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2020年 第31卷 第21期    刊出日期：2020-11-10
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机械基础工程
转向系参数对汽车拖车组合系统稳定性的影响
张宁;李田;殷国栋;吴建华;赵子乾
2020, 31(21):  2521-2528.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.001
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车身摆振是汽车拖车组合系统中一种复杂的动力学失稳现象，它常常表现为车身折叠、侧滑、侧倾等行为，给道路交通安全带来了巨大的隐患。针对此问题，应用拉格朗日方程建立了考虑牵引车转向系统的汽车拖车组合系统6自由度非线性综合模型，并通过非线性分析方法研究了转向系惯性参数和各个结构刚度、阻尼对汽车拖车组合系统稳定性的影响。结果表明，转向系结构参数对系统稳定性存在不同影响，合理选择转向系结构参数可以有效提高汽车拖车组合系统的动态稳定性。
动力总成悬置系统的可靠设计
刘春梅1;黄德惠1;郑成2;陈潇凯2;张凯1
2020, 31(21):  2529-2534.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.002
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针对悬置刚度的制造误差等不确定因素对系统性能的影响，提出了一种适用于动力总成悬置系统的可靠设计流程，并将其用于某悬置系统的可靠设计。分析了悬置系统在不同设计状态下的可靠度变化，通过对确定设计结果的分析指出了提高系统可靠度的必要性，提出了一种用于悬置系统可靠设计的规划—筛选—决策3步设计流程。以某动力总成悬置系统为例，采用所提出的可靠设计流程完成了系统的可靠设计。结果表明，制定合理的决策标准有助于筛选出能普遍提高系统可靠度的设计方案，甚至能够在可行域中找到在多个不确定性水平下均能保持稳定可靠的区域，而这正是可靠设计的理想结果，也反映了所提出的可靠设计流程是有效的。
精密加工变齿厚内齿轮插齿刀设计
胡瑞;杜雪松;朱才朝
2020, 31(21):  2535-2541.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.003
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针对标准插齿刀通过斜插法或插削角优化法难以实现变齿厚内齿轮高精度加工的问题，提出了一种精密加工变齿厚内齿轮的专用插齿刀设计方法。该插齿刀齿廓方程同时包含刀具几何参数和插削角工艺参数。基于啮合原理推导了刀具齿廓方程，建立了插齿刀切削刃数学模型，给出了插齿刀切削刃参数优化流程。对比分析了不同加工方法的齿形误差，研究了设计参数变化对齿形误差的影响规律。结果表明,所提出的方法在各种设计参数下均能有效减小齿形误差，设计出的刀具按优化倾角做直线插削即可实现变齿厚内齿轮的精密加工，无需对机床进行改造，易于推广。
超声振动透镜辅助激光打孔实验研究
沈诚;邹平;康迪;王文杰
2020, 31(21):  2542-2546.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.004
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为研究超声振动透镜辅助对激光打孔加工质量和效率的影响，采用YLR-1000连续激光器和所设计的超声振动透镜辅助装置，以304不锈钢薄片为研究对象，分别在不同离焦量、激光功率、打孔时间、超声振幅情况下进行有无超声振动辅助激光打孔对比实验。实验采用VHX-1000E超景深显微系统对工件进行检测，并以孔径、热影响区半径、孔锥度、孔深和堆砌高度为主要指标分析实验结果。结果表明：超声振动透镜辅助可从总体上提高激光打孔的加工质量和效率。
基于螺旋理论的卧式加工中心空间误差建模方法及其量化验证
胡腾1,3;王文款1;殷国富2;杨随先2
2020, 31(21):  2547-2556.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.005
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针对现阶段机床空间误差建模过程中存在的繁琐性与非统一性问题，以及现有模型验证策略难以实现量化评价的局限性，以某卧式加工中心为研究对象，提出一套较完善的空间误差建模方法及其验证技术体系。以螺旋理论与串联机构运动学为理论基础，结合机床运动链拓扑分析，推导建立加工中心运动学模型。所提运动学建模方法可以有效避免传统方法中矩阵变换时潜在的奇异性问题，并且有利于简化机构运动学分析。通过系统讨论在不同参考系下定义运动误差对运动学模型的影响，提出名义运动矩阵与运动误差矩阵乘积关系的确定方法及原则，进而在此基础上构建卧式加工中心空间误差模型。为量化验证所建空间误差模型的准确性，提出基于空间矢量欧氏范数的量化验证策略与实施技术。数据对比显示，空间矢量欧氏范数偏差的预测值与实测值较吻合，最大相对误差为15.79%,表明所提空间误差建模方法可行且准确性较高，所提模型量化验证策略具有较好的直观性与有效性。
