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2019年 第30卷 第23期    刊出日期：2019-12-10
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版权页和目次
2019, 30(23):  0. 
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机械基础工程
单晶硅同质互抛实验研究
李庆忠;孙苏磊;李强强
2019, 30(23):  2773-2777. 
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以材料的去除率和表面粗糙度为评价指标设计对比实验，验证了硬脆材料互抛抛光的可行性，得到了抛光盘转速对硬脆材料互抛的影响趋势和大小。实验结果表明：当抛光压力为48 265 Pa（7 psi）、抛光盘转速为70 r/min时，自配抛光液互抛的材料去除率为672.1 nm/min，表面粗糙度为4.9 nm，与传统化学机械抛光方式的抛光效果相近，验证了硬脆材料同质互抛方式是完全可行的；互抛抛光液中可不添加磨料，这改进了传统抛光液的成分；采用抛光液互抛时，材料去除率随着抛光盘转速的增大呈现先增大后减小的趋势，硅片的表面粗糙度随着抛光盘转速的增大呈先减小后增大的趋势。
基于最优预瞄的智能车变道控制
邱少林;钱立军;陆建辉
2019, 30(23):  2778-2783. 
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针对智能车主动变道过程中的轨迹跟踪控制问题，基于“预瞄-跟随”控制理论及“车辆-道路”模型提出了最优预瞄轨迹跟踪控制模型,并依据线性二次型调节器(LQR)理论设计了轨迹跟踪控制器，获得了最优转向盘转角输入，以实现智能车变道轨迹跟踪。在MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真环境下构建了智能车的变道决策模块、变道参考轨迹模块和跟踪控制模块，实现了智能车在30 km/h、50 km/h和70 km/h速度下的仿真验证。结合实车测试结果验证了所设计控制器的精确度和稳定性。
不同强度理论在曲轴疲劳研究中的对比应用
孙嵩松;万茂松;徐晓美;张营
2019, 30(23):  2784-2789. 
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采用有限元法对曲轴在弯矩载荷作用下的应力状态进行分析，并结合插值法对曲轴的应力分布进行拟合计算，在此基础上采用临界距离法与不同强度理论对相同材料、不同圆角半径的曲轴的结构疲劳特性进行预测研究，并对预测结果进行试验验证。研究结果表明：当基于第一强度理论与临界距离法对圆角半径不同的曲轴的疲劳特性进行预测时，无论是临界点法还是临界线法都会造成较大误差；而当基于第三及第四强度理论与临界距离法进行预测时，临界线法比临界点法的预测精度更高，分析认为这是由曲轴的破坏类型造成的。
纳米多晶铜单点金刚石切削亚表层损伤机理
王全龙1;张超锋1;武美萍1,2;陈家轩3
2019, 30(23):  2790-2797,2808. 
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基于Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法构建了多晶铜分子动力学模型，研究了纳米切削中多晶铜材料去除、切削力变化及晶界与位错间的相互转化机制。研究结果表明：晶界的阻碍作用使得切屑流向发生了改变，并在已加工表面形成凹槽和毛刺；切削过程中晶界前方材料变形能的逐渐积聚及晶界的最终断裂，造成了切削力发生由最大峰值到最小谷值的大幅波动；晶界附近的材料去除经历了材料变形积聚、位错穿越晶界、晶界转变为位错及晶界最终断裂等过程。通过详细分析多晶铜纳米切削中位错与晶界间的演化过程，揭示了晶界与位错间的相互转化机制，丰富了多晶铜亚表层损伤机理的内涵。
变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动啮合性能分析
陈燕1;殷国富1;陈永洪2
2019, 30(23):  2798-2808. 
