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2016年 35卷 第7期
2016, 35(7): 985-991.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0701
摘要
PDF 888KB
摘要:
传统的液体静压支承设计计算方法是基于求解模型的简化得到的，其计算结果存在一定误差，并且部分关键物理参数是通过液体静压支承设计计算方法所难以获得的。而计算机数值仿真技术的引入弥补了上述理论设计方法的不足。采用理论计算和有限元仿真相结合的方法，对小孔节流闭式液体静压导轨的流场分布规律和纲承载特性进行了研究。首先，根据液体静压导轨设计参数求得无量纲承载能力系数理论曲线和无量纲油膜刚度理论曲线；接着，利用ANSYS/Fluent软件对液体静压导轨的流场分布规律和承载特性进行了仿真研究。研究结果表明：节流孔处液压油流动状态为紊流；压力在油腔区域比较均匀，沿封油面线性下降；无量纲承载能力系数曲线和无量纲油膜刚度曲线的理论值与仿真值变化趋势一致。
传统的液体静压支承设计计算方法是基于求解模型的简化得到的，其计算结果存在一定误差，并且部分关键物理参数是通过液体静压支承设计计算方法所难以获得的。而计算机数值仿真技术的引入弥补了上述理论设计方法的不足。采用理论计算和有限元仿真相结合的方法，对小孔节流闭式液体静压导轨的流场分布规律和纲承载特性进行了研究。首先，根据液体静压导轨设计参数求得无量纲承载能力系数理论曲线和无量纲油膜刚度理论曲线；接着，利用ANSYS/Fluent软件对液体静压导轨的流场分布规律和承载特性进行了仿真研究。研究结果表明：节流孔处液压油流动状态为紊流；压力在油腔区域比较均匀，沿封油面线性下降；无量纲承载能力系数曲线和无量纲油膜刚度曲线的理论值与仿真值变化趋势一致。
2016, 35(7): 992-997.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0702
摘要:
为了实现对负载纳米级的精密定位，提出了一种利用压电材料作为驱动元件的三驱动足精密定位装置。设计了基于惯性冲击原理的精密定位装置的结构，介绍了其具体工作过程，并对驱动足的工作过程进行了理论分析。制作样机并搭建了实验系统，采用显微镜物镜进行了定位性能的测试。实验结果表明：在锯齿波电压信号的驱动下，通过改变驱动电压信号的占空比，该精密定位装置能够实现所夹持负载的双向直线运动，当电压值为80 V；电压频率为80 Hz时，该装置的位移分辨率可以达到100 nm的精度，且运行平稳，工作性能良好，步距均匀，可以实现所夹持负载纳米级的定位要求。
为了实现对负载纳米级的精密定位，提出了一种利用压电材料作为驱动元件的三驱动足精密定位装置。设计了基于惯性冲击原理的精密定位装置的结构，介绍了其具体工作过程，并对驱动足的工作过程进行了理论分析。制作样机并搭建了实验系统，采用显微镜物镜进行了定位性能的测试。实验结果表明：在锯齿波电压信号的驱动下，通过改变驱动电压信号的占空比，该精密定位装置能够实现所夹持负载的双向直线运动，当电压值为80 V；电压频率为80 Hz时，该装置的位移分辨率可以达到100 nm的精度，且运行平稳，工作性能良好，步距均匀，可以实现所夹持负载纳米级的定位要求。
2016, 35(7): 998-1005.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0703
摘要:
为了研究叠层平板式筛网在电机激振作用下的动态响应，在RecurDyn软件中建立了三电机振动筛的多刚体仿真模型，并对模型进行了检验。基于有限元多柔体动力学（MFBD）技术，在刚体模型的基础上建立了筛箱与筛网的刚柔耦合多体动力学模型，通过对其仿真，得到筛网在处于不同振动轨迹、不同螺栓预紧力、不同支撑条件下的振动参数、被测点动应力值、应力云图等。分析结果表明：刚柔耦合模型能够更加准确的反应振动筛的抛掷指数；在一定范围内增大预紧力，能够使筛网动应力减小；增加筛箱支撑条数目能够使筛网受力更加均匀。
为了研究叠层平板式筛网在电机激振作用下的动态响应，在RecurDyn软件中建立了三电机振动筛的多刚体仿真模型，并对模型进行了检验。基于有限元多柔体动力学（MFBD）技术，在刚体模型的基础上建立了筛箱与筛网的刚柔耦合多体动力学模型，通过对其仿真，得到筛网在处于不同振动轨迹、不同螺栓预紧力、不同支撑条件下的振动参数、被测点动应力值、应力云图等。分析结果表明：刚柔耦合模型能够更加准确的反应振动筛的抛掷指数；在一定范围内增大预紧力，能够使筛网动应力减小；增加筛箱支撑条数目能够使筛网受力更加均匀。
