中国机械工程

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2015, 26(1): 0.

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三维斜流线性完全耦合层吸收边界条件

伍新, 陈志夫, 尹汉锋

2015, 26(1): 1-7.

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采用傅里叶与拉普拉斯变换方法分析了三维斜流背景下声波、涡波与熵波的色散关系;根据各物理波的色散轨迹特征，结合频率变化的时空坐标变换方法，给出了一组时间与空间坐标变换关系式，并将三维斜流线性欧拉方程变换至新坐标系;采用复数变换方法，引入阻尼，分别构建了x层、y层、z层及角层的完全耦合层（PML）吸收边界条件,给出了吸收项的施加原则;最后通过三维脉冲声波、对称涡环与周期性点声源在斜时均流中的传播问题验证了该吸收边界条件的正确性。研究结果表明：所提出的坐标变换关系能够有效解决各物理波相位速度与群速度不一致的问题;在斜背景流下，该PML吸收边界条件能较好地吸收物理波，有效抑制边界反射，可用于气动声学计算。

高频响测力仪固有频率的理论分析与试验

黄震, 赵威

2015, 26(1): 7-11.

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针对现有测力仪固有频率较低而无法准确测量高转速下铣削力的难题，基于附加弹性测力原理设计了高频响测力仪，测力系统的固有频率达到9kHz以上，运用邓克莱法建立了测力仪的简化模型，推导出固有频率的解析式;进行了有限元仿真与模态试验，获得了测力仪固有频率的仿真值、实测值以及振型;最后进行了高转速铣削力验证试验。研究结果表明，该测力仪固有频率的解析值和仿真值略大于实测值，但三者较为接近，测力仪关键结构尺寸与其固有频率密切相关，利用简化模型和有限元法进行高频响测力仪的结构优化设计合理可行，为同类测力仪的结构优化设计提供了参考依据。

压电谐波传动系统活齿传动自由振动分析

李冲, 许立忠, 邢继春

2015, 26(1): 12-17,24.

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提出了一种具有低速大转矩特性的机电集成压电谐波传动系统，该传动系统利用活齿传动输出转矩。分析了机电集成压电谐波传动的工作原理，建立了活齿传动动力学模型，推导了其动力学微分方程，给出了活齿传动自由振动特征方程，求出了系统固有频率及振型，并分析了结构参数对固有频率的影响。研究结果为机电集成压电谐波传动系统的进一步优化提供了新的思路和方法。

椭圆超声功率切削驱动装置中的优化BUCK模型

陈明方, 邹平, 何宇, 吴昊, 张永霞

2015, 26(1): 18-24.

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针对椭圆超声功率切削驱动装置的BUCK变换器模型进行优化研究，充分考虑变换器中各元器件的寄生参数对模型的影响，同时对其中LC优化设计进行了较为深入的分析，设计出优化的变换器模型并制作出其对应的验证电路。对该模型中的两个重要传递函数模型的BODE图进行了试验与仿真对比分析，结果证明该模型比较理想地反映了真实电路的动态性能，较好地指导了变换器的设计。

基于模块属性组合的产品族主从关联设计

陈陌, 杜纲, 支华炜

2015, 26(1): 25-31.

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可选模块需要在必选模块的基础上进行配置，同时最优的必选模块配置也是依赖于可选模块配置的。为解决产品设计中属于不同层次结构的两类模块设计问题，在主从模型中引入0-1变量，实现了对模块属性档级的选择，以制造商成本和客户效用的比值及产品族通用性指数作为上层目标，以产品可选属性效用最大化作为下层目标，实现了两类模块的优化组合。最后用自行车产品族案例验证了该方法的可行性和有效性。

多杆高速机械压力机机构优化设计

李烨健, 孙宇, 胡峰峰

2015, 26(1): 31-36.

