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2017年 36卷 第7期
2017, 36(7): 985-990.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0701
摘要
PDF 989KB
摘要:
为了准确模拟轮胎使用过程中温度场分布情况，提出了一种计及外流场的子午线轮胎温度场建模方法。以某205/55R16型轿车子午线轮胎为研究对象，使用ABAQUS以及ANSYS软件建立轮胎自由滚动力学模型以及轮胎温度场模型，并通过轮胎测温试验验证了仿真模型的可靠性。以热对流、热辐射、热传导3个方面考虑轮胎温度场分布，同时考虑了轮胎实际运行中外部流场的影响。结果表明，新的轮胎温度场建模方法能够更加合理准确的模拟轮胎内部以及外部的温度场与流场分布，对于轮胎性能研究有着十分重要的意义。
为了准确模拟轮胎使用过程中温度场分布情况，提出了一种计及外流场的子午线轮胎温度场建模方法。以某205/55R16型轿车子午线轮胎为研究对象，使用ABAQUS以及ANSYS软件建立轮胎自由滚动力学模型以及轮胎温度场模型，并通过轮胎测温试验验证了仿真模型的可靠性。以热对流、热辐射、热传导3个方面考虑轮胎温度场分布，同时考虑了轮胎实际运行中外部流场的影响。结果表明，新的轮胎温度场建模方法能够更加合理准确的模拟轮胎内部以及外部的温度场与流场分布，对于轮胎性能研究有着十分重要的意义。
2017, 36(7): 991-997.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0702
摘要:
针对齿轮箱在运行中振动噪声较大的问题，提出一种将磁流变阻尼器用于齿轮传动系统的振动噪声控制的方法。搭建了齿轮减振降噪实验台，通过对轴承座和转轴的振动、以及齿轮噪声声压级的监测，实验研究了磁流变阻尼器对齿轮系统的减振降噪特性。结果表明，磁流变阻尼器能有效抑制齿轮传动系统的振动与噪声，轴承座振动加速度有效值及振动烈度的幅值降幅在50%左右，转轴轴振峰峰值降幅达55%；各频率的噪声声压级均有8 dB左右的降低。阻尼器能抑制啮合频率及其高次谐波、转频及其高次谐波等各频率下的振动噪声，实现宽频减振；且能有效保证齿轮传动系统在较宽的转速范围内平稳运行。
针对齿轮箱在运行中振动噪声较大的问题，提出一种将磁流变阻尼器用于齿轮传动系统的振动噪声控制的方法。搭建了齿轮减振降噪实验台，通过对轴承座和转轴的振动、以及齿轮噪声声压级的监测，实验研究了磁流变阻尼器对齿轮系统的减振降噪特性。结果表明，磁流变阻尼器能有效抑制齿轮传动系统的振动与噪声，轴承座振动加速度有效值及振动烈度的幅值降幅在50%左右，转轴轴振峰峰值降幅达55%；各频率的噪声声压级均有8 dB左右的降低。阻尼器能抑制啮合频率及其高次谐波、转频及其高次谐波等各频率下的振动噪声，实现宽频减振；且能有效保证齿轮传动系统在较宽的转速范围内平稳运行。
2017, 36(7): 998-1004.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0703
摘要:
在Delta机构的基础上提出一种含冗余驱动的三平移并联机构。基于螺旋理论计算了该并联机构的自由度，分析了位置反解，推导出雅可比矩阵，结合Gosselin奇异分析法，对Delta机构的奇异位形进行分析并找出两种新的奇异位形。将Delta机构和冗余驱动并联机构的奇异性进行比较，为了验证理论分析结果，引入可操作度这一运动性能指标，基于数值法对两种机构的奇异性进行比较。理论分析结果表明冗余驱动并联机构可以实现和Delta机构相同的功能，但其第二类奇异位形明显比Delta机构少；数值分析结果表明选取合适的工作空间和机构参数可减少并联机构的奇异位形，同时也验证了理论分析结果的正确性。
在Delta机构的基础上提出一种含冗余驱动的三平移并联机构。基于螺旋理论计算了该并联机构的自由度，分析了位置反解，推导出雅可比矩阵，结合Gosselin奇异分析法，对Delta机构的奇异位形进行分析并找出两种新的奇异位形。将Delta机构和冗余驱动并联机构的奇异性进行比较，为了验证理论分析结果，引入可操作度这一运动性能指标，基于数值法对两种机构的奇异性进行比较。理论分析结果表明冗余驱动并联机构可以实现和Delta机构相同的功能，但其第二类奇异位形明显比Delta机构少；数值分析结果表明选取合适的工作空间和机构参数可减少并联机构的奇异位形，同时也验证了理论分析结果的正确性。
2017, 36(7): 1005-1010.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0704