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为准确掌握变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动的宏微观啮合性能及各设计参数对啮合性能的影响，建立了传动副数学模型，推导出啮合几何学方程，研究了螺旋角、传动比、法向模数及压力角等主要设计参数对啮合性能的影响规律；综合考虑选取优化设计参数并进行传动副样件加工，通过传动副对检试验考察了接触斑点的分布情况。分析结果表明：在满足环面蜗杆喉部中径强度和刚度要求的情况下，适当螺旋角、较大传动比、较大法向模数和较大压力角会获得优异的接触线分布、接触区域和较优的微观啮合质量；右侧的微观啮合质量优于左侧的微观啮合质量；传动副样件接触斑点与理论分析结果一致，右侧齿面接触斑点分布更好，验证了分析方法的正确性。
微切削毛刺形成机理及研究进展综述
石文天;侯岩军;刘玉德;李强强
2019, 30(23):  2809-2819,2828. 
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概述了微切削毛刺的形态、分类及其生成机理;阐述了微切削毛刺的仿真分析研究进展；在微切削毛刺的试验研究进展方面，分析了切削工艺参数、刀具几何、切削方式和辅助工艺对微切削毛刺的影响；介绍了几种常用复合材料加工毛刺的研究现状；根据毛刺的成形机理和加工方式，综述了去除毛刺的工艺方法与设备，提出了去毛刺装置的性能要求；最后总结了微细毛刺研究方面的不足，并指出了将来研究的方向。
基于微波热裂法的陶瓷切割技术
王向伟1;王海龙2;王扬2
2019, 30(23):  2820-2828. 
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针对传统陶瓷切割方法普遍存在的高污染、高噪声、低切割面质量等缺点，提出了一种基于微波热裂法的陶瓷切割方法。阐述了微波热裂法的切割原理, 开发了实验装置，该装置所形成的微波能束为有效加热区域直径约6 mm的圆形热源。通过实验研究了利用该热源切割四种陶瓷（玻璃、碳化硅板、氧化铝板和氧化锆板）的机理。研究结果表明：吸波陶瓷内部的微缺陷处有爆破点产生，这有利于降低陶瓷材料切割所需宏观温度（玻璃：85 ℃，碳化硅：230 ℃）；非吸波陶瓷表面涂覆的石墨层中有微放电痕迹产生，进而可获得偏移较小的切割轨迹；与激光热源相比，微波热源具有更广泛的适用性和更低成本的优点。
基于响应曲面法的轴承钢GCr15高速外圆磨削参数优化
刘伟1,2;商圆圆1,2;邓朝晖1,2;刘仁通1,2;肖周强2
2019, 30(23):  2829-2834. 
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为充分发挥轴承钢GCr15优越的材料性能，保证GCr15轴承等产品的加工质量和加工效率，开展了高速外圆磨削参数优化研究。选用立方氮化硼（CBN）砂轮进行GCr15的高速外圆磨削响应曲面试验，根据试验结果建立磨削力、磨削温度、变质层深度等磨削结果的回归模型。结合回归模型与磨粒的最大未变形切屑厚度模型，综合分析砂轮线速度、工件速度、磨削深度等磨削参数对磨削结果的影响规律。以磨削结果综合最小为目标，进行磨削参数的多目标优化，通过试验验证优化模型和优化结果的正确性。
飞刀法加工蜗杆面齿轮的理论研究与实践
李清1,2;徐伟俊3;张猛2;杨海舰2;刘云进2
2019, 30(23):  2835-2843. 
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为快速获取蜗杆面齿轮的精确齿面，提出了一种加工面齿轮的新方法——飞刀加工法。建立了蜗杆面齿轮的理论模型，基于四轴数控镗床建立加工坐标系，分析了所提方法的加工机理，并将其分为两个阶段：仿形阶段和分度加工阶段；采用飞刀加工法进行刀具轨迹的求解，得到了该轨迹在面齿轮齿坯上的切触迹线，验证了所提方法的正确性；求解了上述两个阶段中刀具主轴转速、工件轴转速及刀具进给速度之间的关系，编制了加工程序，并在VERICUT中对蜗杆面齿轮进行了仿真加工，验证了所提方法的可行性；最后进行了加工实验验证。
ZNR2.4罗茨机械增压器性能试验研究
刘厚根;张攀
2019, 30(23):  2843-2848. 