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为了有效发挥压力机的性能、解决机械压力机高速化带来的一系列问题，建立了一种以曲柄最短、冲压转角最大为评价指标的多杆高速机械压力机主传动机构几何参数综合优化数学模型，并利用MATLAB构建了该机构的优化模型。优化结果表明：该机构的冲压转角增大了13.5%，主滑块加速度减小了35.3%，在下死点附近，位移曲线较平滑，有利于冲裁过程中材料的充分变形和动平衡的设计，且有助于提高下死点的动态精度。

交叉杆并联机床结构参数优化

方喜峰, 张思崇, 许钦桓, 汪通悦, 刘远伟, 陈小岗

2015, 26(1): 37-43.

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增大工作空间和提高灵巧度是并联机床设计的一项重要任务。依据运动学反解，采用三维搜索的方法得到了带约束条件的交叉杆并联机床的工作空间;利用自然坐标法推导了该机床的新型雅可比矩阵;基于工作空间和新型雅可比矩阵获得了交叉杆并联机床的灵巧度分布。在此基础上分析了机床各结构参数对工作空间和全域灵巧度指数的影响规律，然后用最小二乘法进行曲线拟合并以工作空间指数和全域灵巧度指数为优化目标对该机床进行优化，与优化前相比，两项指标分别增大了0.40倍和0.26倍，达到了机构优化的目的。

振动进给对微尺度群缝电解加工过程的影响

赵建社, 李龙, 王峰, 肖雄

2015, 26(1): 44-48,78.

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为精确控制振动进给运动，研制了多参数可调的电解加工振动进给装置系统。通过对工具阴极振动进给方式对电解加工间隙内电解产物排出、电解液流场稳定性影响的分析，以剃须刀网罩上的微尺度阵列群缝的电解加工为研究对象开展了系列工艺试验，研究了振动进给的运动参数对微尺度群缝的平均缝宽、侧壁锥度的影响，据此优选了工艺参数，并成功批量加工出了缝宽为0.26mm、侧壁锥度小于5%的微尺度阵列群缝。试验结果证明，振动进给能够有效提高微尺度群缝的电解加工精度和加工过程稳定性。

基于Stigmergy的Holonic控制架构与调度策略

汤洪涛, 刘璐, 陈明, 鲁建厦

2015, 26(1): 49-54,62.

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针对制造执行系统递阶式的控制结构以及Stigmergy机制在Holonic控制架构中应用的局限性，通过在Holonic制造系统PROSA参考架构基础上为基本holon以及参谋holon分别设计对应的蚂蚁holon，构建了基于Stigmergy的Holonic控制架构，给出了该架构下各类holon单元的4种内部holon(数据holon、决策holon、通讯holon和结构holon)，并定义了应用于基本holon和参谋holon之间传递具体信息以及订单holon与资源holon之间协商加工方案的两种信息素。给出了作业车间调度问题的数学描述，以最长完成时间最短为调度目标，提出了在基于Stigmergy的Holonic控制架构下各类holon单元以两种信息素为媒介协商实现作业车间调度的基本策略，并通过算例验证了该策略的有效性。

面向再制造复杂机械产品装配过程的质量控制点公差带在线优化方法

刘明周, 邢玲玲, 刘从虎, 张淼

2015, 26(1): 55-62.

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为提高再制造零部件利用率并提升再制造复杂机械产品的装配精度，提出了一种面向再制造复杂机械产品装配过程的质量控制点公差带在线优化方法。在分析再制造复杂机械产品装配特点的基础上，对关键工序的质量控制点公差带进行细粒度划分;从装配精度角度出发，综合考虑装配过程中的质量损失和成本差异，以尺寸链为约束，构建了公差带优化模型，并研究了基于遗传算法的模型求解过程;在此基础上，提出了基于历史数据的正向推理模式，以及基于装配实时信息的逆向推理模式，推导出装配优化方案集并对车间异常情况作出及时响应;最后，开发出再制造发动机装配过程在线质量控制系统原型，验证了该方法的可行性和有效性。

基于形态差值滤波和差分熵的滚动轴承故障诊断

姜万录, 郑直, 朱勇, 李扬,

2015, 26(1): 63-70.