摘要:
采用线性伸缩弹簧、线性扭转弹簧来分别描述基座及关节柔性，并在此基础上经由线动量守恒原理、拉格朗日第二类建模方法，建立了姿态受控柔性基、柔性关节空间机械臂的动力学模型。将柔性补偿思想与奇异摄动理论相融合，推导了可分别表示系统刚性运动、基座与关节柔性运动的慢、快变子系统，并提出一种由协调运动慢变控制和基于高阶快变状态观测器的最优控制所组成的改进奇异摄动控制方案。与传统奇异摄动控制方案相比，所提改进控制方案可有效避免对系统高阶快变状态量进行实时地测量和反馈，且可适于具有较大关节柔性的柔性基、柔性关节空间机械臂的控制。仿真实验结果表明了所提方案在轨迹跟踪控制、基座与关节柔性振动抑制上的有效性。
采用线性伸缩弹簧、线性扭转弹簧来分别描述基座及关节柔性，并在此基础上经由线动量守恒原理、拉格朗日第二类建模方法，建立了姿态受控柔性基、柔性关节空间机械臂的动力学模型。将柔性补偿思想与奇异摄动理论相融合，推导了可分别表示系统刚性运动、基座与关节柔性运动的慢、快变子系统，并提出一种由协调运动慢变控制和基于高阶快变状态观测器的最优控制所组成的改进奇异摄动控制方案。与传统奇异摄动控制方案相比，所提改进控制方案可有效避免对系统高阶快变状态量进行实时地测量和反馈，且可适于具有较大关节柔性的柔性基、柔性关节空间机械臂的控制。仿真实验结果表明了所提方案在轨迹跟踪控制、基座与关节柔性振动抑制上的有效性。
2017, 36(7): 1011-1015.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0705
摘要:
为了准确预测旋转铰磨损趋势，并能够准确的将其结果应用于磨损动力学仿真与计算，基于含间隙曲柄滑块机构的动力学模型，考虑接触过程中销轴和孔的接触面曲率半径变化趋势，建立了一种依据接触宽度变化计算的曲率半径外推法磨损仿真模型，并利用计算结果，对机构的磨损动力学变化趋势进行了仿真研究，得到销轴在系统不同载荷下的受力分布规律、磨损规律以及动力学特征，找到了系统功能退化的规律。
为了准确预测旋转铰磨损趋势，并能够准确的将其结果应用于磨损动力学仿真与计算，基于含间隙曲柄滑块机构的动力学模型，考虑接触过程中销轴和孔的接触面曲率半径变化趋势，建立了一种依据接触宽度变化计算的曲率半径外推法磨损仿真模型，并利用计算结果，对机构的磨损动力学变化趋势进行了仿真研究，得到销轴在系统不同载荷下的受力分布规律、磨损规律以及动力学特征，找到了系统功能退化的规律。
2017, 36(7): 1016-1021.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0706
摘要:
为研究两级定轴齿轮传动系统的混沌振动控制，建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙和综合啮合误差等非线性因素的两级齿轮无量纲动力学方程，利用数值方法进行求解，获得系统的分岔图及Poincáre截面，研究系统随激励频率变化的过渡过程，并分析啮合阻尼比对系统分岔与混沌特性的影响。结果表明：两级齿轮系统的过渡过程表现为激变过渡及阵发周期过渡，阻尼的大小会改变混沌区域的大小，两级齿轮在运动过程中同时发生激变，二级齿轮在分岔点的激变相对平稳。
为研究两级定轴齿轮传动系统的混沌振动控制，建立了包含时变啮合刚度、齿侧间隙和综合啮合误差等非线性因素的两级齿轮无量纲动力学方程，利用数值方法进行求解，获得系统的分岔图及Poincáre截面，研究系统随激励频率变化的过渡过程，并分析啮合阻尼比对系统分岔与混沌特性的影响。结果表明：两级齿轮系统的过渡过程表现为激变过渡及阵发周期过渡，阻尼的大小会改变混沌区域的大小，两级齿轮在运动过程中同时发生激变，二级齿轮在分岔点的激变相对平稳。
2017, 36(7): 1022-1028.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0707
摘要:
为提高车辆行驶平顺性并减小轮胎对路面的动载荷，建立二自由度半主动悬架动力学模型，以理想天棚阻尼控制系统作为参考模型，在实际被控悬架与参考模型系统之间建立误差动力学系统，采用极点配置法设计滑模面。基于Lyapunov理论推导出被控悬架系统渐进稳定条件，并用指数趋近律消减系统抖振，使实际被控系统能够达到理想天棚模型的控制效果并产生渐进稳定的滑模运动。最后，建立基于理想天棚模型的半主动悬架滑模变结构控制仿真模型，并进行仿真验证。结果表明：滑模控制可以很好达到参考模型的控制效果，具有良好的适应性和鲁棒性。
