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2017年 36卷 第11期
2017, 36(11): 1641-1645.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1101
摘要
PDF 1036KB
摘要:
钛合金与碳纤维增强复合材料（Carbon-fiber reinforced plastics，CFRP）均广泛应用于航空航天领域。钛合金/复合材料构成的叠层构件对钻孔刀具提出了更高的要求。试验采用两种不同“变顶角”结构的钻头进行了钛合金/CFRP叠层构件钻孔实验。并对比分析了两种刀具加工孔的表面质量和切削力。结果发现：顶角由小变大的钻头轴向力较大，出口质量较差，但转矩小，孔径精度高，孔壁质量好；而顶角由大变小的钻头转矩较大，孔壁质量较差，但轴向力小，能有效抑制出口毛刺和撕裂，减小CFRP层孔的圆柱度误差。因而在加工以复合材料为出口的叠层构件时，顶角由大变小的钻头更具有优势。
钛合金与碳纤维增强复合材料（Carbon-fiber reinforced plastics，CFRP）均广泛应用于航空航天领域。钛合金/复合材料构成的叠层构件对钻孔刀具提出了更高的要求。试验采用两种不同“变顶角”结构的钻头进行了钛合金/CFRP叠层构件钻孔实验。并对比分析了两种刀具加工孔的表面质量和切削力。结果发现：顶角由小变大的钻头轴向力较大，出口质量较差，但转矩小，孔径精度高，孔壁质量好；而顶角由大变小的钻头转矩较大，孔壁质量较差，但轴向力小，能有效抑制出口毛刺和撕裂，减小CFRP层孔的圆柱度误差。因而在加工以复合材料为出口的叠层构件时，顶角由大变小的钻头更具有优势。
2017, 36(11): 1646-1652.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1102
摘要:
为解决双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮接触区难调整的问题，根据螺旋锥齿轮加工的创成模型获得小轮共轭齿面，然后通过预置配对齿面的啮合性能，对小轮共轭齿面进行修形获得满足预置啮合性能的目标齿面；以小轮结果齿面与目标齿面偏差平方和最小为目标，将小轮加工参数调整量作为变量，考虑约束条件建立了优化模型，采用非线性约束优化求解的方法求解。最后以双重螺旋法加工的8×43的准双曲线齿轮副修型为例，通过数值计算和滚检试验来验证双重螺旋法加工齿面的主动设计方法有效性。
为解决双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮接触区难调整的问题，根据螺旋锥齿轮加工的创成模型获得小轮共轭齿面，然后通过预置配对齿面的啮合性能，对小轮共轭齿面进行修形获得满足预置啮合性能的目标齿面；以小轮结果齿面与目标齿面偏差平方和最小为目标，将小轮加工参数调整量作为变量，考虑约束条件建立了优化模型，采用非线性约束优化求解的方法求解。最后以双重螺旋法加工的8×43的准双曲线齿轮副修型为例，通过数值计算和滚检试验来验证双重螺旋法加工齿面的主动设计方法有效性。
2017, 36(11): 1653-1657.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1103
摘要:
本文针对欠驱动自主水下航行器（AUV）的约束路径跟踪问题，设计了一种模型预测路径跟踪控制器。首先定义路径参数的二阶导数作为路径虚拟控制律，并将参考路径的模型扩展到AUV路径跟踪预测模型；然后采用非线性模型预测控制设计了欠驱动AUV的约束路径跟踪控制律，通过对约束优化问题的滚动求解，得到满足约束的扩展控制输入。最后采用REMUS AUV的模型参数对提出的控制律进行了仿真研究，结果说明了控制器在显式处理约束的同时，表现出良好的跟踪效果。
本文针对欠驱动自主水下航行器（AUV）的约束路径跟踪问题，设计了一种模型预测路径跟踪控制器。首先定义路径参数的二阶导数作为路径虚拟控制律，并将参考路径的模型扩展到AUV路径跟踪预测模型；然后采用非线性模型预测控制设计了欠驱动AUV的约束路径跟踪控制律，通过对约束优化问题的滚动求解，得到满足约束的扩展控制输入。最后采用REMUS AUV的模型参数对提出的控制律进行了仿真研究，结果说明了控制器在显式处理约束的同时，表现出良好的跟踪效果。
2017, 36(11): 1658-1665.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1104
摘要:
为提高胸腹部微创放疗手术的精度，提出一种新型的CT引导的7自由度穿刺机器人系统。根据临床需求，采用丝传动方式解决了空间限制和CT引导下的驱动兼容性问题，进而设计了一种全新的机器人构型；通过运动学分析，得到了穿刺针工作空间形状，根据空间尺寸要求优化了机器人结构参数；基于拉格朗日方程建立机器人系统动力学模型，得到了调姿过程中各关节力/力矩与关节运动参数的关系。最终，通过定位误差修正实验，提高了机器人定位精度，并在此基础上完成了机器人穿刺精度实验，穿刺平均误差为1.09 mm，证明了机器人系统满足手术精度要求。
为提高胸腹部微创放疗手术的精度，提出一种新型的CT引导的7自由度穿刺机器人系统。根据临床需求，采用丝传动方式解决了空间限制和CT引导下的驱动兼容性问题，进而设计了一种全新的机器人构型；通过运动学分析，得到了穿刺针工作空间形状，根据空间尺寸要求优化了机器人结构参数；基于拉格朗日方程建立机器人系统动力学模型，得到了调姿过程中各关节力/力矩与关节运动参数的关系。最终，通过定位误差修正实验，提高了机器人定位精度，并在此基础上完成了机器人穿刺精度实验，穿刺平均误差为1.09 mm，证明了机器人系统满足手术精度要求。
2017, 36(11): 1666-1673.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1105
摘要:
针对目前节流阀存在无法根据需要自动改变节流嘴尺寸等问题，利用ANSYS对一种新型天然气井井下定压节流阀进数值模拟，该节流阀可以根据节流阀入口压力的变化调节节流阀的开度，以保证节流阀出口压力基本保持在设计压力值范围不变，分析了节流阀在正常工作压力范围内、不同开度时，节流阀节流过程中的压力、速度和温度变化，仿真结果和理论计算结果相符；通过节流阀在气固两相流时的冲蚀磨损情况分析，表明在节流阀阀芯锥面冲蚀磨损最为严重，最大冲蚀率为4.413×10-7 kg/（m2·s）。最后，基于前面分析结果对节流阀的阀芯和阀座进行结构优化，优化结果表明当节流阀阀座倾角β=10°时，阀芯冲蚀率最小；并对阀芯锥面进行氮化处理增强其耐磨性。
针对目前节流阀存在无法根据需要自动改变节流嘴尺寸等问题，利用ANSYS对一种新型天然气井井下定压节流阀进数值模拟，该节流阀可以根据节流阀入口压力的变化调节节流阀的开度，以保证节流阀出口压力基本保持在设计压力值范围不变，分析了节流阀在正常工作压力范围内、不同开度时，节流阀节流过程中的压力、速度和温度变化，仿真结果和理论计算结果相符；通过节流阀在气固两相流时的冲蚀磨损情况分析，表明在节流阀阀芯锥面冲蚀磨损最为严重，最大冲蚀率为4.413×10-7 kg/（m2·s）。最后，基于前面分析结果对节流阀的阀芯和阀座进行结构优化，优化结果表明当节流阀阀座倾角β=10°时，阀芯冲蚀率最小；并对阀芯锥面进行氮化处理增强其耐磨性。
2017, 36(11): 1674-1677.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1106
摘要:
重合度是影响齿轮传动啮合性能的主要因素，是判断齿轮传动连续性及传递载荷均匀性的关键指标。S型齿廓曲线齿轮是基于提高齿轮接触强度而提出的一种新型齿廓曲线齿轮，为进一步探究其啮合性能，推导了S型齿廓曲线齿轮传动的重合度计算公式，讨论了S型齿廓曲线齿轮的重合度随齿数、模数、分度圆压力角及衍生系数之间的变化规律，并与相同基本设计参数下的渐开线少齿数齿轮作了对比分析。结果表明，S型齿廓曲线齿轮的重合度较同参数的渐开线齿轮有较大优势。
重合度是影响齿轮传动啮合性能的主要因素，是判断齿轮传动连续性及传递载荷均匀性的关键指标。S型齿廓曲线齿轮是基于提高齿轮接触强度而提出的一种新型齿廓曲线齿轮，为进一步探究其啮合性能，推导了S型齿廓曲线齿轮传动的重合度计算公式，讨论了S型齿廓曲线齿轮的重合度随齿数、模数、分度圆压力角及衍生系数之间的变化规律，并与相同基本设计参数下的渐开线少齿数齿轮作了对比分析。结果表明，S型齿廓曲线齿轮的重合度较同参数的渐开线齿轮有较大优势。
2017, 36(11): 1678-1683.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1107
摘要:
针对前列腺癌发病率高、手术稳定性差以及放射性粒子辐射等问题，提出了超声图像导航微创手术机器人系统。该系统主要由超声波图像导航、手术机器人和空间定位装置3个模块构成。首先，确定了机器人自由度分配与各关节工作范围，推导出机器人工作空间。其次对机器人不同位姿下的关键零部件进行力学分析。最后通过激光追踪仪精度测试实验，验证了系统中电磁定位仪和机器人机械精度，并进行了误差补偿。实验结果表明，该系统的误差小于1 mm，满足前列腺癌近距离粒子放射性治疗手术的需求。
针对前列腺癌发病率高、手术稳定性差以及放射性粒子辐射等问题，提出了超声图像导航微创手术机器人系统。该系统主要由超声波图像导航、手术机器人和空间定位装置3个模块构成。首先，确定了机器人自由度分配与各关节工作范围，推导出机器人工作空间。其次对机器人不同位姿下的关键零部件进行力学分析。最后通过激光追踪仪精度测试实验，验证了系统中电磁定位仪和机器人机械精度，并进行了误差补偿。实验结果表明，该系统的误差小于1 mm，满足前列腺癌近距离粒子放射性治疗手术的需求。