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针对滚动轴承内外圈的早期故障，提出了一种新的诊断方法，该方法融合了数学形态学对非线性信号的滤波和信息熵理论在信号表征方面的优越性。首先，利用数学形态差值滤波器对实测的轴承内外圈轻重损伤的故障信号进行消噪处理，充分突出了有用的故障特征信息;然后，利用差分熵提取该信号中的突变特征信息，对其进行不确定性和复杂性度量;最后，根据突变点的冲击时间间隔和内外圈故障周期性冲击的时间间隔一致的思想来完成对滚动轴承的故障诊断。通过对仿真信号和滚动轴承实测内外圈两种故障程度的振动信号的诊断分析，证明该方法能够很好地识别轴承内外圈早期故障的类型，且具有很高的准确率。

基于同步约束解除的零件爆炸图自动生成方法

赵鸿飞, 张琦, 王海涛, 赵洋, 方宝山

2015, 26(1): 70-73.

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面向结构教学及维修人员培训，提出了一种基于零件几何约束关系同步解除的爆炸图自动生成方法。在定义零件拆卸轴向的基础上，建立了零件邻接拆卸约束关系矩阵及约束类型矩阵，按照可同步解除几何约束的顺序对零件进行分层，并利用判断规则识别子装配体。结合应用OBB和FDH两种包围盒，提出了一种“由外向内”的等速率分层牵引零件爆炸分离方法，实现了装配体组成零件爆炸图的自动生成。

基于局部切空间排列和K-最近邻分类器的转子故障诊断方法

孙斌, 刘立远, 牛翀

2015, 26(1): 74-78.

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为了解决大型机械设备故障数据难以准确快速提取的问题，提出了一种基于局部切空间排列(LTSA)和K-最近邻分类器的转子故障诊断模型。首先基于转子的振动信号构造一个高维多征兆矩阵，利用LTSA提取高维矩阵的低维特征向量，映射在可视空间里;然后将提取的低维特征向量输入K-最近邻分类器进行故障模式识别。试验和数据降维仿真过程表明，该模型的准确度和快速性均优于LTSA和神经网络以及LTSA和支持向量机组成的故障诊断模型。

直线伺服系统正交投影迭代学习控制器参数辨识与优化

杨亮亮, 史伟民, 刘宜胜, 周云飞

2015, 26(1): 79-85.

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针对高频响直线伺服系统前馈控制器参数的辨识问题，引入正交矢量投影的分析方法构建正交矢量基函数，将控制模型在基函数所构建的正交矢量空间中进行投影，采用迭代学习方法沿基函数轴方向进行前馈控制器参数迭代辨识并通过前馈进行补偿，将迭代学习控制方法从时域辨识拓展到正交矢量基函数空间领域。仿真与实验结果表明，该方法显著提高了直线伺服系统的位置跟踪精度和高速响应性能，满足高速高精度的要求。

基于多误差源耦合的五轴数控铣床加工误差综合预测及评判

王伟, 郑从志, 张信

2015, 26(1): 85-91.

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在综合考虑机床动静态多种误差源的基础上，建立了各运动轴伺服运动模型和多体联动模型，给出了刀具的实际运动位置和姿态，基于包络理论求解了曲面加工实际成形面，对比理想数学模型，对加工误差进行了综合预测和评判。以复杂非可展曲面——S试件为例，给出了S试件的铣削精度构建方法，分析了机床动态因素(位置环、速度环等)对零件铣削精度的影响，并通过切削实验后的数据回归分析予以验证。建立了基于神经网络的机床铣削误差辨识模型，用于评估机床加工后的状态。该平台的搭建为实现大型、关键零件的加工精度预测和保障提供了技术支撑。

汽轮机转子锻件高温扩散退火工艺的试验研究

刘鑫刚, 陈欢, 金淼, 王玉辉, 张清华

2015, 26(1): 92-97.