为提高车辆行驶平顺性并减小轮胎对路面的动载荷，建立二自由度半主动悬架动力学模型，以理想天棚阻尼控制系统作为参考模型，在实际被控悬架与参考模型系统之间建立误差动力学系统，采用极点配置法设计滑模面。基于Lyapunov理论推导出被控悬架系统渐进稳定条件，并用指数趋近律消减系统抖振，使实际被控系统能够达到理想天棚模型的控制效果并产生渐进稳定的滑模运动。最后，建立基于理想天棚模型的半主动悬架滑模变结构控制仿真模型，并进行仿真验证。结果表明：滑模控制可以很好达到参考模型的控制效果，具有良好的适应性和鲁棒性。
2017, 36(7): 1029-1034.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0708
摘要:
为提取多级齿轮传动单通道测量信号中隐含的微弱低频故障特征信息，提出了一种基于经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）与约束独立分量分析（Constrained independent component analysis，cICA）相结合的故障特征提取方法。首先对实测的齿轮箱单通道测量信号进行EMD分解；然后计算各个本征模态函数（Intrinsic mode function，IMF）的峭度及其与原信号的互相关系数，并选择合适的IMFs分量与原信号组成新的虚拟观测向量；最后，通过构建合适的参考信号进行cICA分析，提取出了理想的微弱低频故障特征。通过多级齿轮传动中的低速级断齿故障特征提取试验分析，验证了该方法的有效性和适用性。
为提取多级齿轮传动单通道测量信号中隐含的微弱低频故障特征信息，提出了一种基于经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）与约束独立分量分析（Constrained independent component analysis，cICA）相结合的故障特征提取方法。首先对实测的齿轮箱单通道测量信号进行EMD分解；然后计算各个本征模态函数（Intrinsic mode function，IMF）的峭度及其与原信号的互相关系数，并选择合适的IMFs分量与原信号组成新的虚拟观测向量；最后，通过构建合适的参考信号进行cICA分析，提取出了理想的微弱低频故障特征。通过多级齿轮传动中的低速级断齿故障特征提取试验分析，验证了该方法的有效性和适用性。
2017, 36(7): 1035-1041.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0709
摘要:
为提高柱塞泵的寿命和安全可靠性，确定柱塞泵合理的工作范围，运用FLUENT对轴向柱塞泵的运动特性进行仿真分析，研究了油液的含气量、变转速、温度与柱塞泵出口流量脉动之间的关系。仿真结果表明：油液的含气量对油液压缩性产生很大的影响，对泄漏流量影响较小；负载压力一定时，主轴转速超过2 600 r/min左右时，容积效率随着转速的增大而减小；压缩流量和泄漏随着温度的升高而增大。模型的准确性得到了实验验证，为开展柱塞泵的非线性动力学及故障演化机理等方面的研究提供了有效的工具。
为提高柱塞泵的寿命和安全可靠性，确定柱塞泵合理的工作范围，运用FLUENT对轴向柱塞泵的运动特性进行仿真分析，研究了油液的含气量、变转速、温度与柱塞泵出口流量脉动之间的关系。仿真结果表明：油液的含气量对油液压缩性产生很大的影响，对泄漏流量影响较小；负载压力一定时，主轴转速超过2 600 r/min左右时，容积效率随着转速的增大而减小；压缩流量和泄漏随着温度的升高而增大。模型的准确性得到了实验验证，为开展柱塞泵的非线性动力学及故障演化机理等方面的研究提供了有效的工具。
2017, 36(7): 1042-1047.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0710
摘要:
分析BTA深孔钻削工作原理与受力特点，采用ANSYS软件建立了错齿BTA钻头导向条与孔壁之间的有限元接触分析模型，通过静力学仿真分析，获得了钻削过程错齿BTA深孔钻头导向条与孔壁实际接触状态，研究了接触应力和接触区域随导向条位置角的变化规律。结果表明仿真所获得的接触区域与实际钻削过程导向条的磨损图基本一致，导向条与孔壁的接触主要集中在导向条前端很小的区域，导向条位置角对接触应力与接触区域具有重要影响，通过对导向条位置角的优化可以很好地改善接触状态，为错齿BTA深孔钻头的优化设计提供了依据。
分析BTA深孔钻削工作原理与受力特点，采用ANSYS软件建立了错齿BTA钻头导向条与孔壁之间的有限元接触分析模型，通过静力学仿真分析，获得了钻削过程错齿BTA深孔钻头导向条与孔壁实际接触状态，研究了接触应力和接触区域随导向条位置角的变化规律。结果表明仿真所获得的接触区域与实际钻削过程导向条的磨损图基本一致，导向条与孔壁的接触主要集中在导向条前端很小的区域，导向条位置角对接触应力与接触区域具有重要影响，通过对导向条位置角的优化可以很好地改善接触状态，为错齿BTA深孔钻头的优化设计提供了依据。