2017, 36(11): 1684-1688.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1108
摘要:
针对当前研究中多数模型未考虑螺旋桨弹性的问题，建立梁-弹簧振子构成的简化螺旋桨模型，分析螺旋桨不同简化方式对轴系纵向振动计算结果的影响，并进一步研究螺旋桨伞状模态频率与轴系纵振模态频率的关系对轴系纵振的影响。结果表明：螺旋桨伞状模态在轴系纵向振动中有明显体现；螺旋桨一阶伞状模态主要影响轴系前两阶纵向振动频率处的振动峰值；螺旋桨二阶伞状模态主要影响轴系第二阶纵向振动频率处的振动峰值；螺旋桨二阶伞状模态频率与轴系反共振频率接近时，能有效降低推力轴承处的振动功率流。
针对当前研究中多数模型未考虑螺旋桨弹性的问题，建立梁-弹簧振子构成的简化螺旋桨模型，分析螺旋桨不同简化方式对轴系纵向振动计算结果的影响，并进一步研究螺旋桨伞状模态频率与轴系纵振模态频率的关系对轴系纵振的影响。结果表明：螺旋桨伞状模态在轴系纵向振动中有明显体现；螺旋桨一阶伞状模态主要影响轴系前两阶纵向振动频率处的振动峰值；螺旋桨二阶伞状模态主要影响轴系第二阶纵向振动频率处的振动峰值；螺旋桨二阶伞状模态频率与轴系反共振频率接近时，能有效降低推力轴承处的振动功率流。
2017, 36(11): 1689-1694.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1109
摘要:
针对高压断路器传动机构具有加载力大、占地面积大、不利于在实验室开展可靠性实验研究的问题，提出采用相似理论对断路器传动机构的主触头机构进行相似模型设计，并对该机构的连杆开展动态应力相似研究。首先采用闭环矢量法、达朗贝尔原理对主触头机构进行运动学、动力学理论分析。在此基础上，用方程分析法结合量纲分析法得到了主触头机构原型与相似模型的运动学、动力学相关物理量间的相似关系，并用ADAMS验证了理论推导的正确性。通过ANSYS得到相似模型连杆与原主触头机构连杆之间的动态应力关系。
针对高压断路器传动机构具有加载力大、占地面积大、不利于在实验室开展可靠性实验研究的问题，提出采用相似理论对断路器传动机构的主触头机构进行相似模型设计，并对该机构的连杆开展动态应力相似研究。首先采用闭环矢量法、达朗贝尔原理对主触头机构进行运动学、动力学理论分析。在此基础上，用方程分析法结合量纲分析法得到了主触头机构原型与相似模型的运动学、动力学相关物理量间的相似关系，并用ADAMS验证了理论推导的正确性。通过ANSYS得到相似模型连杆与原主触头机构连杆之间的动态应力关系。
2017, 36(11): 1695-1700.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1110
摘要:
针对轴承振动信号夹杂的噪声极大地影响有用信息的提取，提出了基于遗传算法的变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）与小波阈值去噪方法。该方法首先利用遗传算法选择合适的VMD参数，然后用VMD方法对含噪声的信号进行自适应分解，最后对分解的模态分别进行小波阈值处理后重构信号，得到去噪后的信号。对实际轴承信号的分析结果表明，该方法与常用的去噪方法相比，能够得到更高的信噪比和更低的均方差。
针对轴承振动信号夹杂的噪声极大地影响有用信息的提取，提出了基于遗传算法的变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）与小波阈值去噪方法。该方法首先利用遗传算法选择合适的VMD参数，然后用VMD方法对含噪声的信号进行自适应分解，最后对分解的模态分别进行小波阈值处理后重构信号，得到去噪后的信号。对实际轴承信号的分析结果表明，该方法与常用的去噪方法相比，能够得到更高的信噪比和更低的均方差。
2017, 36(11): 1701-1707.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1111
摘要:
薄煤层采煤机装煤效率的问题一直备受关注，为了使采煤机在截割功率允许范围内，装煤率得到改善并保证能耗最小、切削面积最大、进而达到截割性能最优，对采煤机运动学参数匹配问题进行了研究。采用EDEM软件，建立了采煤机截割部的离散元仿真模型，分析了滚筒转速、牵引速度与实际装煤量、装煤率之间的关系；采用MATLAB软件，建立了滚筒截割比能耗以及切削面积的数学模型，以装煤率、实际装煤量、切削面积、截割比能耗为目标函数，建立了采煤机滚筒运动学参数的多目标优化方程，通过优化得到了牵引速度与滚筒转速的最佳匹配值。研究表明：当滚筒转速为53.4 r/min、牵引速度为8.9 m/min时，滚筒性能达到最优。此时滚筒装煤率为59.025 7%，实际装煤量200.541 1 t/h，切削面积56.667 cm2，截割比能耗0.874 kW·h/m3。
