留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2019年  38卷  第5期

综述
硬态切削用刀具技术最新进展
岳彩旭, 郝小乐, 南月冲, 刘献礼, 何耿煌
2019, 38(5): 657-669. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190068
摘要(211) HTML (132) PDF 1229KB(68)
摘要:
作为具有广泛应用前景的加工工艺,硬态切削以其加工柔性、经济性和环保性等优点,在汽车、模具等行业被广泛应用。该工艺成功实施的关键因素是刀具的合理选择及其性能的发挥。该技术近年来发展迅速,诸多人员和机构对硬态切削工艺所用的刀具进行了深入的研究,有效地推动了该工艺的应用。本文综述了近年来针对硬态切削工艺用刀具的刃型结构、材料选择、刀具涂层等方面的研究成果,并分析了目前被广泛采用的典型刀具型号及其性能,从而为硬态切削工艺用刀具的选用及设计提供指导作用。
机械动力学
六足仿生机器人的平稳姿态调整
张磊, 王哲
2019, 38(5): 670-676. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180239
摘要(1000) HTML (531) PDF 1012KB(74)
摘要:
实现机器人机体姿态的平稳调整是足式机器人作为移动平台完成物资搬运等作业时的重要目标之一。本文通过分析六足机器人姿态的影响因素,研究目标姿态的可调整范围,建立了支撑腿关节与机器人机体姿态之间的动态映射关系,提出了针对六足机器人目标姿态的平稳调整方法。通过仿真验证了有效性。
磁悬浮列车运行平稳性研究
李万磊, 陈天星, 胡瑞霞, 李响
2019, 38(5): 677-683. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180238
摘要(680) HTML (437) PDF 1072KB(60)
摘要:
中低速磁浮列车信号特征提取是磁浮列车安全可靠运行与故障诊断的关键技术之一。针对磁浮列车快变信号特征的特点,利用傅里叶变换(FFT)和短时傅里叶变换(STFT)方法对信号进行分析。该方法不仅可以从时域分析列车运行时的振动信号,而且能从频域分析列车运行特征,同时能够有效的得到信号的瞬时特征,提升了磁浮列车非平稳信号的提取能力,从而可以监测列车运行的实时状态,可以保证列车运行的安全性和可靠性。通过磁浮列车在轨道上运行的试验,得到了列车实时振动信号;分别在2 s(列车过道岔)、4 s(悬浮工况)、6 s(加速工况)和8 s(制动工况)利用FFT和STFT对车体振动进行分析,分析结果表明:列车的振动、频率成分与列车的运行速度成正相关;列车在运行过程中,列车在横向和垂向上的平稳性一直处于等级优。
双驱同步控制的误差预补偿算法与试验
卢红, 马芳宁, 范维, 刘琪, 徐一帆
2019, 38(5): 684-690. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180233
摘要(754) HTML (410) PDF 1071KB(57)
摘要:
针对双驱进给系统的同步控制,设计了一种新的补偿算法。首先,根据双丝杠工作台的结合部刚度,建立滚珠丝杠运动系统的动力学模型。然后在不同进给速度和工作台位置下,对双驱进给的同步误差进行检测,得到同步误差的多元线性回归模型,利用动力学模型与多元线性回归模型可综合得出双驱同步控制的误差预补偿模型。采用自主研发的双驱进给试验平台进行双驱进给的补偿试验,对比传统的虚拟主轴同步控制策略、主从同步控制策略与本文所提出的误差预补偿控制策略,对双驱进给的速度跟随精度与位置同步精度进行对比分析,试验结果表明,双驱同步控制的误差预补偿策略具有同步精度更高,稳定性更好的优点。
脉动剪切层涡流运动下换热特性研究
高全杰, 王永龙, 汪朝晖
2019, 38(5): 691-697. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180221
摘要(785) HTML (476) PDF 1107KB(67)
摘要:
基于自激振荡的脉冲效应,分析了自激振荡换热管的传热效果。利用大涡模拟数值计算方法,分析了自振管瞬时涡量变化对管道流场的影响,分析了随下游流道管径比L*=d3/d2变化流向涡与法向涡的瞬时结构及其换热特性与阻力特性,并以综合性能评价系数评价管道的换热特性。结果表明:自振腔内剪切层中的离散涡与碰撞壁碰撞分散出的小涡随边向下游运动,并在下游流道近壁面处诱发新漩涡;L*变化可以控制脉动剪切层的发展,随着L*的增大流向涡的强度先增大后减小,法向涡逐渐向管道轴心发展;通过调节L*可以控制管道的换热与阻力,当1.4 ≤ L* ≤ 1.8时其传热效率提高45.1%~56.5%,综合性能系数最高可提高45.4%。
考虑用户认知噪声的产品交互式遗传配色设计研究
张娜, 杨延璞
2019, 38(5): 698-703. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190066
摘要(702) HTML (430) PDF 928KB(64)
摘要:
产品配色设计对塑造产品风格和企业品牌形象有重要作用,为有效辅助工业设计师进行产品配色设计,准确反映用户对产品配色方案的意象感知,利用交互式遗传算法集成用户认知度和疲劳度构建了认知噪声模型,根据产品配色方案评价值和色彩值的相似度测量求解认知噪声模型相关参数,对配色方案适应度值进行调整,提出了考虑用户认知噪声的产品交互式配色设计过程。以电熨斗的配色设计为例,通过与普通交互式遗传算法对比,结果显示:1)用户对产品配色的知识背景差异会显著影响其认知度;2)配色设计过程的收敛性提升了37.5%,平均进化代数减小了2.4代。以上结果验证了本文方法符合用户主观认知特点,有助于提高产品交互配色设计的收敛性和进化效率。
七自由度双臂机器人旋量理论正向运动学与工作空间分析
刘冠隆, 贺晓莹, 高兴宇, 李明枫, AlaaAldeen Housein
2019, 38(5): 704-712. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180240
摘要(560) HTML (220) PDF 1089KB(71)
摘要:
机器人关节空间与工作空间的关系是通过正向运动学方程建立的,正向运动学分析是实现轨迹规划和控制的关键。介绍了比D-H参数法计算简单、描述全面的旋量理论法,应用指数积公式分别对七自由度和六自由度双臂机器人的单臂进行运动学分析并建立正向运动学方程。利用ADAMS进行运动仿真,对比发现:仿真结果与通过正向运动学方程求解的数据接近,误差不超过3 mm,验证了结合旋量理论建立的正向运动学方程的正确性;利用MATLAB软件进行工作空间分析,通过工作空间云图对比,得出七自由度双臂机器人有着更大的工作空间,表明拥有肩部关节的七自由度双臂机器人具有更好的运动学性能。
变论域自适应模糊PID主动悬架控制研究
时培成, 徐增伟, 王锁, 肖平
2019, 38(5): 713-720. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180243
摘要(498) HTML (178) PDF 1061KB(52)
摘要:
为提高汽车行驶平顺性和乘坐舒适性,提出一种基于变论域理论的自适应模糊PID汽车主动悬架控制策略,将自适应模糊PID和变论域的在线调整整合在一起,采用变论域模糊控制实现控制系统输入输出论域的自整定,提高控制精度;采用自适应模糊PID控制,提高系统的动、静态特性,形成更优的悬架控制方法。研究结果表明,变论域自适应模糊PID控制主动悬架较传统模糊控制以及模糊PID控制的主动悬架能够更有效的克服路面冲击,减少汽车垂直方向的振动,进一步提高汽车行驶平顺性和乘坐舒适性。
大数据统计趋势分析和PCA的滚动轴承早期故障诊断
常竞, 温翔
2019, 38(5): 721-729. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180208
摘要(306) HTML (140) PDF 1117KB(57)
摘要:
针对短时、小样本数据下提取的特征对早期故障敏感度和故障演化过程稳定度低、信息冗余的问题,提出了大数据统计趋势分析和核主元分析方法(Principal component and analysis,PCA)的滚动轴承故障演化特征提取和早期故障诊断方法。采集滚动轴承正常状态到完全失效状态的全寿命振动数据,计算原始数据中不同故障严重程度下的时频统计特征,建立各个统计特征描述的故障演化趋势,分析各个统计特征描述的故障演化特性,初步选择能够敏感且稳定感知故障演化过程的统计特征集,利用PCA分析初选结果中各个统计特征间的相关性和贡献度,进一步剔除冗余特征,最终得到能全面表征故障演化过程的特征。最后,使用滚动轴承全寿命振动数据验证本文所提方法的有效性。实验结果证明,标准差、均值频率、标准差频率等特征能敏感地检测滚动轴承早期内环故障并稳定跟踪其演化过程。