2017, 36(7): 1048-1054.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0711
摘要:
为提高掘进机的动态可靠性，建立其刚柔耦合虚拟样机模型，基于破岩理论，结合实际工况，利用项目组开发的"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"获得了掘进机的载荷文件，通过ADAMS仿真得到了回转台的应力云图，基于可靠性理论构造了疲劳寿命-可靠度隶属函数，利用NSOFT软件对回转台进行疲劳寿命可靠性分析。以螺栓组的可靠度作为训练样本，利用粒子群算法（PSO）对回转台进行优化设计，得到了最优的回转台螺栓组参数。结果表明，优化后的回转台最大应力值降低了31.669%，最小疲劳寿命由1.706×103提高至2.487 4×106次，满足设计要求。
为提高掘进机的动态可靠性，建立其刚柔耦合虚拟样机模型，基于破岩理论，结合实际工况，利用项目组开发的"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"获得了掘进机的载荷文件，通过ADAMS仿真得到了回转台的应力云图，基于可靠性理论构造了疲劳寿命-可靠度隶属函数，利用NSOFT软件对回转台进行疲劳寿命可靠性分析。以螺栓组的可靠度作为训练样本，利用粒子群算法（PSO）对回转台进行优化设计，得到了最优的回转台螺栓组参数。结果表明，优化后的回转台最大应力值降低了31.669%，最小疲劳寿命由1.706×103提高至2.487 4×106次，满足设计要求。
2017, 36(7): 1055-1062.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0712
摘要:
针对螺旋锥齿轮副接触区呈现对角线接触的传统加工，提出了一种新型的螺旋锥齿轮加工方法-螺旋变性展成法。该方法大轮采用展成法加工，小轮采用螺旋变性法加工。给出了刀具和工件的加工运动关系，利用齿轮啮合原理，分别建立了加工大轮和小轮的刀盘切削面方程及啮合方程。并由此获得大轮和小轮的齿面方程。依据齿面方程分别构建了齿轮副的三维模型，并进行啮合仿真分析。分析结果表明，使用螺旋变性展成法加工螺旋锥齿轮副可以从理论上避免接触区呈对角线接触的现象。
针对螺旋锥齿轮副接触区呈现对角线接触的传统加工，提出了一种新型的螺旋锥齿轮加工方法-螺旋变性展成法。该方法大轮采用展成法加工，小轮采用螺旋变性法加工。给出了刀具和工件的加工运动关系，利用齿轮啮合原理，分别建立了加工大轮和小轮的刀盘切削面方程及啮合方程。并由此获得大轮和小轮的齿面方程。依据齿面方程分别构建了齿轮副的三维模型，并进行啮合仿真分析。分析结果表明，使用螺旋变性展成法加工螺旋锥齿轮副可以从理论上避免接触区呈对角线接触的现象。
2017, 36(7): 1063-1067.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0713
摘要:
为了提高钛合金加工表面的抗疲劳性和抗腐蚀性，基于预应力砂带磨削原理，进行不同预应力条件（0、100 MPa和200 MPa）下的钛合金砂带磨削试验。通过检测、分析不同预应力条件下磨削后工件的表面完整性，获得不同预应力对工件表面残余应力、粗糙度、硬度及表面形貌的影响规律；并在砂带磨粒模型的基础上，揭示预应力砂带磨削对残余应力和表面形貌的作用机理。结果表明：在材料的弹性范围内施加预应力并进行磨削能够主动加强工件表面的残余压应力状态；随着预应力的增加，残余压应力的大小呈现逐渐递增的趋势；预应力砂带磨削对表面硬度的影响甚小，且在一定范围内不随预应力的变化而变化；采用预应力砂带磨削能够得到较好的表面形貌，但会使粗糙度有微量增加。
为了提高钛合金加工表面的抗疲劳性和抗腐蚀性，基于预应力砂带磨削原理，进行不同预应力条件（0、100 MPa和200 MPa）下的钛合金砂带磨削试验。通过检测、分析不同预应力条件下磨削后工件的表面完整性，获得不同预应力对工件表面残余应力、粗糙度、硬度及表面形貌的影响规律；并在砂带磨粒模型的基础上，揭示预应力砂带磨削对残余应力和表面形貌的作用机理。结果表明：在材料的弹性范围内施加预应力并进行磨削能够主动加强工件表面的残余压应力状态；随着预应力的增加，残余压应力的大小呈现逐渐递增的趋势；预应力砂带磨削对表面硬度的影响甚小，且在一定范围内不随预应力的变化而变化；采用预应力砂带磨削能够得到较好的表面形貌，但会使粗糙度有微量增加。
