中国机械工程

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2016, 27(17): 0.

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五自由度3D打印并联机器人设计及分析

潘英, 方跃法, 汪丛哲

2016, 27(17): 2273-2279.

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为实现多向3D打印，设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人，该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度，其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型，计算了该机器人机构的运动学反解，分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间，用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵，在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性，并进行了运动仿真分析。研究结果表明，所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间，该机器人在工作空间内存在奇异位置，通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置，并且具有良好的灵巧性，适合多向3D打印。

深海重力活塞取样器取样系统波动力学建模与分析

文泽军, 刘湛, 金永平, 田续玲, 黄良沛

2016, 27(17): 2280-2286.

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首先以深海重力活塞取样器为研究对象，深入分析重力活塞取样器的结构特点与冲击取样工作原理；同时考虑海底特殊的取样环境与底质特性，应用波动力学理论，构建重力活塞取样器取样系统波动力学模型。随后对取样系统进行离散化处理，依据该模型研究重力活塞取样器取样系统冲击取样过程的数值计算方法。最后以冲击取样效率与贯入深度为性能指标，分析取样器配重、冲击高度及取样管直径对重力活塞取样器冲击取样性能的影响，同时对冲击部件内部应力进行分析，研究结论对重力活塞取样器的设计与优化具有一定指导意义。

基于有限元分析的滚齿SLD构建

李国龙, 赵君, 刘小旭, 杨勇

2016, 27(17): 2286-2292,2297.

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针对稳定性耳垂线图(SLD)应用于滚齿颤振预测时存在动力学参数获取困难、切削深度难以确定等问题，建立了考虑滚刀刀杆柔性的三维滚齿系统动力学模型，通过滚刀极限切屑厚度与轴向进给量的关系计算滚齿系统动力学参数，并在此基础上绘制出滚齿SLD。设计了滚齿颤振实验方案，通过采集的实验数据分析平稳切削与颤振切削振动的特征量，确定颤振频率及颤振主体，证实了所建立的动力学模型及SLD的有效性。所提方法为滚齿工艺颤振预测、切削参数选取提供了一种新手段。

基于残余应力分析的加工中心定位精度保持性研究

马文硕, 米洁, 杨庆东

2016, 27(17): 2293-2297.

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基于残余应力分析对加工中心的定位精度保持性进行了研究，提出一种考虑残余应力影响的定位误差分析方法。首先分析了产生残余应力的主要制造工艺环节，采用有限元法对国内某机匣加工中心床身进行了残余应力分析，得出了该床身在铸造与机械加工环节后的残余应力大小及分布情况。在此基础上对残余应力释放后床身-导轨安装基面的变形进行了预测。通过与试验数据的对比，验证了有限元建模的可信性。最后对残余应力释放引起的导轨定位误差进行了计算。

端面滑动摩擦副接触界面波段发射率研究

魏巍, 俞建卫, 王礼飞, 郜庚虎, 余晓芬

2016, 27(17): 2298-2303.

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为研究滑动摩擦过程中接触界面波段发射率的变化规律，设计并开展了一系列实验。以端面滑动摩擦副的接触界面为研究对象，在含二硫化钼的脂润滑条件下，开展定载荷、定转速实验，利用热像仪和自制装置测量了不同摩擦时间后的波段发射率，并根据发射率变化规律对红外测温仪测得的接触界面辐射亮温进行了修正。结果表明：测量装置能够较准确地实现摩擦接触界面波段发射率的测量；含有润滑脂和磨屑的接触界面发射率总体上在一定范围内波动，在摩擦过程中，具有先下降后上升的趋势；在稳定摩擦阶段，对辐射亮温的修正精度较高。

轮式移动仿人护理机器人运动稳定性分析

贠今天, 邓利浩, 桑宏强,

2016, 27(17): 2304-2309.

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针对护理机器人腰臂配合抱起病人时容易发生倾翻和侧滑的问题，以自主研发的全方位移动仿人护理机器人为研究对象，从静态和动态两个方面研究机器人此阶段的运动稳定性。在没有负载或低速运动工况下，利用重心投影法，分析其静态稳定性；在有负载变化情况下，利用零力矩点理论并结合递归牛顿-欧拉算法，分析其动态稳定性。最后运用ADAMS仿真软件对护理机器人运动过程进行仿真分析，为确保护理机器人的运动稳定性提供理论依据。

基于渐进法的约束阻尼结构拓扑多目标动力学优化

贺红林, 陶结, 刘尧弟, 凌普

2016, 27(17): 2310-2315,2321.