2016, 35(7): 1006-1010.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0704
摘要:
为分析出各单元在其他某些单元或分系统失效情况下的可靠度，并建立精确的可靠度模型。应用应力-强度分布干涉理论，并基于马尔可夫链和纯灭模型对行星传动中各重要零件单元的可靠度计算进行了分析，再建立行星轮系统的可靠度模型，推导了系统可靠度计算公式，得出风电机组变桨减速器的纯灭模型可靠度计算结果。实例计算分析表明：运用纯灭模型得到的可靠度，比传统方法更接近实际情况，并能从失效概率直观分析薄弱环节零件及其原因。
为分析出各单元在其他某些单元或分系统失效情况下的可靠度，并建立精确的可靠度模型。应用应力-强度分布干涉理论，并基于马尔可夫链和纯灭模型对行星传动中各重要零件单元的可靠度计算进行了分析，再建立行星轮系统的可靠度模型，推导了系统可靠度计算公式，得出风电机组变桨减速器的纯灭模型可靠度计算结果。实例计算分析表明：运用纯灭模型得到的可靠度，比传统方法更接近实际情况，并能从失效概率直观分析薄弱环节零件及其原因。
2016, 35(7): 1011-1017.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0705
摘要:
研究分析了一类2N条钢丝绳驱动N个自由度机器人的运动学，其运动学分析可通过推导除去钢丝绳后的开环链机器人关节角位移与末端执行器之间的运动学模型和关节角位移与电机转子角位移之间的运动学模型两个步骤完成。在运动学分析的基础上，提出了用回路矩阵和等效半径矩阵描述钢丝绳传动机器人运动学的回路分析方法。根据钢丝绳传动原理，通过观察法可直接列写回路矩阵和电机驱动空间等效半径矩阵，从而得到电机转子角位移与关节角位移之间的映射关系模型，解耦了由于钢丝绳传动导致机器人关节之间的运动耦合。实现了电机驱动空间、关节空间和笛卡尔空间之间完整的运动学映射，加快和简化了钢丝绳传动机器人运动学的建模和分析过程。最后，以Utah/MIT手指为例进行了运动学分析，比较Matlab运算和Solidworks Motion仿真的末端运动轨迹，验证了回路分析方法的正确性。
研究分析了一类2N条钢丝绳驱动N个自由度机器人的运动学，其运动学分析可通过推导除去钢丝绳后的开环链机器人关节角位移与末端执行器之间的运动学模型和关节角位移与电机转子角位移之间的运动学模型两个步骤完成。在运动学分析的基础上，提出了用回路矩阵和等效半径矩阵描述钢丝绳传动机器人运动学的回路分析方法。根据钢丝绳传动原理，通过观察法可直接列写回路矩阵和电机驱动空间等效半径矩阵，从而得到电机转子角位移与关节角位移之间的映射关系模型，解耦了由于钢丝绳传动导致机器人关节之间的运动耦合。实现了电机驱动空间、关节空间和笛卡尔空间之间完整的运动学映射，加快和简化了钢丝绳传动机器人运动学的建模和分析过程。最后，以Utah/MIT手指为例进行了运动学分析，比较Matlab运算和Solidworks Motion仿真的末端运动轨迹，验证了回路分析方法的正确性。
2016, 35(7): 1018-1022.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0706
摘要:
采用ABAQUS软件分析介质压力、预压缩率对D形橡胶密封圈的变形、接触应力、米塞斯应力和剪切应力的影响，并和近似尺寸的O形圈进行对比。通过分析发现：相比于O形圈，D形圈内部米塞斯应力作用范围更小，而其接触面宽度更大；不同介质压力下D形圈能获得更好的密封性能，但压力较低时其寿命将小于O形圈；在较小预压缩率下D形圈更易获得良好的密封效果，且寿命也更长；高预压缩率下D形圈仍能获得更好的密封效果，但更容易出现老化；在圆弧与矩形连接处添加圆角凸台，结构优化后可有效降低D形圈内部的米塞斯应力以及剪切应力，使其具有更长的使用寿命。
采用ABAQUS软件分析介质压力、预压缩率对D形橡胶密封圈的变形、接触应力、米塞斯应力和剪切应力的影响，并和近似尺寸的O形圈进行对比。通过分析发现：相比于O形圈，D形圈内部米塞斯应力作用范围更小，而其接触面宽度更大；不同介质压力下D形圈能获得更好的密封性能，但压力较低时其寿命将小于O形圈；在较小预压缩率下D形圈更易获得良好的密封效果，且寿命也更长；高预压缩率下D形圈仍能获得更好的密封效果，但更容易出现老化；在圆弧与矩形连接处添加圆角凸台，结构优化后可有效降低D形圈内部的米塞斯应力以及剪切应力，使其具有更长的使用寿命。
2016, 35(7): 1023-1027.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0707