精密制造与加工
采用向量场平滑的磨削质量模型修正方法
齐俊德, 张定华, 陈冰
2019, 38(5): 730-735. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180257
摘要(159) HTML (87) PDF 916KB(53)
摘要:
磨削过程复杂,影响因素众多,因此易产生过程波动,进而影响产品的加工质量。针对该问题,以磨削工艺参数为研究对象,提出了一种基于向量场平滑算法(VFS)的磨削模型修正方法。首先提出基于改进型马氏距离的磨削参数关联性分析方法,采用多元回归分析方法构建了磨削质量预测模型,引入参数灵敏度函数表征不同参数对于磨削质量的影响程度,提升了分析方法的准确性。然后依据参数关联性特征,采用VFS算法给出了磨削工艺参数修正方法,并基于新的工艺参数进行质量模型修正与参数规划。最后基于机器人磨削平台进行了砂带磨削实验。结果表明:采用质量修正模型后的工艺参数可以较好满足磨削质量要求,从而验证了本文方法的有效性。
曲线光顺性定量分析的光顺因子法
闫晨, 纪小刚, 于益超, 张溪溪, 胡海涛
2019, 38(5): 736-741. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180236
摘要(329) HTML (116) PDF 1054KB(50)
摘要:
目前产品的光顺效果评定大都基于定性分析。针对现有评定方法主观性强,计算效率低下等缺陷,提出一种定量评定光顺效果的方法。该方法先将曲线平移变换以消除坐标的影响,然后进行小波光顺,基于小波光顺前后曲线的尺度,定义修正系数α,修正小波光顺后的细节部分,由修正后的细节部分和尺度部分构建光顺性定量指标光顺因子λ,通过计算光顺因子λ实现定量评定光顺效果。工程实例表明,提出的定量分析方法可作为光顺效果评定的可靠工具。
FDM快速成型工艺参数的分析与优化研究
冯建军, 梁宏斌, 于阳
2019, 38(5): 742-748. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180235
摘要(294) HTML (106) PDF 874KB(45)
摘要:
针对快速成型工件尺寸精度差的问题,对分层厚度、扫描速度、喷头温度、填充线宽这4个因子进行正交试验研究,结合信噪比响应,通过极差法和方差分析法确定成型件在XYZ方向尺寸精度的最优因子水平组合以及各影响因子的显著性,根据多元回归分析建立单目标参数优方案预测的数学模型。试验证明,此工艺参数的优化组合可以有效的提高成型件的尺寸精度,而且优方案预测数学模型的建立也极大的提高了生产效率,对用户合理地选取工艺参数提供了极大的帮助。
四轴非接触测量坐标系偏移的精密检测方法研究
王磊, 唐纯纯, 胡成海, 鲍晨兴
2019, 38(5): 749-753. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180237
摘要(136) HTML (51) PDF 891KB(34)
摘要:
温度变化是引起测量误差的一个重要因素,对于带立式转台的四轴测量机来说,温度变化会造成转台轴线相对于测量机零点的位置变化,即将之前的转台坐标系进行了平移,这样就给测量结果带来了误差。为了测量计算转台坐标系发生的偏移,本文对比了旋转转台多角度测棒法和固定转台单角度测棒法两种方法,最终确定了利用非接触测头在固定转台不旋转的情况下通过标准棒测轴线法来获得转台坐标系偏移,进而实现对测量数据的温度补偿,从而提高测量精度。
一种双NURBS曲线的参数迭代插补算法
江本赤, 王建彬, 苏学满
2019, 38(5): 754-760. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180225
摘要(220) HTML (157) PDF 1012KB(29)
摘要:
为提高非均匀有理B样条(NURBS)曲线插补的步长精度,给出了一种基于参数迭代的双NURBS曲线插补算法。先进行刀尖点曲线插补,基于NURBS的局部特性分析,利用插补步长与参数增量间的近似线性关系,通过迭代寻优,获取了精确步长所对应的插补参数;然后依据双NURBS曲线间的同步关系,计算出刀轴矢量曲线的插补参数,实现了面向五轴加工的刀具位姿插补。实验结果表明,该方法所得的步长精度优于Taylor展开插补法,并可保证刀轴矢量与工件表面法线方向的一致性,有利于获得更加光滑的加工表面。
残差修正灰色模型及其在珩磨尺寸预报中的应用
