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2014年  33卷  第1期

机械动力学
功率四分支齿轮传动系统的弯扭耦合振动固有特性研究
董金城, 王三民, 王颖
2014, 33(1): 1-7.
摘要:
在轴承-转子系统动力学理论的基础上,考虑齿轮啮合效应和转子弯扭耦合效应,建立了功率四分支齿轮传动系统振动方程,求解自由振动的特征方程,获得了该系统耦合状态下的前14阶固有频率和振型,以及非耦合状态下前8阶固有特性。得出如下结论:1)系统结构的对称性导致部分转子的模态对称;2)系统的模态类型主要表现为两类形态:一类以某一转子振动为主,其他转子的振幅很小;另一类表现为复杂的多转子弯扭耦合振动;3)转子间的弯扭耦合对系统的固有频率和模态产生了很大的影响,在进行功率四分支齿轮传动系统的振动特性研究时,必须同时考虑转子弯扭耦合效应的共同作用。
菱形收割机车架有限元分析及优化
龙超, 金秋谈, 陈哲吾, 文桂林
2014, 33(1): 8-12.
摘要:
为了提高收割机对丘陵山区狭小的梯田地形的适应能力,提高收割机的通过性,将铰接式菱形底盘引入到收割机车架的结构设计中,并对其进行结构优化设计研究。首先针对菱形收割机车架的结构及受力特点,考虑各种典型工况载荷,建立满足各总成布置和实际行驶要求的初始车架有限元模型,并分析了各种典型工况载荷作用下的车架应力分布。然后通过有限元分析结果指导车架的结构尺寸优化,从而实现了菱形收割机车架轻量化设计,缩减了生产成本和设计周期。
基于共形几何代数的Stephenson-Ⅲ型机构的死点辨识
邱健, 范守文
2014, 33(1): 13-17.
摘要:
基于共形几何代数方法建立了Stephenson-Ⅲ型机构的闭环约束方程,运用欧拉公式将方程表示成复数指数形式,描述了公式中各参数与共形空间中各矢量的相互关系,推导出了求解连杆机构运动姿态的输入-输出方程组,并在给定输入下得到了机构位置解。根据各输入杆变量的Jacobian矩阵的行列式的值等于0,推导得出了机构死点位置的判别式,得到了在死点构型下机构的位置解,通过与传统数值法计算结果的比对,验证了该方法的正确性和有效性。
基于轴承负荷的暂态扭矩故障试验辨识
张文静, 杨兆建, 宋高峰, 王飞鹏
2014, 33(1): 18-21.
摘要:
基于多轮盘转子系统的轴承负荷对扭矩扰动故障进行辨识。通过负荷传感器直接采集轴承负荷信号,结合负荷对扭矩激励的敏感度矩阵,对暂态扭矩进行辨识计算,并与扭矩传感器测得的数据结果进行对比分析。结果表明:辨识结果的误差在可接受范围之内。证明了基于轴承负荷识别暂态扭矩扰动这一方法的可行性。
柔性关节机械臂的非线性控制策略研究
王海, 周璇, 夏小品, 李晗
2014, 33(1): 22-26.
摘要:
针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。
智能化振动压路机动力学建模及参数优化
龚创先, 刘柏希, 龚涛
2014, 33(1): 27-31.
摘要:
为了能够使智能化振动压路机在不同的压实阶段下进行最有效的压实作业,通过建立连耦工况下"振动轮-土体"四自由度动力学模型,分析得到了不同工作参数与振动轮及机架位移之间的关系,采用计算得到的模拟参数进行优化,得到了压实度最大且不引起跳振时的激振频率和激振角度,为振动压路机在各压实阶段下参数的优选提供数值依据。数据表明:随着土体状况的变化,压路机的激振频率保持在土体2阶固有频率的1.29~1.39倍范围内作业时,土体压实度达到最大值。
折叠式臂架系统变幅稳定性分析与优化
胥军, 李刚炎, 杨飞, 胡鹏法
2014, 33(1): 32-36.
摘要:
对折叠式臂架系统变幅过程进行动力学仿真与分析,研究影响臂架变幅稳定的主要因素,通过优化控制系统设计,实现了臂架的平稳变幅。描述了变幅过程中机构的整体运动情况,针对变幅开始和结束时刻工作点的抖动进行仿真分析,得到了mark点的运动特性与位移曲线。表明臂架变幅稳定性主要取决于中臂双液压缸动作的同步性;对液压控制系统的控制参数进行调整,提出了臂架变幅的优化控制方案。优化后的方案提高了臂架变幅的稳定性,也对液压缸的动作精度要求大幅降低。
基于CITD和同态滤波解调的滚动轴承故障诊断方法
钟先友, 曾良才, 赵春华, 陈保家
2014, 33(1): 37-42.