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为实现阻尼结构减振优化,从阻尼材料的力学本构出发，基于虚功原理建立了约束阻尼板动力学平衡方程，从阻尼耗能角度推导出模态损耗因子解析计算式。构建了以模态损耗因子最大且模态频率变动最小为目标、以阻尼材料用量为约束的阻尼板多目标优化数学模型。在对模态损耗因子及模态频率灵敏度进行推导的基础上，构建了归一化复合灵敏度算式，并引入拓扑渐进法求解优化模型。编制出阻尼板渐近法优化程序，并对阻尼板进行了优化仿真。结果显示，采用多目标拓扑渐进优化，既能大幅提高阻尼材料的减振效能，又能保证阻尼板频率特性的稳定，且可较大幅度地降低阻尼材料用量。对阻尼板进行了谐响应分析，验证了优化结果的有效性。该优化法在对结构动力学特性有严格要求的减振设计中存在应用前景。

多缸调平系统模糊相邻耦合同步控制研究

刘芮葭, 陈凯

2016, 27(17): 2316-2321.

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针对调平系统的多液压缸同步控制研究，提出了一种基于模糊相邻耦合的控制方法。首先对调平系统受力及多缸控制系统进行分析，建立控制对象的非线性数学模型。对相邻耦合控制器进行设计，使用补偿器将相邻两根液压缸位置同步误差融合到液压缸控制器中，对于难以通过常规方法精确获得的补偿系数，使用模糊PID控制算法获取。通过MATLAB仿真和实验对模糊相邻耦合的同步控制方法进行测试，并使用主从同步控制方法进行对比分析。结果表明，使用模糊相邻耦合同步控制时，四根液压缸误差波动较小，并且在液压缸加减速阶段能快速将误差降低，具有较好的同步控制性能。

磨床用自定心中心架的机构设计与优化

赵永强, 王耀锋, 侯红玲

2016, 27(17): 2322-2326,2333.

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设计了一种磨床用自定心中心架的原型机构，建立了自定心中心架的参数组合和平动凸轮的参数化模型。通过对机构的设计参数组合筛选，提出了机构的优化设计目标和优化函数，设计了优化的计算程序。在保证中心架的传力性能、夹持稳定性和夹持精度的前提下，对机构中平动凸轮的两个重要参数进行了优化，为磨床用高精度自定心中心架的设计提供了完整的设计方案。

基于L1自适应控制理论的矿井提升机调速控制器设计

罗清顺, 李璟澜, 刘辉, 杨秦敏

2016, 27(17): 2327-2333.

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分析建立了整个提升机系统的动力学模型，并针对系统动态中的时变非线性、强耦合、大惯性和负荷未知等特点，设计了新的L1自适应控制器，在线学习提升机运行特性和状态，实现控制参数实时调整，获得良好的全局控制效果。数学证明表明，在自适应率足够大的情况下，L1控制器可以获得任意的稳态和瞬态跟踪精度。进而在MATLAB环境下对L1控制器进行仿真验证，并在实际的提升机物理平台上进行实验。结果表明，在载荷未知的条件下，提升机控制系统能够很好地跟踪给定的速度曲线，具有较高的控制精度和鲁棒性。

基于多传感特征信息融合的采煤机截齿失效诊断

张强, 王海舰 , 李立莹, 闻学震, 阮越宣,

2016, 27(17): 2334-2340.

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针对采煤机截割头截割过程中截齿失效状态不易在线识别的难题，提出了一种基于多传感特征信息融合的采煤机截齿失效诊断方法。通过测试采煤机不同磨损程度状态的截齿在截割过程中的振动信号以及声发射信号，建立截齿损耗和失效的信号特征数据库，采用基于最小模糊隶属度优化模型的多传感信息融合方法诊断采煤机截齿的磨损及失效状态。实验结果表明诊断结果的准确率可达95%以上，证明采用此方法可实现对采煤机截齿磨损程度及失效状态的实时精确诊断。研究结果对及时发现和更换失效截齿、提高采煤机截割头的工作效率和使用寿命具有重要意义。

GA-T-S云推理网络板形模式识别的DSP实现

李海滨, 高武杨, 来永进, 张秀玲,

2016, 27(17): 2341-2347.