李奇军, 牛永江, 宁会峰
2019, 38(5): 761-766. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180210
摘要(215) HTML (84) PDF 871KB(50)
摘要:
针对一阶一变量灰色模型(Grey model with first order and one variable,GM(1,1))预测精度低、稳健性差的问题,提出了一种改进的GM(1,1)模型。通过背景值优化和参数累积估计,重新推导了GM(1,1)模型的预测公式,并引入残差修正系数和加权马尔科夫链对预测值进行两次残差修正,以提高预测精度。对柱塞套内圆珩磨尺寸的预测结果表明,该模型在原始数据波动条件下的预测精度最高,能弥补其它GM(1,1)模型的不足并实现对珩磨尺寸的预报。
仪器、仪表科学与技术
薄壁细长轴壁厚测量技术研究
刘勇, 郑学著, 王聚存, 袁园, 保文成
2019, 38(5): 767-772. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180232
摘要:
针对航空发动机中薄壁细长轴类零件的壁厚需要精密高效测量的问题,提出了一种双测头快速高精度测量方法。该方法以大长径比碳纤维测杆支撑小型非接触光学测头进行细长轴内壁测量,以龙门式框架安装接触式测头同时进行细长轴外壁测量,并采用高精度气浮平台作为工作台带动零件移动,从而实现对细长轴类零件的壁厚进行测量。采用该方法研制了测量设备,并详细介绍了机械、电控和软件设计。通过实验和第三方检测,该测量设备可对长度1 500 mm、内孔直径14 mm的细长轴进行壁厚测量,验证了本方法的有效性。
磁场补偿对LVDT静态特性影响的研究
林宪臣, 尹明富, 孙会来, 赵镇宏
2019, 38(5): 773-778. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180234
摘要:
为改善因内部感应磁场分布不均导致差动变压器式位移传感器(Linear variable differential transformer,LVDT)线性度差、灵敏度低的问题,提出一种磁场补偿法。在LVDT次级线圈远端添加两个关于初级线圈对称的导磁环,同时将可动铁芯的末端设计成具有一定锥度的形式,导磁环和铁芯均为软磁材料。利用有限元方法在Maxwell中建立LVDT模型,模块化后导入Simplorer中,在Simplorer中连接外部激励电路进行瞬态磁场的计算机联合仿真。瞬态分析结果表明:经过磁场补偿,LVDT的线性度和灵敏度得到显著提高,线性度从1.79%提高到0.5%,灵敏度提高了17.9 mV/mm,通过搭建实验平台,验证了方案的可行性。
带双目视觉的全向移动物流机器人设计与实现
高振清, 李明刚, 杜艳平, 武泽鹏, 卢杰辉, 张媛
2019, 38(5): 779-782. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180242
摘要(403) HTML (70) PDF 949KB(20)
摘要:
为提升物流机器人的灵活性和智能化水平,将全向移动平台、物料抓取机器人、双目视觉识别等技术进行集成应用研究。分析了机器人的结构布局和运动学模型,完成了机械臂的机构原理设计,结合计算机应用视觉识别算法,选择具体的检测方法完成识别对象的角点、边缘及轮廓检测,实现对象的图像处理。通过双目相机成像模型实现坐标系之间的转换,达到定位目标物品的目的。最后,完成了物理样机的开发和实地操作的实验验证。实验结果表明,该系统可以有效地完成物品识别、抓取和搬运工作。
运载工程
多孔透气材料应用于船模微气泡减阻性能实验分析
张天行, 朱汉华
2019, 38(5): 783-788. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180316
摘要(231) HTML (183) PDF 1063KB(14)
摘要:
分别将挠性氧化铝多孔透气材料安装在船模底部、侧面、球鼻艏附近进行微气泡减阻性能试验,分析应用于船模上的减阻效果。结果表明:船底喷气时,最高达11.6%的减阻效果;喷气位置位于球鼻艏附近时的减阻效果较差,只有当喷气流量为10 L/min时,船模阻力在部分试验点小于未喷气时的阻力;喷气位置位于船侧时,由于流场边界层密度改变较大,因此,减阻效果随着船模速度与喷气流量变化波动较大。当船模速度为1.80 m/s,且船底和船侧空气流量为20 L/min、球鼻艏空气流量为10 L/min时,采用多孔透气材料船底+船侧+球鼻艏组合式喷气方式的微气泡减阻效果可达13.9%,减阻效果明显,验证了多孔透气材料应用于船模微气泡减阻的优良性。