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基于试验方法，结合高中压汽轮机转子锻件实际生产工艺，研究了不同保温时间、锻造火次处理后晶粒尺寸、组织、力学性能的变化规律，揭示了高温扩散退火对30Cr1Mo1V钢的影响。试验结果表明：高温扩散退火可消除因枝晶偏析与锻造变形产生的条带组织;只在锻前进行高温扩散退火，试样晶粒尺寸较小，且扩散的均质化作用提高了30Cr1Mo1V钢的横向韧性;锻后长时间高温加热将导致晶粒过大、组织粗化，大大降低了韧性;高温扩散退火对30Cr1Mo1V钢塑性无显著影响。

垂直微结构剖面仪主体结构优化

姜欣, 刘玉红, 宋诗军, 王延辉

2015, 26(1): 97-101.

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垂直微结构剖面仪是获取海洋微结构湍流数据最有效的测量平台，其下降过程中产生的流致振动是影响剖面仪测量精度的主要因素。分析了影响剖面仪流致振动的因素，基于ANSYS-Workbench数值仿真平台，采用双向流固耦合算法，得到了剖面仪流致振动与其结构外形及参数之间的关系。在此基础上，以减小流致振动为目标，采用单目标优化方法分别对剖面仪主体结构外形及结构参数进行了优化，优化后的剖面仪测量精度提高了57%。研究成果为垂直微结构剖面仪及类似结构的合理设计提供了理论指导。

基于遗传算法与BP神经网络的微晶玻璃点磨削工艺参数优化

马廉洁, 曹小兵, 巩亚东, 陈小辉

2015, 26(1): 102-106.

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通过低膨胀微晶玻璃点磨削实验，测试了加工表面粗糙度、表面硬度，分析了实验数据变化趋势。通过最小二乘拟合，建立了关于粗糙度、表面硬度的一元数值模型，并将模型预测值与实验值进行了比较，以验证模型的精确性，结果表明模型具有较高的精度。根据正交实验结果，基于BP神经网络算法和遗传算法，建立了粗糙度、表面硬度的多元数值模型并以此作为目标函数，以表面硬度最大和表面粗糙度最小作为优化目标，基于遗传算法进行了工艺参数的双目标优化，获得了一组点磨削工艺参数的最优解范围，实验验证结果表明优化结果是合理的。

基于递归特征分析的NURBS曲线插补算法

韩江, 江本赤, 夏链, 田晓青

2015, 26(1): 107-111.

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在分析NURBS曲线公式中基函数递归特征的基础上，提出了一种新的NURBS曲线插补算法。该算法通过前一个参数增量值和前一段插补弦长来确定下一个参数增量值，进而实现对参数的密化。仿真实验结果表明，该算法在改善弦长误差和减小计算量方面优于Taylor展开插补算法。

Y₂O₃改性石墨/CaF₂/TiC/镍基合金复合涂层微观组织与摩擦学性能研究

蔡滨, 谭业发, 胡晓光, 谭华, 唐建

2015, 26(1): 112-119.

