程中，采用基于电液伺服系统的浮动天轮主动调绳装置，调节钢丝绳的张力。根据浮动天轮主动调绳装置的结构和原理建立阀控缸液压伺服系统的数学模型，设计了电液伺服系统的模糊自适应PID控制器，提出了一种基于模糊自适应PID控制的电液伺服系统实现浮动天轮主动调绳的控制方法，并建立了相应的数字仿真模型，以不同扰动频率的正弦函数输入模拟钢丝绳的振动，分析了液压缸的动态特性。仿真结果证明了采用模糊自适应PID控制方法的电液伺服系统浮动天轮主动调绳装置的有效性。

PCD和硬质合金刀具车削钛基复合材料时刀具磨损特征研究

宦海祥, 徐九华, 苏宏华, 傅玉灿, 梁星慧, 葛英飞

2016, 27(14): 1877-1883.

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以原位生成晶须和颗粒混合增强钛基复合材料为车削对象，在切削速度为60~120m/min的条件下，对聚晶金刚石（PCD）和硬质合金刀具开展了车削性能试验研究。研究表明，PCD刀具的切削力为硬质合金刀具的77%～88%，其切削温度为硬质合金刀具的65%～82%。无论是高速切削，还是低速切削，PCD刀具都经历初期剧烈磨损而后稳定磨损的过程，而硬质合金刀具仅有急剧磨损的过程。刀具磨损特征方面，PCD刀具主要发生磨粒磨损和黏结磨损，硬质合金刀具主要发生月牙洼磨损、黏结磨损和扩散磨损。

摆线钢球行星传动自由振动分析

杨荣刚, 安子军, 段利英

2016, 27(14): 1883-1891.

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为准确反映摆线钢球行星传动的固有特性，建立了平移-扭转耦合动力学模型，求解了载荷作用时各构件相对位移量，并推导出动力学微分方程，获得了自由振动特征方程，得到了系统固有频率及主振型。分析了结构参数对固有频率的影响，并对理论研究进行了验证。结果表明：机构具有系统全振动模态、输出轴静止振动模态与输出轴扭转振动模态，传动比对固有频率的影响具有不确定性，输出轴支承刚度是影响固有频率的重要参数，验证了理论研究的正确性。

基于粗糙集-田口质量观的失效模式与影响分析

张彦如, 汪方祥, 王小巧, 葛茂根

2016, 27(14): 1892-1898,1987.

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针对目前失效模式与影响分析（FMEA）方法中对实际风险较大的失效模式的风险难以有效评估的问题，提出了一种基于粗糙集理论和质量损失函数的FMEA新方法。首先，在对潜在失效模式进行分析的基础上，通过专家系统构建失效模式风险评估矩阵模型；其次，以降低数据本身的主观性和模糊性为目标，基于粗糙集理论将风险评估矩阵模型转换成粗糙域矩阵模型；再次，根据求解的粗糙域矩阵，运用多元质量损失函数模型，对每一个失效模式的潜在损失进行求解，依据潜在损失的大小对失效模式风险进行排序。最后，以发动机装配过程为例，对其失效模式与影响进行分析，并将其分析结果与目前的FMEA方法比较，验证了所提出方法的合理性和有效性。

基于性能参数的主动再制造时机分析方法

柯庆镝, 王辉, 刘光复, 宋守许

2016, 27(14): 1899-1904.

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针对目前再制造毛坯数量及质量的不确定性问题，提出了基于性能参数的主动再制造时机抉择评价模型。从产品全生命周期的角度出发，对产品性能参数在服役过程中的演化规律进行了分析。以能耗参数为核心指标，分析了产品在全生命周期（制造、服役及再制造过程）中的能耗规律，构建了产品年均能耗函数模型。在该函数模型的基础上，得到考虑能耗因素的产品最佳主动再制造时间。最后以某型号的直列六缸柴油机为例，验证了所提出方法的有效性和可行性。

基于改进的多元离群检测方法的风机齿轮箱早期故障诊断

顾煜炯, 贾子文, 王瑞, 任玉亭

2016, 27(14): 1905-1910,1916.

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针对风电机组运行工况波动性以及机组早期故障特征不易提取的特点，提出一种基于改进的多元离群监测方法来实现风机齿轮箱故障的早期诊断。运用阶比重采样方法对原始振动信号进行预处理，并对处理结果进行量纲一因子分析；通过马氏距离建立风电齿轮箱的早期故障识别模型；利用多元线性回归改进多元离群检测算法进行实际数据的分析计算。结果表明，该方法较原始方法能够更早地察觉出风电齿轮箱早期故障。

基于半监督拉普拉斯特征映射的故障诊断

江丽, 郭顺生

2016, 27(14): 1911-1916.