2017, 36(7): 1068-1072.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0714
摘要:
基于Simufact.Forming软件，建立了平板坯料强力旋压的有限元模型，对带平直凸缘的锥形薄壁旋压件的成形过程进行了模拟，并以基于最小二乘法的平面度误差作为凸缘平直度的评价指标，采用单因素试验设计方法，获得了芯模转速、旋轮进给速率、旋轮圆角半径以及旋轮安装角对锥形薄壁旋压件凸缘平直度的影响规律。研究表明：凸缘平直度随着芯模转速的增大而提高，但当芯模转速增大到一定值以后，凸缘平直度不再随其变化；增大旋轮进给速率，凸缘平直度呈降低趋势；旋轮圆角半径和旋轮安装角对凸缘平直度的影响较为复杂，凸缘平直度随其增大而呈现先提高后降低的趋势。依据仿真结果选取较优的工艺参数进一步进行仿真，相比其它各组仿真模拟，得到的凸缘平面度误差值最小。
基于Simufact.Forming软件，建立了平板坯料强力旋压的有限元模型，对带平直凸缘的锥形薄壁旋压件的成形过程进行了模拟，并以基于最小二乘法的平面度误差作为凸缘平直度的评价指标，采用单因素试验设计方法，获得了芯模转速、旋轮进给速率、旋轮圆角半径以及旋轮安装角对锥形薄壁旋压件凸缘平直度的影响规律。研究表明：凸缘平直度随着芯模转速的增大而提高，但当芯模转速增大到一定值以后，凸缘平直度不再随其变化；增大旋轮进给速率，凸缘平直度呈降低趋势；旋轮圆角半径和旋轮安装角对凸缘平直度的影响较为复杂，凸缘平直度随其增大而呈现先提高后降低的趋势。依据仿真结果选取较优的工艺参数进一步进行仿真，相比其它各组仿真模拟，得到的凸缘平面度误差值最小。
2017, 36(7): 1073-1078.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0715
摘要:
为了实现硬质合金的高效延性加工，联系硬脆材料表面生成裂纹的临界载荷与超声椭圆振动切削硬质合金的主切削力，建立超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变的临界切削深度模型，研究切削速度、刀具圆弧半径、椭圆振动频率、振幅、硬质合金的硬度、断裂韧性与临界切削深度的关系；通过仿切削刻划试验，验证了切削速度与硬质合金的硬度、断裂韧性对临界切削深度的影响规律；对比普通切削，超声椭圆振动切削有利于提高硬质合金的临界切削深度，在改善加工表面质量及精度的前提下，提高了加工效率。
为了实现硬质合金的高效延性加工，联系硬脆材料表面生成裂纹的临界载荷与超声椭圆振动切削硬质合金的主切削力，建立超声椭圆振动切削硬质合金脆性-延性转变的临界切削深度模型，研究切削速度、刀具圆弧半径、椭圆振动频率、振幅、硬质合金的硬度、断裂韧性与临界切削深度的关系；通过仿切削刻划试验，验证了切削速度与硬质合金的硬度、断裂韧性对临界切削深度的影响规律；对比普通切削，超声椭圆振动切削有利于提高硬质合金的临界切削深度，在改善加工表面质量及精度的前提下，提高了加工效率。
2017, 36(7): 1079-1084.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0716
摘要:
为有效地消除心部空洞，提高楔横轧轴件的机械性能，提出利用高压气体压实楔横轧轴件心部空洞的新方法，简称浮压法。利用DEFORM-3D有限元软件，研究了浮压法实现轴件心部空洞闭合的机理和工艺参数的影响规律。结果表明：心部空洞闭合的条件是高温轴件应受三向压应力、负平均应力和较大的剪应力共同作用；气压或轴件温度越高，空洞闭合就越快，但对轴件外形尺寸几乎没有影响。
为有效地消除心部空洞，提高楔横轧轴件的机械性能，提出利用高压气体压实楔横轧轴件心部空洞的新方法，简称浮压法。利用DEFORM-3D有限元软件，研究了浮压法实现轴件心部空洞闭合的机理和工艺参数的影响规律。结果表明：心部空洞闭合的条件是高温轴件应受三向压应力、负平均应力和较大的剪应力共同作用；气压或轴件温度越高，空洞闭合就越快，但对轴件外形尺寸几乎没有影响。
2017, 36(7): 1085-1091.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0717
摘要:
在分析现行人工手动检定方法的基础上，针对具有远程控制接口的超声探伤仪的自动检定方法展开研究，设计并开发了自动检定系统。利用可扩展标记语言（XML），建立了设备远程控制指令集与数据解析方法库，解决了被检仪器接口与协议多样化的可扩展设计问题；采用信号发生器与程控衰减器级联的方式，实现了计量用标准衰减器的可控设计，有效突破了计量用高精度衰减器可控的瓶颈，解决了大衰减范围、小衰减步进和高衰减精度等问题；对被检超声探伤仪扫描范围参数的检定，提出用计算的方法代替传统的计数方式，实现了检定过程数字化。