摘要:
针对轴承故障振动信号的非平稳特征和本征时间尺度分解(intrinsic time-scale decomposition,ITD)方法的缺点,提出了基于三次多项式的本征时间尺度分解方法(cubic polynomial-based intrinsic time-scale decomposition,CITD)和同态滤波的解调方法。首先采用CITD方法对轴承振动信号进行分解,将其分解为若干个合理旋转(proper rotation,PR)分量之和,然后用相关系数筛选出最能表征故障信息的PR分量进行重构,最后对重构信号运用同态滤波解调来提取故障特征。仿真信号与轴承故障诊断工程实例的分析验证了该方法的有效性。
精密制造与加工
铣刨鼓铣削过程仿真及切削应力分析
母福生, 熊宏志, 栗慧
2014, 33(1): 43-47.
摘要:
针对铣刨鼓铣刀易发生失效的情况,研究了铣刨鼓铣刀铣削路面过程中刀具切削应力的变化规律及切削要素对其影响。使用Johnson-cook本构关系及其断裂准则建立了沥青路面的材料模型;根据铣刨机铣削沥青路面的工况,基于ABAQUS有限元法建立了铣刨鼓铣削沥青路面的有限元模型,探究了铣刨鼓以不同切削速度、进给速度、切削厚度铣削沥青路面时铣刀的切削应力变化规律。结果表明:切削应力随着切削速度的增大而增大;切削应力随切削深度的增大而增大;切削应力随进给速度的增大而减小。
新型内循环数字液压缸系统设计及仿真研究
李鹏, 朱建公, 张德虎, 赵登峰
2014, 33(1): 48-52.
摘要:
为进一步简化传统液压系统结构、提高工作效率,设计了一种将动力元件、执行元件和控制元件有机集成的完全一体化的内循环数字液压缸系统。分析了系统的工作原理,确定了系统的各种参数;并建立了系统的仿真模型,运用AMESim软件平台进行了仿真研究。研究表明:该系统在空间、重量受限的场合有较大的优势,可适用于低速、中低压系统。
斜齿轮有限元网格自适应加密技术研究
穆慧勇, 方宗德, 苏进展, 蔡香伟
2014, 33(1): 53-56.
摘要:
为了实现有限元法分析过程中计算精度和计算时耗的平衡,对斜齿轮自适应加密进行了研究。完成了斜齿轮模型建立和网格划分,并对其进行有限元分析,得到了齿根中点拉应力的值,以及齿根中点拉应力、单元密度、齿宽三者之间的关系。利用Matlab软件对齿根中点拉应力的值进行曲线拟合,将齿根中点拉应力作为实现斜齿轮自适应加密的关键参数,引入齿模比的概念,根据齿模比值的范围实现斜齿轮有限元网格的自适应加密,使得斜齿轮的有限元分析过程中在耗时较短的同时保证了有限元分析结果的准确。
求解三维装配几何约束闭环系统的约束变换方法
黄学良, 李娜, 陈立平
2014, 33(1): 57-64.
摘要:
采用等价性分析方法消除三维几何约束系统中的伪约束闭环,并将几何约束图分解为单边子图、独立闭环子图和耦合闭环子图;采用螺旋理论识别出装配几何约束组合对应的运动副约束,将约束闭环子图映射为运动副约束图;通过分析运动副约束图的拓扑结构选择切除约束,建立装配几何约束闭环系统的相对坐标表达,将约束闭环系统的整体迭代求解转换为切除部分约束与相对坐标的迭代求解。该方法降低了数值迭代求解的规模,考虑了约束方向对求解结果的影响,既提高了约束求解的效率和稳定性,又保证了约束求解结果的正确性。
珩磨机往复换向加速度对珩磨网纹质量的影响研究
张永贵, 杨云江, 徐建华, 龚俊
2014, 33(1): 65-70.
摘要:
优质珩磨网纹是珩磨加工的最终目的。讨论了珩磨网纹加工工艺的现状及影响因素。珩磨往复换向加速度的大小影响珩磨网纹的质量,通过对换向加速度的仿真分析,揭示了加速度的变化对主要的珩磨工艺参数及网纹质量的影响。在此分析基础上,得出了珩磨往复换向加速度越大,换向时所形成的圆弧过渡区域越小,珩磨网纹质量越高。
产品规划中基于模糊效用偏好的顾客需求优先性分析
陈振颂, 李延来, 李思丰, Kwai-Sang Chin
2014, 33(1): 71-81.
摘要:
顾客需求市场竞争性分析是更为准确地确定顾客需求最终重要度的必要步骤,其有效性将直接影响产品规划质量屋的构建精确度。针对该分析过程中顾客对于竞争性产品偏好信息的模糊性,提出基于非对称三角模糊效用偏好的顾客需求竞争性评价矩阵的确定方法。利用三角模糊数中所定义的"距离"概念,构建以顾客需求竞争评价信息总相离度最大化为目标的单目标优化模型以确定顾客需求竞争性优先度。采用拉格朗日函数求解此优化模型,并对求解结果进行归一化处理以获取归一化的顾客需求竞争性优先度。通过与经典信息熵方法进行对比,论证了该方法的适用性及优势。
结构化多视图工艺设计关键技术研究
范虎成, 许建新, 董思洋
2014, 33(1): 82-87.