汽车座椅头枕强制性试验影响因素分析
李劼, 张志, 李岩, 许继艺, 卫星
2019, 38(5): 789-795. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180205
摘要:
详细分析了目前汽车座椅头枕的两项国家强制性法规试验项目:对于头枕吸能试验,找出影响试验结果的主要因素,并分析每种因素影响机理;对头枕静强度试验进行分析,将试验过程划分为3个典型阶段,详细阐述了每个阶段的形成过程以及影响试验结果的因素,在大量试验的基础上,列举了试验中出现的若干种典型曲线,并进行了原因分析。所得结论可以更有针对性的改进座椅头枕及座椅结构,也可为工程师在产品设计阶段和试验结果分析上提供有价值的参考。
材料科学
热力耦合作用下复合材料搭接结构强度研究
余芬, 刘武帅, 王伟韬, 何振鹏
2019, 38(5): 796-802. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180241
摘要(254) HTML (188) PDF 1036KB(14)
摘要:
复合材料铆钉搭接结构在温度变化情况下强度的研究对复合材料在航空领域上的应用具有重要的意义。为研究温度的变化对复合材料铆钉搭接结构强度的影响,考虑到模型具有高度的非线性问题,因此选用ABAQUS/Explicit求解器进行热力耦合过程的准静态模拟。通过编写VUMAT子程序,修改了材料的本构模型,考虑了温度对复合材料基本属性的影响,添加了混合失效准则以及材料失效后的参数退化方式。在25℃和105℃条件下分别对有开孔的复合材料板进行了压缩的模拟和复合材料铆钉搭接结构进行了拉伸的模拟。研究结果表明,温度的升高会降低压缩载荷作用下复合材料板和拉伸载荷作用下复合材料铆钉搭接结构的刚度与强度。
航空、宇航工程
混杂与非混杂层合板弹丸冲击试验研究
陈战辉, 万小朋, 黄文博, 赵美英
2019, 38(5): 803-808. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190065
摘要(186) HTML (164) PDF 1046KB(11)
摘要:
为了验证表面铺覆芳纶纤维铺层降低碳纤维层合板冲击损伤的有效性,对环氧树脂基芳纶/碳纤维层间混杂层合板和非混杂碳纤维层合板进行了冲击试验研究。结果显示:8克弹丸以速度为276~366 m/s的冲击条件下,入射面铺覆芳纶可减小出射面和内部分层的损伤面积;出射面铺覆芳纶可减小出射面损伤面积,但会造成严重的混杂界面分层。为了减小碳纤维层合板的弹丸冲击损伤程度,可在冲击正面铺覆芳纶纤维层。
轴对称矢量喷管喷口Lagrange动力学分析
闫世洲, 赵志刚, 霍树林
2019, 38(5): 809-815. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180223
摘要(287) HTML (153) PDF 989KB(11)
摘要:
以轴对称矢量喷管为研究对象,建立其动力学方程。首先,将轴对称矢量喷管结构简化为等效的3-PRS结构模型,利用等效的3-PRS结构模型建立喷管喷口运动学方程。然后,将气动力等效为动平台虚拟质量,运用Lagrange方法推导出喷管喷口的动力学方程,并分析其动力学特性。通过MATLAB和ADAMS仿真,对比两种仿真结果,验证了建立模型的准确性。结果表明喷口姿态对驱动力影响很大,由此可得出不同姿态下驱动力的变化规律。从而对进一步进行喷管优化设计及控制提供了有效帮助。
非共线复合型裂纹扩展特性分析
贾宝惠, 刘彦波, 卢翔
2019, 38(5): 816-820. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180220
摘要(198) HTML (69) PDF 900KB(13)
摘要:
以带多点损伤的空孔板为研究对象,利用数值分析法分析裂纹起裂位置和裂纹倾斜角对应力强度因子的影响,对比了共线多裂纹与非共线复合型裂纹起始扩展速率和扩展寿命的差异。结果表明:非共线复合型裂纹起始扩展速率偏大,裂纹扩展寿命缩短约2.5%。在非共线复合型裂纹模型中,随着裂纹倾斜角增加,等效应力强度因子先增大后减小,且在15°时,整体裂纹扩展速率达最大值。相邻孔间裂纹的相对位置和相对方位影响裂纹的扩展路径,进而影响裂纹扩展寿命。