在分析现行人工手动检定方法的基础上，针对具有远程控制接口的超声探伤仪的自动检定方法展开研究，设计并开发了自动检定系统。利用可扩展标记语言（XML），建立了设备远程控制指令集与数据解析方法库，解决了被检仪器接口与协议多样化的可扩展设计问题；采用信号发生器与程控衰减器级联的方式，实现了计量用标准衰减器的可控设计，有效突破了计量用高精度衰减器可控的瓶颈，解决了大衰减范围、小衰减步进和高衰减精度等问题；对被检超声探伤仪扫描范围参数的检定，提出用计算的方法代替传统的计数方式，实现了检定过程数字化。
2017, 36(7): 1092-1098.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0718
摘要:
射流管喷嘴与接收器之间的流场存在淹没射流等复杂的流动情况，导致流场特性不易预测。在喷嘴形状为矩形的情况下，通过对矩形接收孔和圆形接收孔的射流管伺服比例阀前置放大器进行流场数值仿真，得到了喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积、射流管入口压力以及负载对先导级流量的影响。通过比较，发现先导级流量与射流管入口与出口的压差的开方成正比关系，喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积以及负载大小对先导级流量的影响较小。建立了射流管流场的等效液压桥路，推导出了先导级流量的方程，并通过泰勒展开式分析了影响先导级流量的因素。提出了流量接收率的概念，并分析了流量接收率对先导级流量的影响。
射流管喷嘴与接收器之间的流场存在淹没射流等复杂的流动情况，导致流场特性不易预测。在喷嘴形状为矩形的情况下，通过对矩形接收孔和圆形接收孔的射流管伺服比例阀前置放大器进行流场数值仿真，得到了喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积、射流管入口压力以及负载对先导级流量的影响。通过比较，发现先导级流量与射流管入口与出口的压差的开方成正比关系，喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积以及负载大小对先导级流量的影响较小。建立了射流管流场的等效液压桥路，推导出了先导级流量的方程，并通过泰勒展开式分析了影响先导级流量的因素。提出了流量接收率的概念，并分析了流量接收率对先导级流量的影响。
2017, 36(7): 1099-1104.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0719
摘要:
针对塔机安全预警系统中远距离障碍物检测对精度和实时性的需求，以超声回波时延估计为研究对象，提出了一种基于离散粒子群算法（DPSO）的最小均方误差自适应时延估计（LMSTDE）方法。该方法引入DPSO进行LMSTDE的寻优规划，解决了LMSTDE计算量庞大的问题；通过引入步长可变的LMSTDE算法和加速因子可变的DPSO，解决了算法过早收敛易陷入局部最优的问题。实验对比表明：改进后的算法保留了原有算法的高精度及抗噪性强等优点，且运算速度提升了25倍左右，可以实现中远距离障碍物的实时检测，且可靠性较高。
针对塔机安全预警系统中远距离障碍物检测对精度和实时性的需求，以超声回波时延估计为研究对象，提出了一种基于离散粒子群算法（DPSO）的最小均方误差自适应时延估计（LMSTDE）方法。该方法引入DPSO进行LMSTDE的寻优规划，解决了LMSTDE计算量庞大的问题；通过引入步长可变的LMSTDE算法和加速因子可变的DPSO，解决了算法过早收敛易陷入局部最优的问题。实验对比表明：改进后的算法保留了原有算法的高精度及抗噪性强等优点，且运算速度提升了25倍左右，可以实现中远距离障碍物的实时检测，且可靠性较高。
2017, 36(7): 1105-1110.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0720
摘要:
多弯曲薄壁管件各弯曲部位的位置精度、形状精度难于控制，弯曲件难于满足具有装配要求的使用场合。本文分析了多弯曲薄壁细长铜管的成形难点，提出了"由单段到平面，由平面到空间"的多弯曲铜管分步成形方案，开展了弯曲工艺优化，解决了各局部弯曲成形的问题，设计了弯曲成形及精度控制工装，实现了多弯曲薄壁铜管高效、高质量直接弯曲成形。经比较，分步成形方案效率、成本、精度均优于U形焊接成形方案。