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针对现有神经网络大多是在软件的基础上进行仿真，训练时间长，不利于工程实际应用的问题，提出了GA-T-S云推理网络板形模式识别的DSP实现方法。首先以设计的板形模式识别GA-T-S云推理网络模型为基础，利用TI TMS320F2812完成T-S云推理网络的DSP 设计；然后利用MATLAB遗传算法工具箱离线优化T-S云推理网络参数，将优化后的网络参数存入DSP中，进而分别在MATLAB与DSP上运行该网络；最后将运行结果分别进行显示与对比分析。实验结果证实了基于GA-T-S云推理网络的板形模式识别模型有较高的板形识别精度，能够正确识别出板形缺陷的类型,同时验证了GA-T-S云推理网络在硬件TI TMS320F2812上实现的可行性与快速性，从而为神经网络推广应用到实际工程中提供了依据。

基于模糊信息公理的产品功能需求优化方案选择

耿秀丽, 董雪琦

2016, 27(17): 2348-2355.

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采用质量功能展开将顾客需求及重要度转化为产品功能需求及其重要度, 以信息公理为依据，选择信息量最小的功能需求配置方案。采用三角模糊数处理不确定性的质量功能展开信息，采用相对偏好关系分析进行质量功能展开计算，运用模糊信息公理计算定性功能需求的信息量。考虑功能需求间的非线性补偿关系，以总信息量最小化为目标建立0-1非线性规划模型。最后以某装载机功能需求方案规划为例，验证了所提出方法的有效性。

注塑模具型腔表面阵列微结构的蚀刻技术

黄红光, 郭钟宁, 杨权

2016, 27(17): 2356-2360.

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设计了一种简单的掩模，并通过控制蚀刻液的喷淋压力进行了平滑阵列微结构研究。研究发现，蚀刻液喷淋压力对微结构的加工形貌有显著影响，蚀刻深度和侧蚀量随蚀刻液喷淋压力增大而增大。研究整合了多次加工和控制喷淋压力的工艺，得到了理想的无棱边棱角、结构均匀的深度渐变型阵列微凸结构。最终在注塑模具表面上加工出宽度为200μm、深度约60μm的无棱边棱角、过渡平滑的阵列微结构。

叶轮式内喷润滑剂砂轮的流场分析及实验研究

霍文国, 丁元法, 张翔宇, 董庆运, 蔡兰蓉

2016, 27(17): 2361-2366.

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提出了一种叶轮式内喷润滑砂轮结构及其磨削加工的方法。基于FLUENT软件模拟分析了叶轮式内喷润滑砂轮的内腔固体颗粒流场，设计出了叶轮式内喷润滑砂轮，并通过内喷润滑砂轮磨削TC4钛合金实验，分析了内喷润滑砂轮的磨削加工性能。结果表明：叶轮式固体内喷润滑砂轮中的润滑剂在离心力的作用下，通过砂轮外缘微孔直接析出到砂轮表面，能够实现抑制钛合金黏附、降低磨削区温度和摩擦因数的目的。

基于单目离面视觉的结构振动检测

喻其炳, 尹爱军, 薛磊, 张泉

2016, 27(17): 2367-2371,2378.

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针对常规视觉测量中光学系统复杂、计算量大等问题，提出了一种离面视觉测量方法。讨论了离面振动成像的基本原理，结合模态分析理论，研究了常规成像条件下单相机结构振动特征参数的识别及无激励振型分析。悬臂梁的离面视觉振动测试实验、传统传感器测量实验及ANSYS仿真的对比结果表明，所提出方法可以准确识别低阶固有频率、阻尼和振型等模态信息。最后分析了该方法的后续研究方向。

数控机床可靠性试验中关键功能部件的提取研究

张根保, 佘林, 冉琰, 罗冬梅

2016, 27(17): 2372-2378.

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在数控机床可靠性试验中，由于人力物力等因素的限制，并不能对所有部件进行试验，一般仅对整机及其关键功能部件进行试验。针对目前数控机床可靠性试验中关键功能部件的提取缺乏理论依据和方法的问题，提出了一种基于三参数区间灰数的综合提取方法。该方法综合考虑了数控机床各功能部件的故障频率、危害性、维修性、复杂性、技术水平、费效比6个评价指标及各指标之间的关系，先将现场数据与专家经验相结合，再由投影指标函数法对各功能部件进行综合评估，然后通过Pareto原则提取出数控机床可靠性试验中的关键功能部件。最后以某国产卧式加工中心为例，验证了该方法的有效性。

一种转子动态不对中量计算方法

陈宏, 雷文平, 陈磊, 韩捷

2016, 27(17): 2379-2383.