摘要:
为满足青少年膝关节恶性骨肿瘤患者保肢治疗的需求，基于“双滑动”原理设计出一种定制化双动半膝关节假体，通过将膝关节多数运动转移至假体内部以减轻假体对对侧关节面的磨损。为验证假体减轻关节磨损的性能，采用有限元方法对假体关节在典型状态相下的接触力学性能进行分析，并以自然膝关节和定制化半膝假体关节作为对照组。结果表明，定制化双动半膝假体关节的最大接触应力除在站立相下（关节屈曲角度为0°）大于自然膝关节外，在其它典型状态相下均小于对照组。定制化双动关节半膝假体不仅能实现膝关节的运动功能，还能减轻关节面的磨损。
为满足青少年膝关节恶性骨肿瘤患者保肢治疗的需求，基于“双滑动”原理设计出一种定制化双动半膝关节假体，通过将膝关节多数运动转移至假体内部以减轻假体对对侧关节面的磨损。为验证假体减轻关节磨损的性能，采用有限元方法对假体关节在典型状态相下的接触力学性能进行分析，并以自然膝关节和定制化半膝假体关节作为对照组。结果表明，定制化双动半膝假体关节的最大接触应力除在站立相下（关节屈曲角度为0°）大于自然膝关节外，在其它典型状态相下均小于对照组。定制化双动关节半膝假体不仅能实现膝关节的运动功能，还能减轻关节面的磨损。
2016, 35(7): 1028-1034.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0708
摘要:
针对管道振动情况的研究，提出考虑气体压力脉动与管道耦合作用下的管道振动特性分析的计算模型与计算方法。根据管道结构建立了具有异径管活塞式压缩机的输气管道模型，在该模型的基础上，结合管道结构参数，建立管道系统气柱固有频率、气体压力脉动、激振力的计算方法，通过这些计算方法得出气柱固有频率、气体压力脉动与模态阶次之间的关系，以及异径管处的激振力与宽径比之间的关系；得出在激振力作用下，管道振动位移、速度的变化情况。将计算结果与现场测试值进行对比，发现计算值与测试值基本吻合，验证了计算模型与方法的正确性。研究结果表明：在异径管、弯管、汇流管等处，将压力脉动与管道的耦合作用考虑进管道振动研究分析中，更能真实地反映输气管道的振动特性，对提高管道寿命、减少管道振动具有重要的参考价值。
针对管道振动情况的研究，提出考虑气体压力脉动与管道耦合作用下的管道振动特性分析的计算模型与计算方法。根据管道结构建立了具有异径管活塞式压缩机的输气管道模型，在该模型的基础上，结合管道结构参数，建立管道系统气柱固有频率、气体压力脉动、激振力的计算方法，通过这些计算方法得出气柱固有频率、气体压力脉动与模态阶次之间的关系，以及异径管处的激振力与宽径比之间的关系；得出在激振力作用下，管道振动位移、速度的变化情况。将计算结果与现场测试值进行对比，发现计算值与测试值基本吻合，验证了计算模型与方法的正确性。研究结果表明：在异径管、弯管、汇流管等处，将压力脉动与管道的耦合作用考虑进管道振动研究分析中，更能真实地反映输气管道的振动特性，对提高管道寿命、减少管道振动具有重要的参考价值。
2016, 35(7): 1035-1042.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0709
摘要:
综合考虑阀芯螺旋运动和反馈机构动态，修正阀口流量方程，并基于LuGre摩擦模型推导得到了完整的数字液压缸非线性状态空间模型。对三种不同模型进行仿真并以试验为参考，验证了非线性模型的准确性，并利用所建模型重点分析了系统换向时的动态特性。结果表明：非线性模型能更真实地反映系统的响应特性；不平衡冲击与摩擦Stribeck效应耦合导致换向速度抖动，同时受工作压力、死区、阀芯径向泄漏、Stribeck速度和反馈机构刚度等非线性因素的共同影响，速度抖动状况呈现出多变性。
综合考虑阀芯螺旋运动和反馈机构动态，修正阀口流量方程，并基于LuGre摩擦模型推导得到了完整的数字液压缸非线性状态空间模型。对三种不同模型进行仿真并以试验为参考，验证了非线性模型的准确性，并利用所建模型重点分析了系统换向时的动态特性。结果表明：非线性模型能更真实地反映系统的响应特性；不平衡冲击与摩擦Stribeck效应耦合导致换向速度抖动，同时受工作压力、死区、阀芯径向泄漏、Stribeck速度和反馈机构刚度等非线性因素的共同影响，速度抖动状况呈现出多变性。
2016, 35(7): 1043-1047.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0710
摘要:
对三相十二槽蜗杆内定子、8磁齿行星轮的超环面机电传动实验样机的蜗杆内定子磁场进行了解析计算与有限元仿真分析，得到了蜗杆内定子磁场的分布规律。根据毕奥-萨伐尔定律和传动结构参数关系，完成了蜗杆内定子磁场的解析计算。采用有限元软件对蜗杆内定子磁场进行了仿真分析，仿真结果证明了解析计算的正确性。结果表明，蜗杆内定子磁场呈现出明显的四极特性，磁场旋转角度值与齿槽扭转角度值相同，且气隙有效控制范围为2 mm。
对三相十二槽蜗杆内定子、8磁齿行星轮的超环面机电传动实验样机的蜗杆内定子磁场进行了解析计算与有限元仿真分析，得到了蜗杆内定子磁场的分布规律。根据毕奥-萨伐尔定律和传动结构参数关系，完成了蜗杆内定子磁场的解析计算。采用有限元软件对蜗杆内定子磁场进行了仿真分析，仿真结果证明了解析计算的正确性。结果表明，蜗杆内定子磁场呈现出明显的四极特性，磁场旋转角度值与齿槽扭转角度值相同，且气隙有效控制范围为2 mm。
2016, 35(7): 1048-1053.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0711
摘要:
为实现越野车的防滑功能，提出了一种新型限滑差速器非圆锥齿轮结构，行星齿轮与半轴齿轮齿数之比为1：2，传动比以行星齿轮转一圈为一个变化周期，可以最大限度地提高传动比的变化幅值达到±40%。针对该齿轮传动的特点和有限元方法理论，提出锥齿轮传动有限元建模与力学性能分析方法。先建立接触面结点耦合的轮系模型，求出给定扭矩下的转动位移，再建立齿面摩擦接触的轮系模型，将转动位移作为输入条件求得锥齿轮工作应力。根据计算结果，对锥齿轮结构进行改进，使其力学特性更佳。对两种结构的变扭矩限滑差速器非圆锥齿轮进行有限元分析比较，证明改进后的结构更合理，所采用的结构设计方法正确有效。
为实现越野车的防滑功能，提出了一种新型限滑差速器非圆锥齿轮结构，行星齿轮与半轴齿轮齿数之比为1：2，传动比以行星齿轮转一圈为一个变化周期，可以最大限度地提高传动比的变化幅值达到±40%。针对该齿轮传动的特点和有限元方法理论，提出锥齿轮传动有限元建模与力学性能分析方法。先建立接触面结点耦合的轮系模型，求出给定扭矩下的转动位移，再建立齿面摩擦接触的轮系模型，将转动位移作为输入条件求得锥齿轮工作应力。根据计算结果，对锥齿轮结构进行改进，使其力学特性更佳。对两种结构的变扭矩限滑差速器非圆锥齿轮进行有限元分析比较，证明改进后的结构更合理，所采用的结构设计方法正确有效。
2016, 35(7): 1054-1058.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0712
摘要:
为消除干扰信号对于变转速液压系统恒压控制性能的影响，提高系统的控制精度，对压力反馈信号进行了预处理。利用多分辨率分析分解反馈信号、剥离干扰信号成份，重构信号。采用LabVIEW与MATLAB软件混合编程的方法，设计了压力信号重构的变转速恒压测控系统。通过实验对比分析了在PID控制系统中添加信号重构器前后对控制性能的影响。实验表明：对压力反馈信号进行分解与重构，能够在保持系统响应速度的基础上，减小恒压系统的稳态误差，降低压力波动，提高控制精度。
为消除干扰信号对于变转速液压系统恒压控制性能的影响，提高系统的控制精度，对压力反馈信号进行了预处理。利用多分辨率分析分解反馈信号、剥离干扰信号成份，重构信号。采用LabVIEW与MATLAB软件混合编程的方法，设计了压力信号重构的变转速恒压测控系统。通过实验对比分析了在PID控制系统中添加信号重构器前后对控制性能的影响。实验表明：对压力反馈信号进行分解与重构，能够在保持系统响应速度的基础上，减小恒压系统的稳态误差，降低压力波动，提高控制精度。
2016, 35(7): 1059-1064.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0713
摘要:
触指是高压断路器最核心的部件，计算其接触压力、分析滑动摩擦力的变化是研究断路器机构动态特性的关键。以螺旋弹簧触指的结构特点为基础，列出弹簧触指标准化尺寸。将一个节距的弹簧触指简化为一端固定的当量悬臂梁，建立了触指径向变形量和接触压力的变化方程，运用辛普森数值积分法进行计算，考虑不同型号触指参数对额定圈数的影响，得到触指滑动摩擦力的变化规律。
触指是高压断路器最核心的部件，计算其接触压力、分析滑动摩擦力的变化是研究断路器机构动态特性的关键。以螺旋弹簧触指的结构特点为基础，列出弹簧触指标准化尺寸。将一个节距的弹簧触指简化为一端固定的当量悬臂梁，建立了触指径向变形量和接触压力的变化方程，运用辛普森数值积分法进行计算，考虑不同型号触指参数对额定圈数的影响，得到触指滑动摩擦力的变化规律。
2016, 35(7): 1065-1072.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0714