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为提高石墨/CaF₂/TiC/镍基合金（GCTN）复合涂层的力学性能和摩擦学性能，运用等离子喷涂技术在45钢表面制备了Y₂O₃改性GCTN复合涂层，研究了Y₂O₃对复合涂层的微观组织、显微硬度、断裂韧性和摩擦磨损性能的影响。结果表明：Y₂O₃改性GCTN复合涂层主要由γ-Ni、CrB、Cr7C₃、TiC、CaF₂和石墨等物相组成。Y₂O₃在等离子火焰加热作用下与C元素反应生成活性元素Y，Y净化了复合涂层的微观组织，并细化了CrB、Cr₃C7等硬质相晶粒，提高了其致密性。当Y₂O₃质量分数为0.5%时，复合涂层的显微硬度和断裂韧性分别为593.3MPa和6.82MPa·m^1/2，比不含Y₂O₃的复合涂层分别增大了8%和22%，其机理主要是Y₂O₃细化了CrB、Cr₃C₇等硬质相晶粒，起到了细化强化作用。由于GCTN-0.5Y₂O₃复合涂层的显微硬度和断裂韧性显著提高，减少了其黏着磨损和微观断裂磨损，因而GCTN-0.5Y₂O₃复合涂层的摩擦因数和磨损率最小，分别为0.085和0.39×10-3mm3/m。

基于CATIA平台的汽车覆盖件翻边成形过程同步模拟

丁天旭, 柳玉起, 章志兵, 余文, 杜亭

2015, 26(1): 120-124.

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基于CATIA平台，开发了汽车覆盖件翻边成形模拟系统。系统将结构设计中模具结构行程图思想引入翻边成形模拟中，综合考虑了翻边方向、驱动角与翻边行程对实际工艺的影响，该系统可真实反映翻边运动关系，以及翻边镶块交刀对翻边成形过程的影响，并在求解计算前通过动画演示的方式进行运动仿真，对工具运动进行干涉检查。同时，系统将CAE模型作为CATIA的特征集成于CAD平台上，实现了CAD设计模型与CAE分析模型的同步更新，避免了平台转化过程中模型数据丢失与精度损失，缩短了CAE反复建模的时间，提高了设计效率。最后通过汽车后围外板的翻边实例分析，验证了系统的准确性和稳定性。

副车架侧边纵梁耐撞性优化设计

杨济匡, 华长星, 肖志

2015, 26(1): 124-129.

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为了对全框式副车架侧边纵梁结构进行耐撞性优化设计，以副车架侧边纵梁结构参数为变量，建立了该结构耐撞性和轻量化优化问题的数学模型。运用方差分析法（ANOVA）选择对副车架侧边纵梁耐撞性和轻量化影响显著的结构因子作为主要设计变量，采用正交试验设计方法进行试验设计;运用LS-dyna软件进行碰撞模拟;根据有限元仿真结果建立了响应面近似模型，并对该近似模型解决该问题的可靠性进行了验证，结果表明，所建立的响应面近似模型适合解决组合优化问题。优化设计后的副车架侧边纵梁能在提高耐撞性能的同时，保持较好的轻量化水平。

基于双目视觉的车辆行驶跑偏在线自动检测系统

周兴林, 李程, 刘汉丽, 蒋难得, 张云, 胡怡玮

2015, 26(1): 130-134.

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为了解决车辆行驶跑偏测量问题，研制了一种车辆行驶跑偏在线自动检测系统。该系统通过建立的双目机器视觉模型实现了车辆行驶跑偏量的自动测量，研制的大视场激光光源解决了测量中的环境干扰问题，采用优化数据处理算法解决了测量精度不高的难题，构建的无线网络测试系统实现了车辆行驶跑偏在线自动检测。该系统测量精度高、运行稳定可靠，可广泛应用于汽车生产企业及各种车辆检测线上车辆行驶跑偏量的在线自动测量。

非线性轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响

沈法鹏, 赵又群, 赵洪光, 刘英杰

2015, 26(1): 135-139.

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为分析轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响，建立了非线性轮胎侧向力模型并通过四自由度整车动力学模型计算了不同车速下汽车质心侧偏角、车身侧倾角和前轮转角响应。基于ADAMS的虚拟试验和实车试验结果表明：汽车高速转向行驶时，非线性轮胎侧向力模型能更准确地反映出汽车运动状态的响应，各状态响应的平均绝对误差能控制在相应状态幅值的10%以内。研究结果对汽车稳定性控制系统的设计具有理论指导意义。

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2015, 26(1): 142.

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