多弯曲薄壁管件各弯曲部位的位置精度、形状精度难于控制，弯曲件难于满足具有装配要求的使用场合。本文分析了多弯曲薄壁细长铜管的成形难点，提出了"由单段到平面，由平面到空间"的多弯曲铜管分步成形方案，开展了弯曲工艺优化，解决了各局部弯曲成形的问题，设计了弯曲成形及精度控制工装，实现了多弯曲薄壁铜管高效、高质量直接弯曲成形。经比较，分步成形方案效率、成本、精度均优于U形焊接成形方案。
2017, 36(7): 1111-1115.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0721
摘要:
运用数值模拟的方法并结合胀形试验分别研究了同质差厚拼焊板在不同板厚比以及异质等厚拼焊板在不同强度比情况下，焊缝参数对拼焊板成形能力的影响规律，确定了焊缝对拼焊板成形能力产生主要影响的板厚比及强度比范围。结果表明：焊缝对拼焊板成形能力的影响是具有一定母材匹配范围的。当板厚比或强度比小于1.3时，焊缝是影响拼焊板成形能力的主要因素，应从改善焊缝性能方面着手提高拼焊板成形能力；当板厚比或强度比达到或大于1.3时，母材差异程度是影响拼焊板成形能力的主要因素，应从合理搭配母材以及优化成形工艺方面着手设计拼焊板。
运用数值模拟的方法并结合胀形试验分别研究了同质差厚拼焊板在不同板厚比以及异质等厚拼焊板在不同强度比情况下，焊缝参数对拼焊板成形能力的影响规律，确定了焊缝对拼焊板成形能力产生主要影响的板厚比及强度比范围。结果表明：焊缝对拼焊板成形能力的影响是具有一定母材匹配范围的。当板厚比或强度比小于1.3时，焊缝是影响拼焊板成形能力的主要因素，应从改善焊缝性能方面着手提高拼焊板成形能力；当板厚比或强度比达到或大于1.3时，母材差异程度是影响拼焊板成形能力的主要因素，应从合理搭配母材以及优化成形工艺方面着手设计拼焊板。
2017, 36(7): 1116-1123.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0722
摘要:
提出了一种综合运用试验设计、响应曲面法及多目标优化的工艺参数优化方法，以成形效率和时效后材料的屈服强度为试验指标，以时效温度、时效时间和应力为试验变量，按Box-Behnken试验设计方案进行试验；利用试验结果构造试验指标和试验变量间的响应曲面并对其分析；结合响应曲面建立多目标优化模型；运用基于动态目标加权的具有量子行为的粒子群算法得到Pareto最优解集；提出一种最小归一化距离选解法，从非劣解集中选出最优解，得到综合最优工艺解187.9℃、6.42 h、250 MPa。按优化前后的工艺参数进行单曲率蠕变时效成形试验，相比优化前，成形效率由14.0%提高到19.4%，屈服强度由442.354 MPa提高到451.786 MPa，两个目标同时得到了优化，验证了工艺参数优化方法的有效性。
提出了一种综合运用试验设计、响应曲面法及多目标优化的工艺参数优化方法，以成形效率和时效后材料的屈服强度为试验指标，以时效温度、时效时间和应力为试验变量，按Box-Behnken试验设计方案进行试验；利用试验结果构造试验指标和试验变量间的响应曲面并对其分析；结合响应曲面建立多目标优化模型；运用基于动态目标加权的具有量子行为的粒子群算法得到Pareto最优解集；提出一种最小归一化距离选解法，从非劣解集中选出最优解，得到综合最优工艺解187.9℃、6.42 h、250 MPa。按优化前后的工艺参数进行单曲率蠕变时效成形试验，相比优化前，成形效率由14.0%提高到19.4%，屈服强度由442.354 MPa提高到451.786 MPa，两个目标同时得到了优化，验证了工艺参数优化方法的有效性。
2017, 36(7): 1124-1130.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0723
摘要:
该等效8-SPU移动机器人行走时为腿式机器人，支撑板壳类工件时为并联机器人。对该机构进行了逆位置求解，建立了运动学映射模型，综合考虑了工作空间的几何约束和运动性能约束，运用柱坐标边界搜索法确定工作空间边界，绘制了定姿态工作空间三维实体模型及其截面图，分析了工作空间的联通性以及机构参数对工作空间的影响，从操作度和均匀性两方面对不同约束下的工作空间进行了性能比较分析。结果表明：综合约束下机器人的工作空间具有更好的运动性能。该等效8-SPU移动机器人工作空间分析为其结构优化、运动控制以及路径规划奠定了理论基础。
该等效8-SPU移动机器人行走时为腿式机器人，支撑板壳类工件时为并联机器人。对该机构进行了逆位置求解，建立了运动学映射模型，综合考虑了工作空间的几何约束和运动性能约束，运用柱坐标边界搜索法确定工作空间边界，绘制了定姿态工作空间三维实体模型及其截面图，分析了工作空间的联通性以及机构参数对工作空间的影响，从操作度和均匀性两方面对不同约束下的工作空间进行了性能比较分析。结果表明：综合约束下机器人的工作空间具有更好的运动性能。该等效8-SPU移动机器人工作空间分析为其结构优化、运动控制以及路径规划奠定了理论基础。