薄煤层采煤机装煤效率的问题一直备受关注，为了使采煤机在截割功率允许范围内，装煤率得到改善并保证能耗最小、切削面积最大、进而达到截割性能最优，对采煤机运动学参数匹配问题进行了研究。采用EDEM软件，建立了采煤机截割部的离散元仿真模型，分析了滚筒转速、牵引速度与实际装煤量、装煤率之间的关系；采用MATLAB软件，建立了滚筒截割比能耗以及切削面积的数学模型，以装煤率、实际装煤量、切削面积、截割比能耗为目标函数，建立了采煤机滚筒运动学参数的多目标优化方程，通过优化得到了牵引速度与滚筒转速的最佳匹配值。研究表明：当滚筒转速为53.4 r/min、牵引速度为8.9 m/min时，滚筒性能达到最优。此时滚筒装煤率为59.025 7%，实际装煤量200.541 1 t/h，切削面积56.667 cm2，截割比能耗0.874 kW·h/m3。
2017, 36(11): 1708-1714.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1112
摘要:
针对陆地用离心泵不能满足1 000 m深海矿浆提升要求，设计了一种高性能新型两级矿浆泵。选取叶轮和空间导叶为研究对象，采用三维雷诺时均N-S方程和修正的RNG κ-ε湍流模型，采取压力-速度隐式修正SIMPLEC算法，对两级矿浆泵内部湍流进行数值模拟，分析固液流场的分布规律，预测工作性能。结果表明：不同流量工况下，同一圆柱半径上，叶轮叶片压力面上的压力大于吸力面上的压力。流量越大，叶轮流道入口处速度越小，叶轮对固液流体的加速作用越弱，叶轮流道出口处的速度也越小。流量越大，空间导叶出口和入口处固液流体的速度差越小，空间导叶的转能效果越差，导致后流道出口处的压力越低，扬程越小，设备性能下降。但矿浆泵的效率随着流量的增加迅速增大，1 000 m矿浆泵的最佳流量工作范围为500 m3/h~600 m3/h。
针对陆地用离心泵不能满足1 000 m深海矿浆提升要求，设计了一种高性能新型两级矿浆泵。选取叶轮和空间导叶为研究对象，采用三维雷诺时均N-S方程和修正的RNG κ-ε湍流模型，采取压力-速度隐式修正SIMPLEC算法，对两级矿浆泵内部湍流进行数值模拟，分析固液流场的分布规律，预测工作性能。结果表明：不同流量工况下，同一圆柱半径上，叶轮叶片压力面上的压力大于吸力面上的压力。流量越大，叶轮流道入口处速度越小，叶轮对固液流体的加速作用越弱，叶轮流道出口处的速度也越小。流量越大，空间导叶出口和入口处固液流体的速度差越小，空间导叶的转能效果越差，导致后流道出口处的压力越低，扬程越小，设备性能下降。但矿浆泵的效率随着流量的增加迅速增大，1 000 m矿浆泵的最佳流量工作范围为500 m3/h~600 m3/h。
2017, 36(11): 1715-1721.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1113
摘要:
针对熔融沉积成型试件的长度偏差率、宽度偏差率、孔隙率这3个目标，选择挤出速度（A）、填充速度（B）、分层厚度（C）和填充方式（D）作为控制因子，通过正交试验确定了各控制因子及因子间交互作用对单个目标的影响程度，并基于熵权TOPSIS模型对试验结果进行综合评价，以相对贴近度作为综合工艺目标，结合极差分析和方差分析，确定了各控制因子及因子间交互作用对综合工艺目标的影响程度，得出了最佳工艺参数组合方案，同时对优化方案进行了试验验证。结果表明，填充方式、填充速度以及挤出速度与填充速度的交互作用对综合工艺目标有较强的影响，最优工艺参数组合方案为A1B3C1D1，且优化方案在综合工艺目标上提升了2.25%。
针对熔融沉积成型试件的长度偏差率、宽度偏差率、孔隙率这3个目标，选择挤出速度（A）、填充速度（B）、分层厚度（C）和填充方式（D）作为控制因子，通过正交试验确定了各控制因子及因子间交互作用对单个目标的影响程度，并基于熵权TOPSIS模型对试验结果进行综合评价，以相对贴近度作为综合工艺目标，结合极差分析和方差分析，确定了各控制因子及因子间交互作用对综合工艺目标的影响程度，得出了最佳工艺参数组合方案，同时对优化方案进行了试验验证。结果表明，填充方式、填充速度以及挤出速度与填充速度的交互作用对综合工艺目标有较强的影响，最优工艺参数组合方案为A1B3C1D1，且优化方案在综合工艺目标上提升了2.25%。
2017, 36(11): 1722-1728.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1114
摘要:
针对共轨管微小孔电火花加工表面的光整加工问题，采用磨粒流抛光工艺，并通过正交实验探索了加工参数及其交互作用对孔道表面粗糙度的影响规律；基于二阶响应曲面模型和幂函数模型分别建立了表面粗糙度预测多元非线性回归模型。研究结果表明：加工参数对抛光效果的影响显著，而交互作用对其影响较小；抛光压强、磨料浓度及加工时间对孔道表面粗糙度的影响均为负效应，磨粒粒径大于148 μm时对表面粗糙度的影响为正效应，粒径小于该临界值时表现为对抛光效率的正效应影响；在最优参数组合条件下，孔道表面粗糙度值（Ra）由初始的1.31 μm降至0.20 μm；二阶多项式回归模型相对于幂函数回归模型有更高的预测精度，相关系数高达0.990，预测误差在9.54%以内。
针对共轨管微小孔电火花加工表面的光整加工问题，采用磨粒流抛光工艺，并通过正交实验探索了加工参数及其交互作用对孔道表面粗糙度的影响规律；基于二阶响应曲面模型和幂函数模型分别建立了表面粗糙度预测多元非线性回归模型。研究结果表明：加工参数对抛光效果的影响显著，而交互作用对其影响较小；抛光压强、磨料浓度及加工时间对孔道表面粗糙度的影响均为负效应，磨粒粒径大于148 μm时对表面粗糙度的影响为正效应，粒径小于该临界值时表现为对抛光效率的正效应影响；在最优参数组合条件下，孔道表面粗糙度值（Ra）由初始的1.31 μm降至0.20 μm；二阶多项式回归模型相对于幂函数回归模型有更高的预测精度，相关系数高达0.990，预测误差在9.54%以内。
2017, 36(11): 1729-1733.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1115
摘要:
分析CFRP制孔时孔出口处纤维的受力情况，结合钻头切削刃的切削形式揭示了孔周毛刺产生的原因，并给出了孔周毛刺的评价方法；根据局部纤维受力的方向定义了制孔过程中的“正向”切削和“反向”切削，基于“反向”切削的概念进行了副切削刃的改型；依据制孔时的动态角度和毛刺厚度确定了改型后形成的反向切削刃的角度，并给出了反向切削刃的刃磨方法。最后，利用多种工艺参数进行了CFRP制孔实验，验证了改型钻头相对于未改型钻头对孔周毛刺去除的有效性。
分析CFRP制孔时孔出口处纤维的受力情况，结合钻头切削刃的切削形式揭示了孔周毛刺产生的原因，并给出了孔周毛刺的评价方法；根据局部纤维受力的方向定义了制孔过程中的“正向”切削和“反向”切削，基于“反向”切削的概念进行了副切削刃的改型；依据制孔时的动态角度和毛刺厚度确定了改型后形成的反向切削刃的角度，并给出了反向切削刃的刃磨方法。最后，利用多种工艺参数进行了CFRP制孔实验，验证了改型钻头相对于未改型钻头对孔周毛刺去除的有效性。
2017, 36(11): 1734-1739.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1116
摘要:
装配是保证产品质量的重要环节，而装配精度是装配过程的重要度量指标。为预测数控机床最终装配精度，利用“功能-运动-动作（Function-Movement-Action，FMA）”的功能分解原则对机床的装配过程进行结构化分析，将机床分解至基本动作单元-元动作；构建基于元动作的装配误差传递层次架构图，清晰地表达了各装配单元间的装配关系及几何特征之间的逻辑关系；以几何特征误差在装配过程中的传递与积累为基础，构建多层次状态空间模型预测数控机床最终装配精度；以某数控加工中心的Z轴进给功能装配单元为例，验证了该方法在机床装配误差预测中的可行性。
装配是保证产品质量的重要环节，而装配精度是装配过程的重要度量指标。为预测数控机床最终装配精度，利用“功能-运动-动作（Function-Movement-Action，FMA）”的功能分解原则对机床的装配过程进行结构化分析，将机床分解至基本动作单元-元动作；构建基于元动作的装配误差传递层次架构图，清晰地表达了各装配单元间的装配关系及几何特征之间的逻辑关系；以几何特征误差在装配过程中的传递与积累为基础，构建多层次状态空间模型预测数控机床最终装配精度；以某数控加工中心的Z轴进给功能装配单元为例，验证了该方法在机床装配误差预测中的可行性。
2017, 36(11): 1740-1746.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1117
摘要:
刀具角度与切屑的形成、铣削力、铣削温度、刀具磨损和被加工表面质量有着重要的联系。为了分析刀具几何角度对第一变形区铣削温度的影响，利用AdvantEdge对U71Mn铣削过程建立了3D仿真模型；同时，采用K型人工热电偶测量了第三变形区—刀/工面处铣削温度，并探究了工艺参数对铣削温度的影响规律。试验结果表明：随着刀盘转速、进给速度和背吃刀量的增加，铣削温度逐渐升高；其中，刀盘转速和背吃刀量对切削温度有着更为显著的影响，而进给速度的影响则较小。然后采用红外热像仪对第二变形区刀/屑面的铣削温度进行了测量，并将在同一切削参数条件下人工热电偶与红外热像仪的实测温度与仿真结果进行了比较，结果表明所建3D仿真模型的有效性。最后，在上述所建模型基础上仿真分析不同刀具角度对第一变形区切削温度的影响，为铣刀盘刀具结构设计提供一定的指导意义。