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建立了机械增压器性能测试试验台，对自主研发的ZNR2.4罗茨机械增压器的绝热效率、容积效率、轴功率消耗和噪声等进行了试验研究,得到了ZNR2.4罗茨机械增压器性能随转速和压比的变化规律。研究结果表明：绝热效率受压比影响较大，压比在1.3附近时绝热效率最高；容积效率随着转速的提高而不断提高，当转速在3 500 r/min以上时，容积效率高于70%；轴功率随转速的提高不断增大，最大为0.7 kW；噪声随转速提高而增大，但声压级均值小于85 dB(A)，最大值不超过95 dB(A)。研究结论为罗茨机械增压器的后续改进和优化提供试验参考。
可持续制造
含添加剂蓖麻油切削液的拉削加工性能研究
倪敬;刘晓帆;何利华;蒙臻
2019, 30(23):  2849-2856. 
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为研究绿色切削液对拉削加工性能的影响，采用超声搅拌纯净水(W)、蓖麻油(O)、活化剂(S)和纳米石墨(G)制成了不同配比的油-水(W-O)、油-水-活化剂(WO-S)和油-水-活化剂-石墨(WOS-G)三类切削液，并进行了雾化喷射拉削试验。试验结果表明：蓖麻油和活化剂的加入，有利于减小拉削负载,而纳米石墨的加入，在蓖麻油和活化剂作用下会发生“团簇”效应，增大摩擦因数，不利于减小拉削负载；经对比，含水88.5%、蓖麻油10%和活化剂1.5%（均为质量分数）的WO-S切削液的应用效果最好, 与干拉削相比，拉削负载的高值和低值分别减小了17.0%和18.5%，基频幅值减小了10.6%,前5个刀齿的平均粘屑数量减少了35.8%，而全部刀齿的平均粘屑数量减少了23.0%。
基于压电简支梁拉伸调频的旋磁发电机
阚君武;何恒钱;王淑云;廖卫林;张忠华;陈松;吴亚奇
2019, 30(23):  2857-2862. 
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为提高旋转式压电发电机的可靠性以及拓宽其有效转速带宽，提出了一种基于压电简支梁拉伸调频的旋磁发电机。介绍了所提发电机的结构原理，研究了动磁铁数量、压电振子预压量等因素对发电机发电性能及固有频率的影响规律。试验结果表明：发电机在转速范围内存在多个使电压出现峰值的最佳转速，各个最佳转速的数值随预压量的增大而增大，且最佳转速的数量随动磁铁数的增加而减少；调节预压量可拓宽发电机的有效转速范围，如动磁铁数为8时，当预压量为0时，发电机仅在几个谐振点达到电压要求，当预压量为1 mm、3 mm、5 mm时，有效转速范围分别扩大至321~768 r/min、160~1 000 r/min、123~1 000 r/min；该发电机固有频率可在37.33~89.60 Hz范围内进行调整，对应的转速调节范围为280~2 632 r/min。
等离子体焊接除尘装置设计与数值模拟
吴仲伟1;夏金兵1;时惜今2
2019, 30(23):  2862-2869. 
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基于等离子体放电吸附原理，提出吸尘-滤尘-荷电-除尘新工艺来净化焊接烟尘，并设计了能实时跟踪焊接烟尘源的除尘装置。确定了两电极板的长度与间距等参数，对等离子体静电吸附装置进行了荷电计算与三维电场分析，研究了烟尘颗粒在电场中的运动轨迹及其变化规律；利用COMSOL软件进行仿真分析，讨论了烟尘粒径、入口气体流速和板间电压对烟尘颗粒吸附效果的影响。分析结果表明：板间电压在0.6~2.4 kV范围内，在电场中运动时间t≥0.1 s时，该除尘装置对0.1~1 μm粒径的烟尘颗粒能够实现快速有效地吸附，且获得了显著的净化效果。
工程前沿
面向壁板变形预测的局部位移场分层映射方法
徐庆贺1;王珉1;陈文亮1;刘登伟2
2019, 30(23):  2870-2876,2883. 