摘要:
针对目前管道机器人对复杂管道连续作业不理想的问题，提出一种新型刚柔耦合机器人。机器人采用首尾扩张机构与中间弹簧驱动机构配合工作的步进式前进工作方式，而且通过弹簧机构的柔性可以更好的适应管道变化；通过设计的机器人提出了一种新的管道通过模式，并根据机器人受力情况、运动特性以及管道受力分析，从多方面分析管道机器人通过管道时的影响因素，得出一种不仅能够适应复杂变化的管道，而且可以实现对不同曲率半径管道探测的机器人；最后对机器人进行实验研究以及验证。
针对目前管道机器人对复杂管道连续作业不理想的问题，提出一种新型刚柔耦合机器人。机器人采用首尾扩张机构与中间弹簧驱动机构配合工作的步进式前进工作方式，而且通过弹簧机构的柔性可以更好的适应管道变化；通过设计的机器人提出了一种新的管道通过模式，并根据机器人受力情况、运动特性以及管道受力分析，从多方面分析管道机器人通过管道时的影响因素，得出一种不仅能够适应复杂变化的管道，而且可以实现对不同曲率半径管道探测的机器人；最后对机器人进行实验研究以及验证。
2016, 35(7): 1073-1082.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0715
摘要:
将PM流量控制器用于无周向回油槽四腔向心静压轴承，建立了PM流量控制器静压轴承数学模型，重点研究分析了轴承结构参数及PM流量控制器参数对静压轴承特性的影响。研究结果表明：轴承轴流封油边系数越小、周流封油边系数越大，轴承油膜刚度和承载力越大，初始油膜间隙增大，油膜刚度减小；润滑油动力粘度较大且初始油膜间隙较小时，油膜刚度和承载力较大；液阻比越小，比流量越大，油膜刚度越大；供油压力越大，油膜刚度、承载力和流量越大。同时基于线性化下液体静压轴承系统的传递函数，利用Matlab Simulink软件在时域和频域内分别研究了静压轴承系统的动态特性。研究结果表明：在阶跃载荷作用下，随着供油压力和比流量的提高，过渡过程时间越短，静压轴承系统的动态特性越好；在正弦载荷作用下，提高供油压力、比流量都会使轴心偏移量的稳态幅值减小，油膜动刚度增大，且供油压力较比流量对系统频率特性的影响显著。
将PM流量控制器用于无周向回油槽四腔向心静压轴承，建立了PM流量控制器静压轴承数学模型，重点研究分析了轴承结构参数及PM流量控制器参数对静压轴承特性的影响。研究结果表明：轴承轴流封油边系数越小、周流封油边系数越大，轴承油膜刚度和承载力越大，初始油膜间隙增大，油膜刚度减小；润滑油动力粘度较大且初始油膜间隙较小时，油膜刚度和承载力较大；液阻比越小，比流量越大，油膜刚度越大；供油压力越大，油膜刚度、承载力和流量越大。同时基于线性化下液体静压轴承系统的传递函数，利用Matlab Simulink软件在时域和频域内分别研究了静压轴承系统的动态特性。研究结果表明：在阶跃载荷作用下，随着供油压力和比流量的提高，过渡过程时间越短，静压轴承系统的动态特性越好；在正弦载荷作用下，提高供油压力、比流量都会使轴心偏移量的稳态幅值减小，油膜动刚度增大，且供油压力较比流量对系统频率特性的影响显著。
2016, 35(7): 1083-1088.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0716
摘要:
气体静压主轴广泛地应用于精密、超精密机床设备中，其核心零件的加工精度是主轴性能优劣的重要影响因素。本文以自主设计的气体静压止推轴承为例，分析了典型制造误差对轴承承载力及刚度等性能的影响，以误差分析结果为基础给出静止推板的设计精度。对于亚微米精度要求的静止推板，针对其装夹微变形问题，提出了变形误差补偿车削原理，即在机床上按吸附变形误差的反误差进行加工，使静止推板在去除真空吸附后的自由状态下能达到高的面形精度。对∅188 mm的静止推板圆环面进行了补偿加工实验，面形误差快速收敛到1 μm以下，达到了高精度的加工要求。
气体静压主轴广泛地应用于精密、超精密机床设备中，其核心零件的加工精度是主轴性能优劣的重要影响因素。本文以自主设计的气体静压止推轴承为例，分析了典型制造误差对轴承承载力及刚度等性能的影响，以误差分析结果为基础给出静止推板的设计精度。对于亚微米精度要求的静止推板，针对其装夹微变形问题，提出了变形误差补偿车削原理，即在机床上按吸附变形误差的反误差进行加工，使静止推板在去除真空吸附后的自由状态下能达到高的面形精度。对∅188 mm的静止推板圆环面进行了补偿加工实验，面形误差快速收敛到1 μm以下，达到了高精度的加工要求。