拓扑特征演化分析下行星变速机构构型综合
符升平1;黄瀚林2;明伟2
2020, 31(21):  2557-2565.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.006
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针对用多个行星排和操纵元件组成预设挡位数和传动比的可行变速机构方案繁多的特征，提出了一种基于拓扑特征演化分析的行星变速机构构型综合方法。根据行星变速机构的基本构件组成，建立了行星排组和离合器组模型的设计准则，定义了相对转速意义下行星变速机构的构件和关联函数邻接矩阵，推导了构态演变的数学模型，实现了特殊构态拓扑特征的自动识别，构建了满足预设挡位数要求的构件组模型。在揭示不同构态拓扑演化特征的基础上，提出行星变速机构特性参数计算和构件属性判别的方法，实现了行星变速机构的构型综合。最后通过设计实例验证了所提方法的有效性和准确性。
四自由度混联天线机构运动特性分析
张国兴1;侯雨雷1;曾达幸1;窦玉超2;段艳宾2
2020, 31(21):  2566-2572.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.007
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天线构型设计和运动特性分析是保障天线系统实现轨迹追踪任务的前提。基于3RSR并联机构构造3-R(RRR)R+R混联天线机构，并对混联天线机构结构进行描述，利用螺旋理论分析混联天线机构自由度数目和性质；用指数积公式表示混联天线机构各杆件位姿，建立混联天线机构运动学模型，得到混联天线机构各个杆件的速度螺旋矩阵；通过MATLAB软件仿真得到混联天线机构方位和俯仰运动轨迹，通过ADAMS软件仿真对理论求解得到的混联天线机构运动学参数进行验证。最后基于混联天线机构原理样机进行运动特性实验。
用于旋转机械状态趋势预测的量子注意力循环编码解码神经网络
李锋1;程阳洋1,2;陈勇1;汤宝平3
2020, 31(21):  2573-2582.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.008
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提出了基于量子注意力循环编码解码神经网络（QAREDNN）的旋转机械状态趋势预测方法。在QAREDNN中，引入注意力机制以同时重构QAREDNN的编码器和解码器，使QAREDNN能够充分挖掘和重视重要信息，并抑制冗余信息的干扰，从而获得更好的非线性逼近能力；采用量子神经元构建了一种活性值和权值由量子旋转矩阵代替的量子门限循环单元(QGRU)，QGRU不仅能够更加精细地遍历解空间，还具有大量的多重吸引子，因此QGRU能代替传统编码器和解码器中的循环单元以提高QAREDNN的泛化能力和响应速度；通过引入Levenberg-Marquardt（LM）法来提高QAREDNN的量子旋转矩阵的旋转角和注意力参数的更新速度。滚动轴承状态趋势预测实例验证了该方法的有效性。
截割头几何因素影响下的巷道表面形貌特征与建模
刘治翔1;王帅1;谢苗1;陈洪月1;苗茺1;谢春雪2
2020, 31(21):  2583-2591.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.009
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考虑到纵轴式掘进机截割头运动轨迹直接影响巷道成形表面形貌特征，分析了截割头截割巷道得到的巷道外轮廓的创成机理，运用机器人运动学分析方法确定掘进机截割头在巷道空间坐标系内的坐标，构建截割头截割巷道外轮廓的数学模型；通过数值计算分析截割进给量、截割角度、截割头形状、截割头半径及截割头锥角等参数对截割表面形貌特征的影响规律。研究结果表明：“球冠+圆柱”式截割头截割得到的巷道表面最不平整，“球冠+圆锥+圆柱”式截割头截割得到的巷道表面最为平整；随着截割升降角度和截割进给量的减小、截割头球冠半径和截割头圆锥角的增大，截割得到的巷道平整度提高；截割升降角度越大，越需要对巷道平整度进行精确控制。
机械气力组合式花生精量排种器设计与试验
朱彤1;丛锦玲1,2;齐贝贝1;吴孟宸1;彭心怡1;王怡苏1
2020, 31(21):  2592-2600.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.010
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针对气吸式排种器播种花生等大粒径种子时吸附率低、风压需求大等问题，采用气力与机械协同取种、断气卸种、机械携种等方式，设计了一种机械气力组合式花生精量排种器。在充种阶段采用凸块扰动、定位和托持种子，并配合型孔负压协同取种，可有效提高充种性能。不同结构排种盘的扰种性能仿真分析表明，环槽双V形凸块扰种效果最佳。以种子外形尺寸、排种盘转速和工作负压为影响因素进行了双V形凸块结构的排种性能试验，结果表明类球形种子的排种性能最优。通过多目标参数优化确定了排种器的最佳参数组合。田间试验结果表明，该排种器满足花生精量播种要求。