刀具角度与切屑的形成、铣削力、铣削温度、刀具磨损和被加工表面质量有着重要的联系。为了分析刀具几何角度对第一变形区铣削温度的影响，利用AdvantEdge对U71Mn铣削过程建立了3D仿真模型；同时，采用K型人工热电偶测量了第三变形区—刀/工面处铣削温度，并探究了工艺参数对铣削温度的影响规律。试验结果表明：随着刀盘转速、进给速度和背吃刀量的增加，铣削温度逐渐升高；其中，刀盘转速和背吃刀量对切削温度有着更为显著的影响，而进给速度的影响则较小。然后采用红外热像仪对第二变形区刀/屑面的铣削温度进行了测量，并将在同一切削参数条件下人工热电偶与红外热像仪的实测温度与仿真结果进行了比较，结果表明所建3D仿真模型的有效性。最后，在上述所建模型基础上仿真分析不同刀具角度对第一变形区切削温度的影响，为铣刀盘刀具结构设计提供一定的指导意义。
2017, 36(11): 1747-1753.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1118
摘要:
针对数控机床故障模式重要度传统分析方法主观性较强、基础数据匮乏且一般较少从整机角度进行分析的问题，提出一种基于影响因素模糊定量评价和蒙特卡洛仿真的数控机床故障模式重要度分析新方法。该方法在综合考虑数控机床故障模式重要度各影响因素的基础上，建立了数控机床故障模式重要度评价因素集；应用Delphi法确定影响因素的评价等级和评分准则，同时结合变异系数法和均值的思想确定专家权重来修正因素评分；并利用模糊层次分析法确定各评价因素的权重及优先等级；然后结合线性加权模型，编写 MATLAB程序进行蒙特卡洛仿真，对各故障模式进行重要度统计分析，从系统的角度对各故障模式的重要度进行等级排序；通过实例验证了该方法的合理性与有效性。
针对数控机床故障模式重要度传统分析方法主观性较强、基础数据匮乏且一般较少从整机角度进行分析的问题，提出一种基于影响因素模糊定量评价和蒙特卡洛仿真的数控机床故障模式重要度分析新方法。该方法在综合考虑数控机床故障模式重要度各影响因素的基础上，建立了数控机床故障模式重要度评价因素集；应用Delphi法确定影响因素的评价等级和评分准则，同时结合变异系数法和均值的思想确定专家权重来修正因素评分；并利用模糊层次分析法确定各评价因素的权重及优先等级；然后结合线性加权模型，编写 MATLAB程序进行蒙特卡洛仿真，对各故障模式进行重要度统计分析，从系统的角度对各故障模式的重要度进行等级排序；通过实例验证了该方法的合理性与有效性。
2017, 36(11): 1754-1758.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1119
摘要:
奥贝球铁（ADI）作为一种综合性能优异的难加工工程材料，其高速铣削下的铣削力对工件表面粗糙度Ra有重要影响。为研究其内在关系，基于多因素正交回归实验建立铣削力和表面粗糙度模型的理论，结合奥贝球铁的材料力学性能，采用以主轴转速、每齿进给量、切削深度、切削宽度等为多因素，高速铣削力和表面粗糙度为因变量的正交试验方法，并通过最小二乘法建立关于Fx、Fy、Fz这3个铣削分力的Ra模型；然后分别检验了回归模型和回归系数的显著性，分析了所建模型的可信度及Fx、Fy、Fz分别对ADI表面粗糙度的影响程度；最后设计了相关实验对所建模型进行验证。实验结果表明：高速铣削分力对表面粗糙度影响程度次序：切向力 > 轴向力 > 径向力；模型验证实验说明了所建模型的可信性和正确性，从而可为ADI材料高速铣削加工提供了重要的理论支持和技术指导。
奥贝球铁（ADI）作为一种综合性能优异的难加工工程材料，其高速铣削下的铣削力对工件表面粗糙度Ra有重要影响。为研究其内在关系，基于多因素正交回归实验建立铣削力和表面粗糙度模型的理论，结合奥贝球铁的材料力学性能，采用以主轴转速、每齿进给量、切削深度、切削宽度等为多因素，高速铣削力和表面粗糙度为因变量的正交试验方法，并通过最小二乘法建立关于Fx、Fy、Fz这3个铣削分力的Ra模型；然后分别检验了回归模型和回归系数的显著性，分析了所建模型的可信度及Fx、Fy、Fz分别对ADI表面粗糙度的影响程度；最后设计了相关实验对所建模型进行验证。实验结果表明：高速铣削分力对表面粗糙度影响程度次序：切向力 > 轴向力 > 径向力；模型验证实验说明了所建模型的可信性和正确性，从而可为ADI材料高速铣削加工提供了重要的理论支持和技术指导。
2017, 36(11): 1759-1763.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1120