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从运动学角度出发，分析了双跨转子系统的运动特性和运动形态，提出了一种转子动态不对中量的定量计算方法。该方法通过安装在转子系统上的电涡流传感器获得转子运动的轴心位置信息，根据相似三角形定理，计算获得两根转子在联轴器处的轴心平动位移和角位移，再根据矢量合成法则，即可获得两根转子在联轴器处的平行不对中量以及角度不对中量。工程实践表明，该方法确定的不对中故障类型与特征典型的不对中故障类型表现出的时域波形特征、频谱特征以及轴心轨迹特征一致。该方法不但能够准确地诊断不对中的种类，而且能够得到不对中的定量结果，为工程实际中不对中故障的处理及轴系对中提供了量化参考。

基于改进人工蜂群算法的产品拆卸序列规划

宋守许, 张文胜, 张雷

2016, 27(17): 2384-2390.

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为了提高复杂产品拆卸序列规划效率，提出了一种改进的人工蜂群算法用于此类问题求解。通过拆卸混合图表达产品零部件之间的连接关系和优先约束关系，并推导出可行拆卸序列的约束表达式，建立拆卸序列规划数学模型和适应度计算公式。对初始种群进行了优先约束规划，提出一种可行度算法用于蜂群对蜜源的搜寻与选择。定义了自适应选择参数、动态平衡可行度与适应度算法的优先配比，以实现复杂产品拆卸序列规划的快速求解。最后以内啮合齿轮泵为实例，利用所提方法进行了拆卸序列规划求解，通过分析实验结果，并对比传统人工蜂群算法，证明了该方法的可行性和高效性。

热处理对TC11/LF6异种金属摩擦焊质量的影响

张昌明, 许林青, 张会, 侯军才, 余少军

2016, 27(17): 2391-2395.

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对TC11/LF6钛铝异种金属进行了连续驱动摩擦焊接工艺及其焊后热处理工艺的研究，观察了热处理前后焊接接头焊合区微观组织并测定了试样力学性能。研究结果表明：未经热处理的焊接接头晶粒较为粗大，有明显的晶间化合物产生，接头显微硬度较高；经280℃退火1h后，焊接接头晶粒均匀细化，焊接界面产生较薄的不连续扩散层；热处理后接头晶粒明显细化,抗弯强度提高10.7%，显微硬度下降38%。通过组织和力学性能综合分析，得到最优化的TC11/LF6连续驱动摩擦焊接工艺参数。

环境湿度对铸铝合金超声疲劳裂纹扩展速率的影响研究

李文凯, 崔海涛, 温卫东, 苏旭明, C C Engler-Pinto Jr

2016, 27(17): 2396-2401.

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针对铸铝合金A356-T6开展了不同环境湿度下的超声疲劳裂纹扩展试验和实验室环境湿度下的常规疲劳裂纹扩展试验。由试验结果可知，超声疲劳在干空气环境中的疲劳裂纹扩展速率最低，而在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率最高。常规疲劳在实验室环境中的疲劳裂纹扩展速率和超声疲劳在蒸馏水环境中的疲劳裂纹扩展速率几乎一致。针对Wei建立的环境湿度对铝合金材料疲劳裂纹扩展速率预测模型进行了修正，得到了铸铝合金A356-T6在任意环境湿度和试验频率下的疲劳裂纹扩展速率预测模型。

基于模糊神经网络的汽车变速杆操纵舒适性评价

刘明周, 阿地兰木斯塔洪, 扈静, 张淼, 钱佩伦

2016, 27(17): 2402-2407.

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针对目前汽车变速杆操纵舒适性评价方法的不足，提出一种基于模糊神经网络的汽车变速杆操纵舒适性评价方法，通过模糊神经网络对实验测得的操纵舒适性特征参数和主观舒适度评价构成的样本进行学习和训练，建立汽车变速杆操纵舒适性评价系统。试验结果验证了该方法的可行性和合理性。

基于滑移率的线控制动系统制动力分配策略研究

彭晓燕, 吕以滨, 何磊

2016, 27(17): 2407-2412.

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为提高制动安全性和稳定性，针对四轮独立制动的线控制动系统，提出了基于滑移率的制动力最优分配策略及其约束优化问题的实时求解方法，并建立了Simulink与CarSim的联合仿真实验。仿真结果表明，所提出的制动力最优分配策略在不同的制动工况下始终能保证前轮滑移率大于后轮滑移率且后轮滑移率最优，既提高了汽车制动稳定性又能获得较短的制动距离。最后对最优制动力分配策略算法的实时性进行了实验验证，实验结果表明，所提出算法能够满足控制的实时性要求。

沉痛悼念本刊主编周佑启

2016, 27(17): 2413.

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