2016, 35(7): 1089-1095.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0717
摘要:
研究了恒压控制轴向柱塞变量泵的动态响应特性。利用AMESet自定义了两个关键的轴向柱塞变量泵组件，参照Rexroth变量泵样本的测试条件建立了负载模型，并在AMESim 中建立了恒压控制的轴向柱塞变量泵动态特性测试模型，获得了变量泵在阶跃负载作用下的动态特性仿真曲线。通过对比阶跃负载条件下的仿真曲线和样本曲线验证了模型的准确性。仿真分析结果表明，变量泵的输油脉动主要受压力控制阀的阀芯直径和行程缸活塞直径的影响，适当提高行程缸预紧力可以提高变量泵的响应时间。
研究了恒压控制轴向柱塞变量泵的动态响应特性。利用AMESet自定义了两个关键的轴向柱塞变量泵组件，参照Rexroth变量泵样本的测试条件建立了负载模型，并在AMESim 中建立了恒压控制的轴向柱塞变量泵动态特性测试模型，获得了变量泵在阶跃负载作用下的动态特性仿真曲线。通过对比阶跃负载条件下的仿真曲线和样本曲线验证了模型的准确性。仿真分析结果表明，变量泵的输油脉动主要受压力控制阀的阀芯直径和行程缸活塞直径的影响，适当提高行程缸预紧力可以提高变量泵的响应时间。
2016, 35(7): 1096-1101.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0718
摘要:
根据双轴倾角传感器的测量原理，建立了姿态角的测量模型。针对该测量模型，分别研究了无误差和误差下的姿态角的求解模型，并通过坐标变换算法，建立了含误差项的姿态角的求解模型。针对该模型的误差项，讨论了双轴倾角传感器姿态角测量的标定算法。在±4°范围内，通过实验对该标定算法进行了验证。实验结果表明，经修正，双轴倾角传感器的双轴标定精度由修正前的0.118°提高到0.012 46°，该标定算法使双轴倾角传感器的标定误差减小了一个数量级。该标定算法简单、快速，可以满足诸多场合对于姿态角测量的0.03°标定精度要求。
根据双轴倾角传感器的测量原理，建立了姿态角的测量模型。针对该测量模型，分别研究了无误差和误差下的姿态角的求解模型，并通过坐标变换算法，建立了含误差项的姿态角的求解模型。针对该模型的误差项，讨论了双轴倾角传感器姿态角测量的标定算法。在±4°范围内，通过实验对该标定算法进行了验证。实验结果表明，经修正，双轴倾角传感器的双轴标定精度由修正前的0.118°提高到0.012 46°，该标定算法使双轴倾角传感器的标定误差减小了一个数量级。该标定算法简单、快速，可以满足诸多场合对于姿态角测量的0.03°标定精度要求。
2016, 35(7): 1102-1106.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0719
摘要:
峭度和负熵是盲信号独立性的两个自然测度，可以被用来捕捉机械振动信号信息的动态变化特征，并提取机械设备的故障特征信息。峭度和负熵是从两个不同的角度和层面阐释机械设备的故障特征信息，信息量是互补的。若将峭度信息和负熵信息融合，则必然能够更全面、更深刻地来表征机械设备的状态。因此引入信息融合的思想，提出基于ICA信息融合的机械故障特征信息提取方法，综合峭度和负熵信息来提取机械设备的故障特征信息。液压齿轮泵模式识别试验表明，该方法可以应用于机械设备的故障特征信息提取。
峭度和负熵是盲信号独立性的两个自然测度，可以被用来捕捉机械振动信号信息的动态变化特征，并提取机械设备的故障特征信息。峭度和负熵是从两个不同的角度和层面阐释机械设备的故障特征信息，信息量是互补的。若将峭度信息和负熵信息融合，则必然能够更全面、更深刻地来表征机械设备的状态。因此引入信息融合的思想，提出基于ICA信息融合的机械故障特征信息提取方法，综合峭度和负熵信息来提取机械设备的故障特征信息。液压齿轮泵模式识别试验表明，该方法可以应用于机械设备的故障特征信息提取。
2016, 35(7): 1107-1111.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0720
摘要:
以某型塔吊液压式伺服阀阀套为例，采用雨流计数法处理其承受的周期载荷；采用经典处理S-N曲线（应力-循环次数关系曲线）的方法得到阀套材料440C的安全S-N曲线；针对用雨流计数法得到的载荷谱中的每一种工况，采用有限元分析软件MSC.PATRAN进行应力分析，得到每一种工况下的最大应力值；对照安全S-N曲线，找到每一最大应力值对应的损伤值，并将所有工况下的损伤值与循环次数相乘并求和，即可得到阀套的疲劳损伤值。采用的疲劳损伤计算方法与传统的疲劳试验方法相比，不仅计算时间比传统疲劳试验时间短，成本低，而且不会因为试件制造过程的缺陷等因素而使计算结果发散。