2017, 36(7): 1131-1135.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0724
摘要:
基于人字齿轮传动的特点和面齿轮传动的原理，提出了面齿轮人字齿的构建方法，为了使得不同旋向的轮齿均获得局部接触特性，采用了齿向俢形以实现接触路径的偏移；为在最大限度上利用面齿轮人字齿的齿宽，提出了面齿轮无退刀槽人字齿的加工方法，设计了其使用的刀具；阐述了面齿轮人字齿的加工原理，建立了坐标系，并推导了面齿轮人字齿面的数学模型和齿面几何啮合性能仿真模型；最后给出了面齿轮人字齿面的计算结果，并绘制了虚拟样机，并完成了齿面接触分析。结果表明：人字齿面齿轮圆柱齿轮的啮合具有理想的啮合性能，可以满足啮合传动的需要。
基于人字齿轮传动的特点和面齿轮传动的原理，提出了面齿轮人字齿的构建方法，为了使得不同旋向的轮齿均获得局部接触特性，采用了齿向俢形以实现接触路径的偏移；为在最大限度上利用面齿轮人字齿的齿宽，提出了面齿轮无退刀槽人字齿的加工方法，设计了其使用的刀具；阐述了面齿轮人字齿的加工原理，建立了坐标系，并推导了面齿轮人字齿面的数学模型和齿面几何啮合性能仿真模型；最后给出了面齿轮人字齿面的计算结果，并绘制了虚拟样机，并完成了齿面接触分析。结果表明：人字齿面齿轮圆柱齿轮的啮合具有理想的啮合性能，可以满足啮合传动的需要。
2017, 36(7): 1136-1142.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0725
摘要:
针对扑翼飞行比固定翼飞行气动特性更为复杂、升力计算更加困难问题，从绕流物体的基本气动特性出发，将飞行升力分成绕流升力与阻流升力。分析了扑翼飞行模式下绕流升力与阻流升力作用特点，解释了动物飞行中绕流升力与阻流升力的变化规律。在此基础上，建立了扑翼飞行运动模型，推导出扑翼最大绕流升力与阻流升力理论估算模型。实验算例表明，分类升力估算方法是可行的，绕流升力与阻流升力占比与扑翼实际飞行规律趋势一致。
针对扑翼飞行比固定翼飞行气动特性更为复杂、升力计算更加困难问题，从绕流物体的基本气动特性出发，将飞行升力分成绕流升力与阻流升力。分析了扑翼飞行模式下绕流升力与阻流升力作用特点，解释了动物飞行中绕流升力与阻流升力的变化规律。在此基础上，建立了扑翼飞行运动模型，推导出扑翼最大绕流升力与阻流升力理论估算模型。实验算例表明，分类升力估算方法是可行的，绕流升力与阻流升力占比与扑翼实际飞行规律趋势一致。
2017, 36(7): 1143-1148.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0726
摘要:
提出了一种基于贝叶斯理论在随机谱下采用Walker公式预测裂纹扩展曲线的新方法。首先，将Walker公式中裂纹扩展参数C、n视为随机变量，利用随机谱下的试验数据，基于贝叶斯理论建立其联合后验分布表达式；其次，巧妙地将随机谱下的裂纹扩展分析嵌入马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）方法中，实现对C、n后验分布的抽样；最后，将C、n后验分布均值代入Walker公式中，预测给定初始长度的裂纹在随机谱下的扩展曲线（a-N曲线）。利用7050-T7651和7050-T7452两种材料在随机谱下的裂纹扩展数据验证，发现仅需使用较少的试验数据，基于C、n后验均值预测的a-N曲线与试验a-N曲线就能良好吻合。研究结果对实现结构健康监控（SHM）中对结构未来损伤的准确预测，具有较大的工程应用价值。
提出了一种基于贝叶斯理论在随机谱下采用Walker公式预测裂纹扩展曲线的新方法。首先，将Walker公式中裂纹扩展参数C、n视为随机变量，利用随机谱下的试验数据，基于贝叶斯理论建立其联合后验分布表达式；其次，巧妙地将随机谱下的裂纹扩展分析嵌入马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）方法中，实现对C、n后验分布的抽样；最后，将C、n后验分布均值代入Walker公式中，预测给定初始长度的裂纹在随机谱下的扩展曲线（a-N曲线）。利用7050-T7651和7050-T7452两种材料在随机谱下的裂纹扩展数据验证，发现仅需使用较少的试验数据，基于C、n后验均值预测的a-N曲线与试验a-N曲线就能良好吻合。研究结果对实现结构健康监控（SHM）中对结构未来损伤的准确预测，具有较大的工程应用价值。