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针对有标记故障样本不足和故障数据高维非线性的问题，提出了基于半监督拉普拉斯特征映射（LE）算法的故障诊断模型。该模型运用LE算法，直接从原始高维振动信号中提取低维流形特征，并将其输入到基于LE的半监督分类器，从而识别出机械设备的运行状态。与传统方法相比，该模型能明显提高滚动轴承和齿轮的故障识别性能。

基于NURBS直纹面拟合敏感点的空间凸轮侧铣刀轨算法优化

胡东方, 张文博

2016, 27(14): 1917-1924.

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基于NURBS直纹面拟合敏感点的空间凸轮侧铣刀轨算法优化原理，提出了拟合误差敏感点的选择方法，根据NURBS曲面重构的原理，将曲面曲率最值点和拟合误差最大点定义为理论加工刀轨曲面误差敏感点。利用曲率敏感点，在理论非等径刀轨曲面规划离散网格，得到初始数据点。通过最小二乘优化方法重构NURBS刀轨直纹面，再根据误差敏感点定义的等参数曲线来调整刀轨直纹面形状。构建了理论加工误差模型，并通过实例的仿真计算和数值模拟说明了该算法的有效性。

基于脉冲涡流热成像的金属结构焊缝表面裂纹识别方法

刘兴乐, 刘志平, 黎玄, 江蕾

2016, 27(14): 1925-1931.

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针对利用脉冲涡流热成像技术检测金属结构焊缝表面裂纹时，受焊缝区域物理属性以及焊缝表面状态等因素的影响，红外图像中裂纹区域特征信号复杂，缺乏有效的焊缝裂纹识别方法的问题，研究了基于三维温度曲面相似性的裂纹识别方法，提出了裂纹评价指标，并进行了验证。结果表明该方法不仅能有效识别焊缝表面裂纹并对其进行定量分析，而且摆脱了对先验信息的需求，降低了检测成本和复杂度，具有较高的工程应用价值。

支持矢量回归机的参数优化及在智能减压阀压力预测中的应用

童成彪, 周志雄, 周, 源

2016, 27(14): 1931-1935.

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智能减压阀可通过控制膜片缸压力实现出口压力的智能调节。膜片缸压力是智能减压阀控制器的控制目标，因此需要依据进口压力和出口目标压力对膜片缸压力进行预测。基于此，提出了基于人工化学反应优化算法的支持向量回归机（ACROA-SVR）参数优化方法，并将ACROA-SVR应用于智能减压阀膜片缸压力预测，采用实验数据将ACROA-SVR与基于遗传算法的SVR和传统SVR进行了对比，分析结果表明了ACROA-SVR的有效性和优越性。

基于FMECA修正危害度的数控车床关键子系统可靠性分配

王昊, 张义民, 杨, 周, 周雁迅

2016, 27(14): 1936-1941.

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基于故障模式、影响及危害性分析理论，以数控车床关键子系统修正危害度的取值大小作为子系统可靠性指标分配值的衡量标准，指导可靠性分配。将严重度取值非线性化，考虑降低失效率成本问题，将两者结合起来得到修正危害度的表达式，更好地反映了可靠性设计过程中失效模式影响程度的重要性。介绍了危害度分析的相关理论，分别论述了基于传统危害度及修正危害度的可靠性分配方法。最后，将可靠性分配方法应用到数控车床关键子系统可靠性分配的实例中，并加以比较。结果表明，基于修正危害度的可靠性分配方法充分考虑了严重度水平较高子系统的影响以及降低子系统失效率的难易程度，其能够有效地通过可靠性分配结果指导可靠性设计，对于危害度较高、可靠度不达标的子系统在外购、设计、加工、装配等环节应予以足够重视，从而保证整机的平均无故障间隔时间（MTBF）达到要求。

液压机驱动系统分区控制节能方法

刘志峰, 李磊, 黄海鸿, 高梦迪, 李新宇

2016, 27(14): 1942-1948.

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针对液压机的能效特点，提出了一种液压机驱动系统的分区控制节能方法。将液压机组的驱动系统划分为与液压机动作相对应的驱动区，不同液压机在同一驱动区的驱动下完成该区所对应的动作。利用驱动单元的能效优化方法，使驱动单元的输出功率与该动作消耗的功率相匹配。构建了液压机组的调度方法，实现不同液压机分时共享同一驱动区。对液压机组的工作过程进行的实验和分析表明，液压机组中单台液压机能耗降低40%，效率提升13.3%。

不同高温浆体中螺杆钻具定子衬套的摩擦规律

韩传军, 郑继鹏, 张杰, 陈飞

2016, 27(14): 1948-1952.