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针对飞机装配过程中壁板铆接变形预测仿真计算周期长的问题，依据局部-整体映射的思想，提出了基于局部位移场的分层映射方法，建立了映射模型，并将所提模型与三维动态模型的有限元分析结果进行了对比。研究结果表明：所提方法可有效地缩短仿真计算时间及提高模拟实际钻铆过程的可靠性；采用所提方法时的轴向位移相对误差为2.2%；当映射区域为2.5R(R为钉孔半径)时，单钉铆接的计算时间由45.56 min缩短至3.33 min。通过三钉模型验证了所提方法的有效性。
全海深沉积物气密取样器分析与试验研究
刘广平;万步炎;彭佑多;金永平
2019, 30(23):  2877-2883. 
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为了满足全海深深渊海底科学研究对高品质全海深深渊海底沉积物保压样品的需求，设计了一套符合全海深载人潜水器作业机械手海底作业操控的具有保压功能的机械手持式全海深沉积物气密取样器。对该气密取样器的保压容器和压力补偿装置等关键零部件进行了分析计算并进行了全海深压力环境下的有限元仿真分析。结果表明：气密取样器的应力和应变随着所加压力的增大而增大，最大应力与应变出现在端盖与筒体封口密封位置处，方形挡栓与保压筒端盖接触位置应力、应变很小，密封性能好。最后，进行了全海深沉积物气密取样器内压试验和与机械手协同适配性试验，试验结果验证了该气密取样器保压性能的可行性和与机械手的适配性。
先进材料加工工程
多元陶瓷相在激光熔覆层中的溶解机制研究
付宇明, 赵华洋, 郑丽娟, 齐童
2019, 30(23):  2884-2889,2897. 
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激光熔覆层材料以铁基粉末为基础，添加有TiC、WC和SiC多元陶瓷增强相。依据自由能变理论，对激光熔覆过程中的涂层化学反应方向与反应程度进行了热力学分析，研究了所添加陶瓷增强相的溶解机制，结果表明：在设定的工艺参数和激光作用下，涂层表面可产生2 000~3 000 K的高温，通过显微组织分析可以发现，在上述温度范围内陶瓷物质发生了部分甚至完全溶解，且熔池中熔化游离的Fe、Cr、Ni等离子或颗粒先后与陶瓷物质中分解出的Ti、W、Si与C元素发生再反应与互溶，形成了具有一定金属性以及陶瓷相强度和硬度的物质，如FeNi2Ti、Fe-Cr-Ni-Si等新合金相或固溶体，并达到了强化涂层性能的效果。研究结果与理论模型分析结果规律相同。
基于STL模型的双面数控渐进成形干涉检查与修正
朱虎1;肖冬选1;姜在宽2
2019, 30(23):  2890-2897. 
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针对双面数控渐进成形中工具头与板材之间容易发生干涉的问题, 提出了基于STL模型的工具头与板材干涉检查与修正方法。对于主工具头，采用等距面生成无干涉的成形轨迹，以避免干涉；对于副工具头，将干涉类型分为工具头与板材非成形特征区的干涉和工具头与板材成形特征区的干涉两种类型，并通过判断副工具头刀位点与支撑面的位置关系来确定是否发生干涉。算法应用实例和成形实验结果表明，所提出的算法能够避免干涉，进而生成无干涉的工具头运动轨迹。
英文目次
2019, 30(23):  2898. 
摘要 ( )   HTML   PDF (107KB) ( )  
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