以某型塔吊液压式伺服阀阀套为例，采用雨流计数法处理其承受的周期载荷；采用经典处理S-N曲线（应力-循环次数关系曲线）的方法得到阀套材料440C的安全S-N曲线；针对用雨流计数法得到的载荷谱中的每一种工况，采用有限元分析软件MSC.PATRAN进行应力分析，得到每一种工况下的最大应力值；对照安全S-N曲线，找到每一最大应力值对应的损伤值，并将所有工况下的损伤值与循环次数相乘并求和，即可得到阀套的疲劳损伤值。采用的疲劳损伤计算方法与传统的疲劳试验方法相比，不仅计算时间比传统疲劳试验时间短，成本低，而且不会因为试件制造过程的缺陷等因素而使计算结果发散。
2016, 35(7): 1112-1119.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0721
摘要:
以载重子午线轮胎295/80R22.5为研究对象，利用新非自然平衡轮廓理论对其胎体轮廓进行重新设计。在此基础上，试制了具有新非自然平衡轮廓的轮胎样胎，并依据GB/T23663-2009对其径向、横向和纵向刚度进行测试。借助ABAQUS软件建立了新非自然平衡轮廓轮胎295/80R22.5的有限元分析模型，并对其静态接地压力分布、充气外轮廓以及径向、横向和纵向刚度进行了数值计算。试验测试与数值计算结果有较好的一致性。结果表明，本文建立的新非自然平衡轮廓轮胎的有限元分析模型具有较高的精度，可用其分析轮胎的综合性能。
以载重子午线轮胎295/80R22.5为研究对象，利用新非自然平衡轮廓理论对其胎体轮廓进行重新设计。在此基础上，试制了具有新非自然平衡轮廓的轮胎样胎，并依据GB/T23663-2009对其径向、横向和纵向刚度进行测试。借助ABAQUS软件建立了新非自然平衡轮廓轮胎295/80R22.5的有限元分析模型，并对其静态接地压力分布、充气外轮廓以及径向、横向和纵向刚度进行了数值计算。试验测试与数值计算结果有较好的一致性。结果表明，本文建立的新非自然平衡轮廓轮胎的有限元分析模型具有较高的精度，可用其分析轮胎的综合性能。
2016, 35(7): 1120-1124.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0722
摘要:
解耦盘的运动使得解耦盘式液压悬置成为一典型的切换系统，它同时包含连续和离散两种动态，常规的建模方法都是采用集总参数模型或者液固耦合模型对液压悬置动力学特性进行仿真分析。在考虑液压悬置的混杂系统特征基础上，直接从切换系统理论出发，建立了解耦盘式液压悬置的切换系统模型，并采用逻辑判断方法制定了各模式间的切换策略，通过Simulink/Stateflow建立了切换系统仿真模型，该模型更能真实反映解耦盘式液压悬置的实际物理工作过程。最后进行了解耦盘式液压悬置动特性试验，验证所提出的切换系统模型的有效性。
解耦盘的运动使得解耦盘式液压悬置成为一典型的切换系统，它同时包含连续和离散两种动态，常规的建模方法都是采用集总参数模型或者液固耦合模型对液压悬置动力学特性进行仿真分析。在考虑液压悬置的混杂系统特征基础上，直接从切换系统理论出发，建立了解耦盘式液压悬置的切换系统模型，并采用逻辑判断方法制定了各模式间的切换策略，通过Simulink/Stateflow建立了切换系统仿真模型，该模型更能真实反映解耦盘式液压悬置的实际物理工作过程。最后进行了解耦盘式液压悬置动特性试验，验证所提出的切换系统模型的有效性。
2016, 35(7): 1125-1132.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0723
摘要:
为了揭示滑动摩擦接触条件下的TiN涂层表面裂纹的形成机理，对TiN涂层进行了划痕试验和有限元模拟。划痕试验结果表明在划痕表面产生了平均间距约为5.12 μm的弧型裂纹。采用三维有限元方法对划痕过程进行了模拟，模拟结果表明了涂层结构中的应力分布的特点。采用二维扩展有限元方法（XFEM）对划痕过程中的涂层的裂纹产生进行了模拟，模拟结果表明涂层中表面及界面裂纹主要是由最大拉应力引起的第一型裂纹；涂层亚表面裂纹是一种由拉应力和剪应力引起的复合型裂纹。表面裂纹的形成有三种方式：第一种方式是首先在涂层界面产生微裂纹，随着裂纹沿着厚度方向扩展到表面形成表面裂纹；第二种方式是在涂层表面直接形成表面裂纹；第三种方式是微裂纹首先在涂层亚表面形成，然后沿着厚度方向扩展到表面形成表面裂纹。模拟中发现在表面和界面首先产生微裂纹的数量比亚表面产生微裂纹的数量更多。随着裂纹的扩展和融合将导致涂层的剥落。