摘要:
四轮滑动转向机器人因其运动中存在滑动误差，导致机器人运动轨迹控制困难，而且在不同的地面条件下滑动转向的动力学参数不一样，导致滑动误差的不同，更增加了机器人转向的速度量、角速度量的预测和控制难度。通过使用两个惯性测量单元（IMU）建立四轮滑动转向机器人的速度、角速度计算模型，针对机器人运动中的差动命令对四轮机器人实施闭环控制，动态调整四轮轮速从而使得机器人运行更加精确平稳。实验结果表明使用轮速动态调整策略后机器人轨迹误差更小，轨迹更精确。
四轮滑动转向机器人因其运动中存在滑动误差，导致机器人运动轨迹控制困难，而且在不同的地面条件下滑动转向的动力学参数不一样，导致滑动误差的不同，更增加了机器人转向的速度量、角速度量的预测和控制难度。通过使用两个惯性测量单元（IMU）建立四轮滑动转向机器人的速度、角速度计算模型，针对机器人运动中的差动命令对四轮机器人实施闭环控制，动态调整四轮轮速从而使得机器人运行更加精确平稳。实验结果表明使用轮速动态调整策略后机器人轨迹误差更小，轨迹更精确。
2017, 36(11): 1764-1770.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1121
摘要:
针对滚动轴承早期故障特征信号微弱且受环境噪声影响严重，故障特征信息难以识别的问题，提出了基于总体局部均值分解（Ensemble local mean decomposition，ELMD）和最大相关峭度反褶积（Maximum correlated kurtosis deconvolution，MCKD）的早期故障诊断方法。该方法首先运用ELMD对采集到的振动信号进行分解，得到有限个乘积函数（Product function，PF），由于噪声的干扰，从PF分量的频谱中很难对故障做出正确的判断。然后对包含故障特征的PF分量进行最大相关峭度反褶积处理以消除噪声影响，凸现故障特征信息。最后对降噪信号进行Hilbert包络谱分析，即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过轴承故障模拟实验和工程应用实例验证了该方法的有效性与优越性。
针对滚动轴承早期故障特征信号微弱且受环境噪声影响严重，故障特征信息难以识别的问题，提出了基于总体局部均值分解（Ensemble local mean decomposition，ELMD）和最大相关峭度反褶积（Maximum correlated kurtosis deconvolution，MCKD）的早期故障诊断方法。该方法首先运用ELMD对采集到的振动信号进行分解，得到有限个乘积函数（Product function，PF），由于噪声的干扰，从PF分量的频谱中很难对故障做出正确的判断。然后对包含故障特征的PF分量进行最大相关峭度反褶积处理以消除噪声影响，凸现故障特征信息。最后对降噪信号进行Hilbert包络谱分析，即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过轴承故障模拟实验和工程应用实例验证了该方法的有效性与优越性。
2017, 36(11): 1771-1777.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1122
摘要:
为了解决轴承早期性能退化时信噪比低，特征提取和早期性能退化评估困难这一难题，本文采用盲源分离的方法分离轴承振动信号的干扰，将盲源分离后轴承振动信号的峭度值作为轴承性能评估的敏感特征，利用动态模糊神经网络建立轴承的早期性能退化模型。根据盲源分离后，早期性能退化时轴承振动信号的峭度值增加，可作为轴承早期性能退化评估的敏感特征。计算结果表明，盲源分离使得振动信号的峭度对轴承的性能状态更加敏感，轴承性能退化评估结果准确，具有重要的工业实用价值。
为了解决轴承早期性能退化时信噪比低，特征提取和早期性能退化评估困难这一难题，本文采用盲源分离的方法分离轴承振动信号的干扰，将盲源分离后轴承振动信号的峭度值作为轴承性能评估的敏感特征，利用动态模糊神经网络建立轴承的早期性能退化模型。根据盲源分离后，早期性能退化时轴承振动信号的峭度值增加，可作为轴承早期性能退化评估的敏感特征。计算结果表明，盲源分离使得振动信号的峭度对轴承的性能状态更加敏感，轴承性能退化评估结果准确，具有重要的工业实用价值。
2017, 36(11): 1778-1784.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1123
摘要:
为提高电动汽车续驶里程，提出一种适用于前后轴采用不同轮毂电机四轮独立驱动电动汽车的再生制动控制策略。基于理想制动力分配曲线、 ECE R13法规、前后轴轮毂电机工作特性差异、前后轴载荷变化、电池工作特性等约束条件，制定了再生制动控制策略。在保证制动稳定的前提下，合理分配电机与摩擦制动力，提高轮毂电机制动力利用比例，回收更多制动能量。使用MATLAB/Simulink和CarSim软件联合仿真，与典型控制策略在不同制动工况下进行对比研究。仿真结果表明：新型控制策略适用于前后轴采用不同轮毂电机的四轮独立驱动电动汽车，比传统控制策略回收更多制动能量，且制动稳定性较好，有效地延长了电动汽车续驶里程。
为提高电动汽车续驶里程，提出一种适用于前后轴采用不同轮毂电机四轮独立驱动电动汽车的再生制动控制策略。基于理想制动力分配曲线、 ECE R13法规、前后轴轮毂电机工作特性差异、前后轴载荷变化、电池工作特性等约束条件，制定了再生制动控制策略。在保证制动稳定的前提下，合理分配电机与摩擦制动力，提高轮毂电机制动力利用比例，回收更多制动能量。使用MATLAB/Simulink和CarSim软件联合仿真，与典型控制策略在不同制动工况下进行对比研究。仿真结果表明：新型控制策略适用于前后轴采用不同轮毂电机的四轮独立驱动电动汽车，比传统控制策略回收更多制动能量，且制动稳定性较好，有效地延长了电动汽车续驶里程。
2017, 36(11): 1785-1790.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1124
摘要:
针对表面缺陷种类多样、形态复杂的冷轧带钢，若采用单一分类器识别分类，会存在对个别缺陷不敏感、识别率低的情况，且会导致分类器处理特征数据规模过大，系统的鲁棒性和稳定性很难得到保证。为此提出基于改进组合分类器的冷轧带钢表面缺陷识别方法，将优化BP神经网络、概率神经网络以及改进的支持向量机进行组合，利用分类信息的互补性进行综合分类，从而构建了较优的分类系统。实验结果表明：改进组合分类器弥补了单个分类器网络训练的不足；针对每一类缺陷识别时准确率都较高，能增加整体分类器的泛化能力，整体识别正确率可达95%以上，且识别高效、稳定，具有实用价值。
针对表面缺陷种类多样、形态复杂的冷轧带钢，若采用单一分类器识别分类，会存在对个别缺陷不敏感、识别率低的情况，且会导致分类器处理特征数据规模过大，系统的鲁棒性和稳定性很难得到保证。为此提出基于改进组合分类器的冷轧带钢表面缺陷识别方法，将优化BP神经网络、概率神经网络以及改进的支持向量机进行组合，利用分类信息的互补性进行综合分类，从而构建了较优的分类系统。实验结果表明：改进组合分类器弥补了单个分类器网络训练的不足；针对每一类缺陷识别时准确率都较高，能增加整体分类器的泛化能力，整体识别正确率可达95%以上，且识别高效、稳定，具有实用价值。
2017, 36(11): 1791-1797.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1125
摘要:
石英玻璃作为航天器舷窗的重要组成材料，处于航天器的外表面，暴露在空间中，容易遭受空间碎片撞击。为了更好的保障航天器及航天员的安全，对文献[1]中石英玻璃的实验进行数值模拟，并与实验进行比较，发现数值模拟结果与实验结果吻合较好。通过AUTODYN进行数值模拟，得到弹丸直径、弹丸形状、入射速度及入射角度对石英玻璃超高速撞击力学响应的影响。
石英玻璃作为航天器舷窗的重要组成材料，处于航天器的外表面，暴露在空间中，容易遭受空间碎片撞击。为了更好的保障航天器及航天员的安全，对文献[1]中石英玻璃的实验进行数值模拟，并与实验进行比较，发现数值模拟结果与实验结果吻合较好。通过AUTODYN进行数值模拟，得到弹丸直径、弹丸形状、入射速度及入射角度对石英玻璃超高速撞击力学响应的影响。
2017, 36(11): 1798-1804.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1126
摘要:
采用静载耦合振动载荷试验研究方法，针对某典型结构件进行了Abaqus有限元仿真模拟，得出了以下结论：1）静载加载预应力与橡皮绳附加刚度对于试验件不同阶次的固有频率及加速度响应的影响规律是不同的，相同条件下不同阶次的振动参数会呈现完全不同的变化趋势；2）静载加载面积对于试验件结构的振动特性的影响非常小，可以忽略不计。综合仿真结果，为某典型结构试验件静载耦合振动载荷动态疲劳试验顺利完成打下基础，并且避免了预试验期间对试验件造成的疲劳累计损伤，对今后的同类型试验有很大的工程指导意义。
采用静载耦合振动载荷试验研究方法，针对某典型结构件进行了Abaqus有限元仿真模拟，得出了以下结论：1）静载加载预应力与橡皮绳附加刚度对于试验件不同阶次的固有频率及加速度响应的影响规律是不同的，相同条件下不同阶次的振动参数会呈现完全不同的变化趋势；2）静载加载面积对于试验件结构的振动特性的影响非常小，可以忽略不计。综合仿真结果，为某典型结构试验件静载耦合振动载荷动态疲劳试验顺利完成打下基础，并且避免了预试验期间对试验件造成的疲劳累计损伤，对今后的同类型试验有很大的工程指导意义。