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定子橡胶衬套的磨损易导致螺杆钻具工作效率降低或过早发生失效。为研究钻井工况下橡胶衬套的摩擦磨损特性，对定子橡胶衬套在干磨状态以及不同浆体介质中的状态进行了摩擦学试验，并对橡胶磨损量进行称量。试验结果表明：在干磨和各浆体介质中,中低载荷和低转速情况下，橡胶的摩擦因数随着载荷和转速增大而减小，橡胶的磨损量随载荷和转速的增大而增大；在浆体介质中，橡胶磨损量随泥浆密度的增大而增大。衬套的磨损机理主要表现为滞后磨损、氧化降解和微切削作用磨损。

采煤机截割部二次调节液压加载试验台

王洁, 王慧

2016, 27(14): 1953-1959.

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针对采煤机截割部加载试验能耗大、能量回收利用困难等问题，提出一种基于二次调节技术的具有能量回收功能的液压封闭式加载系统方案。该系统采用一对二次元件并联于恒压网络的对称式结构，实现被试件的驱动、模拟加载和能量的回收再利用。详细介绍了系统的总体结构、模拟加载系统的工作原理及其控制系统组成。以350kW装机功率进行了仿真和试验研究，试验结果表明：该能量回收加载系统具有良好的静态、动态特性和转速、转矩调节功能，高负载工况功率回收率达40%以上，节能效果显著。

金属橡胶减振器随机振动有限元仿真

邹广平, 刘泽, 刘松, 程贺章

2016, 27(14): 1960-1963,1981.

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提出一种金属橡胶减振器随机振动有限元仿真方法，采用正交各向异性阻尼材料模拟金属橡胶材料。相关仿真参数由金属橡胶减振器正弦扫频试验确定。对金属橡胶减振器进行正弦扫频试验和随机振动试验，利用有限元仿真软件ANSYS Workbench对金属橡胶减振器随机振动进行有限元仿真模拟，并将仿真结果与试验结果进行对比分析。研究结果表明，所提出的有限元仿真方法能够很好地对金属橡胶减振器随机振动进行仿真，且计算结果具有较高精度。

判别非线性滑动轴承转子系统临界转速新方法

王江辉, 徐武彬, 李冰, 李小磊

2016, 27(14): 1964-1968.

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介绍了对数衰减法在非线性滑动轴承转子系统中判别临界转速的计算原理和所存在不足之处。指出了对数衰减法的适用范围：稳定性临界曲线的量纲一偏心率在0.2～0.6之间。提出了一种可通过MATLAB编程实现并依据轴心轨迹图形来判断临界转速的新方法，并将其与对数衰减法进行了对比。结果表明：图形法判断的临界转速是正确的，并且弥补了对数衰减法的不足。

基于Kriging模型的微夹持器优化设计

胡俊峰, 蔡建阳, 郑昌虎

2016, 27(14): 1968-1975.

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为了综合平衡一种新型微夹持器的张合量、夹持力灵敏度与快速响应，提出一种Kriging模型的优化方法。采用拉丁超立方抽样方法确定试验点，采用ANSYS计算各试验点对应的响应值。进行相关性分析以确定对性能影响较大的结构参数，并将其作为优化设计变量。采用Kriging理论建立能反映性能指标与设计变量之间关系的非线性模型，并建立多目标优化模型。比较分析优化前与优化后的各性能指标可知，放大倍数增大了7.4%，固有频率增大了16.46%，输出刚度增大了9.84%，最大应力减小了5.75%，说明所提出的性能优化方法有效。

液压马达式汽车主动稳定杆系统建模与控制

赵韩, 赵福民, 黄康, 邵可, 孙浩

2016, 27(14): 1976-1981.

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以液压马达式主动稳定杆系统为研究对象，推导得到了液压马达式主动稳定杆的非线性动力学模型。利用线性化反馈的滑模控制方法设计了其控制器，并利用Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行了证明。通过CarSim和MATLAB/Simulink对主动稳定杆系统进行了联合仿真，得出安装液压马达式主动稳定杆系统的车辆在双移线工况下运行的响应曲线。为了验证设计的控制方法，进行了实车试验。结果表明，与被动稳定杆相比，主动稳定杆系统具有较好的抗侧倾特性以及乘坐舒适性。

基于多组混合元模型方法的汽车轻量化设计

顾纪超, 许东阳, 李光耀, 干年妃, 樊涛

2016, 27(14): 1982-1987.

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针对工程中复杂耗时的黑匣子问题，提出一种基于多组混合元模型的全局最优化方法。该方法同时应用三组元模型进行搜索，每组都包含克里金、二阶多项式及径向基函数的元模型。应用该优化方法对某车型的后车架进行轻量化设计后，后车架子系统的质量减少7.2kg，并提高了该子系统的刚度。研究结果表明，与HAM法相比，新方法在搜索效率和精度上都有显著提高。

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2016, 27(14): 1988.

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