可持续制造
数据驱动下基于元动作的数控车削能耗预测方法
李聪波;尹誉先;肖溱鸽;龙云;赵希坤
2020, 31(21):  2601-2611.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.011
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针对传统的能耗预测模型预测精度较低、泛化性差的问题，提出一种数据驱动下基于元动作的数控车削能耗预测方法。通过分析数控车床的能耗特性，揭示各时段元动作与能耗的关联关系；提出车削元动作及能耗数据的获取方法，并通过元动作状态对数控车床状态进行判断；使用高斯过程回归构建以元动作状态作为输入的数控车削能耗预测模型，实现数据驱动的数控车削加工能耗动态预测。最后，对比3种拟合算法，验证高斯过程回归算法的优越性，并通过比较理论模型和基于元动作的数据模型,以加工某轴类工件为例，验证该方法的有效性。
面向绿色制造的产品模块化设计研究综述
程贤福1;周健1;肖人彬2;刘俊杰1;游敏华1
2020, 31(21):  2612-2625.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.012
摘要 ( )   PDF (1517KB) ( )  
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阐述了绿色产品生命周期的涵义，分析了绿色产品生命周期各阶段的特性及关联关系，对目前存在的绿色模块化设计技术和方法进行了分类总结。根据绿色产品生命周期各阶段研究侧重点不同，将目前绿色制造模块化设计归纳为面向产品生命周期模块化设计、绿色设计模块化设计、环境意识模块化设计、再制造模块化设计、可拆卸模块化设计、维修模块化设计、回收模块化设计、重用模块化设计及其他模块化设计，并对其相应的模块化设计方法进行了综述分析。最后展望了今后的研究趋势。
基于工件材料去除率的滚齿机床能耗模型
李钧亮;王时龙;王四宝;夏长久
2020, 31(21):  2626-2631.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.013
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开展了滚齿机床能耗建模与参数分析的研究。基于滚刀和工件的几何参数与空间运动分析，进行未变形切屑的数值计算，求取了滚齿加工过程中材料去除率的数值，建立了滚齿机床能耗预测模型，并通过正交试验进行了验证，平均预测准确率超过95%。基于实验结果与所提出的数值模型，对比分析了进给速度、滚刀转速与切削深度对表征能量利用效率的比能耗的影响，结果表明，所提出的模型可以准确预测滚齿加工过程中的机床能耗。
先进材料加工工程
铝合金电阻点焊碲铬铜电极的寿命研究
郑立好1, 2;张超群1,2;张庆鑫1, 2;张国涛1, 2;李永兵1, 2
2020, 31(21):  2632-2637.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.014
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针对传统铝合金电阻点焊电极易点蚀，导致生产效率低下以及焊点质量不稳定等问题，开发了一种由碲铬铜合金制备的电阻点焊铜电极。通过对比研究碲铬铜电极与传统铬锆铜电极，得到焊点的熔核直径、焊接接头的拉剪力、电极与板材间的接触电阻等随着焊接次数的变化规律，结合激光共聚焦显微镜分析证明了碲铬铜电极相较于传统铬锆铜电极具有更长的电极寿命，最终通过铝铜金属间化合物的生长揭示了电极寿命延长的原因。
DD5镍基单晶高温合金铣削亚表面损伤研究
李强;郭辰光;丁广硕;冷岳峰;岳海涛
2020, 31(21):  2638-2645.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.21.015
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为探究DD5镍基单晶高温合金铣削亚表面损伤特征，基于定向切割方法及槽铣实验，通过对热处理前后不同铣削参数条件下DD5纵截面微观金相结构的观测及维氏硬度检测，对被加工材料变形层特征和再结晶行为进行研究，并提出了相应的抑制方法。结果表明，铣削参数、冷却方式及晶向条件对DD5表面硬化率具有重要影响，其表面沿法向方向的硬度变化趋势为“硬化—软化—硬化”，说明在热软化和应变硬化的竞争机制下铣削变形层是由应变硬化造成的，且该区域发生了金相组织变化，提高了材料的抗腐蚀能力;沿［110］晶向进行切削轨迹规划及采用水基微量润滑对变形层的抑制是有益的;在所设计的各种工艺参数条件下，铣削加工过程无法提供足够的形变储存能来促进DD5在1300 ℃的传统和真空热处理条件下再结晶的发生。
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2020, 31(21):  2646. 
摘要 ( )   PDF (442KB) ( )  
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