为了揭示滑动摩擦接触条件下的TiN涂层表面裂纹的形成机理，对TiN涂层进行了划痕试验和有限元模拟。划痕试验结果表明在划痕表面产生了平均间距约为5.12 μm的弧型裂纹。采用三维有限元方法对划痕过程进行了模拟，模拟结果表明了涂层结构中的应力分布的特点。采用二维扩展有限元方法（XFEM）对划痕过程中的涂层的裂纹产生进行了模拟，模拟结果表明涂层中表面及界面裂纹主要是由最大拉应力引起的第一型裂纹；涂层亚表面裂纹是一种由拉应力和剪应力引起的复合型裂纹。表面裂纹的形成有三种方式：第一种方式是首先在涂层界面产生微裂纹，随着裂纹沿着厚度方向扩展到表面形成表面裂纹；第二种方式是在涂层表面直接形成表面裂纹；第三种方式是微裂纹首先在涂层亚表面形成，然后沿着厚度方向扩展到表面形成表面裂纹。模拟中发现在表面和界面首先产生微裂纹的数量比亚表面产生微裂纹的数量更多。随着裂纹的扩展和融合将导致涂层的剥落。
2016, 35(7): 1133-1138.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0724
摘要:
随着全球变暖，极端天气出现概率增大，极端温度对各种外部工作设备的影响已不容忽视。对复合材料叶片在复杂工况与环境变化共同作用下早期失效问题进行了初步研究，研究对象为2MW风力发电机叶片。结合新疆地区气候特点，将温度变化与气动载荷相结合，进行有限元分析。研究表明，温度变化在改变叶片材料属性的同时，会产生较大应力和变形，最终导致叶片产生裂纹，进而影响风力发电机组的使用寿命。
随着全球变暖，极端天气出现概率增大，极端温度对各种外部工作设备的影响已不容忽视。对复合材料叶片在复杂工况与环境变化共同作用下早期失效问题进行了初步研究，研究对象为2MW风力发电机叶片。结合新疆地区气候特点，将温度变化与气动载荷相结合，进行有限元分析。研究表明，温度变化在改变叶片材料属性的同时，会产生较大应力和变形，最终导致叶片产生裂纹，进而影响风力发电机组的使用寿命。
2016, 35(7): 1139-1143.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0725
摘要:
为了解决存在相似产品信息的可靠性信息融合问题，提出了基于证据理论确定不同相似产品信息融合时继承因子的方法，充分利用了不同相似产品之间的信息。以成败型产品为例，首先，将多种相似产品信息表示为各自的共轭先验分布并建立混合先验分布，接着给出对应的混合后验分布；然后，从先验分布的重叠面积出发，定义了不同产品之间样本一致性的概念，并结合证据理论融合不同产品的一致度信息，进而确定继承因子；最后，以成败型产品作为实例，基于提出的方法，确定其继承因子，并与其它方法进行比较，验证了该方法的有效性和可靠性。
为了解决存在相似产品信息的可靠性信息融合问题，提出了基于证据理论确定不同相似产品信息融合时继承因子的方法，充分利用了不同相似产品之间的信息。以成败型产品为例，首先，将多种相似产品信息表示为各自的共轭先验分布并建立混合先验分布，接着给出对应的混合后验分布；然后，从先验分布的重叠面积出发，定义了不同产品之间样本一致性的概念，并结合证据理论融合不同产品的一致度信息，进而确定继承因子；最后，以成败型产品作为实例，基于提出的方法，确定其继承因子，并与其它方法进行比较，验证了该方法的有效性和可靠性。
2016, 35(7): 1144-1148.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0726
摘要:
空间站上的主动隔振系统是微重力试验的有效保障。作为帮助实现供电和数据通信功能的脐带线，是主动隔振平台主要的扰动传递路径。为了测试脐带线的刚度，并选出最优的脐带线设计方案，设计了一套脐带线刚度测试装置，介绍了其硬件结构设计、软件模型。该测试系统主要由六维组合平台、六维力和力矩传感器、控制器、LabVIEW软件等组成。控制器驱动六维组合平台移动和转动，传感器采集力和力矩值，用LabVIEW软件通信并存储数据，运用Matlab进行数据处理，得出脐带线6×6的刚度矩阵，从而对脐带线缆刚度的理论研究提供实验支持。
空间站上的主动隔振系统是微重力试验的有效保障。作为帮助实现供电和数据通信功能的脐带线，是主动隔振平台主要的扰动传递路径。为了测试脐带线的刚度，并选出最优的脐带线设计方案，设计了一套脐带线刚度测试装置，介绍了其硬件结构设计、软件模型。该测试系统主要由六维组合平台、六维力和力矩传感器、控制器、LabVIEW软件等组成。控制器驱动六维组合平台移动和转动，传感器采集力和力矩值，用LabVIEW软件通信并存储数据，运用Matlab进行数据处理，得出脐带线6×6的刚度矩阵，从而对脐带线缆刚度的理论研究提供实验支持。