摘要:
为了满足制造企业对工艺设计系统的差异化需求,提出了结构化工艺的多视图设计思路。通过对结构化工艺的多视图设计模式、工艺数据的多视图展现模式以及视图间关联互动技术的研究,提出了二元体集合的模型结构、多视图间工艺数据的交换标准,实现了以模型驱动、XML文件进行多视图间数据转换的工艺设计模式,保证了工艺数据的准确性。
面向再制造的超声波清洗技术研究
胡柏林, 宋守许, 王玉琳
2014, 33(1): 88-92.
摘要:
再制造清洗技术是再制造的关键技术之一。提出了面向再制造的超声波清洗技术,并阐述影响超声波清洗的因素。配制一种新型超声波清洗剂A,进行清洗对比实验,测定不同条件下的清洗效率。实验结果表明:超声波清洗剂A在温度60℃下清洗3.5 min,清洗效率达到100%。该清洗工艺应用于废旧桥壳的清洗实例,取得了良好的效果。
装填布局问题的三元组编码方法求解
宗立成, 余隋怀, 刘国昌, 范文
2014, 33(1): 93-97.
摘要:
装填布局问题的求解已经被证明是NPC问题,最终求解的结果是符合约束条件的最优解。布局设计问题在求解中一般会采用启发式算法和智能算法对布局问题进行建模求解。针对机械产品布局问题,描述了该问题的求解思路和三元组模拟退火编码方法,并通过实例对三元组分解编码方法在机械产品布局问题上的有效性进行验证。
仪器、仪表科学与技术
水下弹性圆柱壳结构声辐射有源控制研究
丁少虎, 陈克安, 马玺越, 陈珏
2014, 33(1): 98-103.
摘要:
研究了利用次级环带声源对水下有限长弹性圆柱壳结构振动声辐射进行有源控制。给出了初级圆柱和次级环带声源之间的互辐射阻抗计算公式,考虑流固耦合效应,利用二次最优理论,以辐射声功率最小化为目标函数,得到次级环带声源的最优激励力,最后计算控制前后远场辐射声压的空间分布。结果表明:利用次级环带声源可以对弹性圆柱壳结构振动辐射噪声进行控制,增大次级环带声源与初级圆柱壳间距,控制效果变差;次级激励力位置对辐射声功率控制效果也会产生影响。
数字样机技术在电磁阀设计开发中的应用
蔺帅南, 张晓东, 王平阳, 刘亦鹏
2014, 33(1): 104-108.
摘要:
为了有效减少电磁阀结构设计开发中的简单重复劳动以提高设计效率、降低成本,通过参数化仿真手段,建立了基于Visual C++的电磁阀数字样机。该数字样机可以对电磁阀设计开发的整个流程进行监控和操作,包括结构参数的工程计算、应用Pro/E进行三维参数化建模,CFD软件进行流动阻力仿真计算,Maxwell软件进行电磁仿真计算和Ansys软件进行结构仿真计算。最后采用单阀座直动式电磁阀的实测数据以及文献相关数据对数字样机的性能仿真结果进行验证,表明建立的数字样机具有良好的可靠性。
换热设备螺旋流态化清洗粒子沉积试验研究
向寓华, 俞天兰, 余祥云
2014, 33(1): 109-112.
摘要:
螺旋流态化自动清洗技术是螺旋钢丝与液固流态化有机结合,实现对其进行在线自动防除垢、强化传热的目的。运用旋液流态化技术设计模拟试验方案,提出在流态化粒子进入换热管部分采用截面向上逐渐减小的倾斜挡板结构,有效的解决流态化粒子在换热管内分布均匀问题。采用流量分别为8.8 m3/h、10 m3/h、12 m3/h进行试验,观察平均直径为3 mm的粒子在进口处的分布情况,测量各换热管的流动速度分布,优化换热管中流态化粒子均匀分布的管箱结构,流化态粒子的平均沉降速度为0.3~0.4 m/s,得到实现流态化粒子自然循环、在高速情况下的液固分离目的结构。
运载工程
汽车囊式空气弹簧变刚度特性拟合分析
高扬, 方宗德, 祝小元, 卞翔
2014, 33(1): 113-116.
摘要:
空气弹簧的变刚度特性对悬架系统动力学研究有着重要影响,而制造商所提供的空气弹簧实验特性曲线图并不能完全反映这一特性。结合理想气体状态方程确立了空气弹簧刚度与形变量的多项式方程。通过有限元仿真得到空气弹簧动态特性曲线并进行弹簧刚度的多项式拟合,在确定悬架动力学仿真模型的基础上,研究了定压条件下,不同初始高度(初始负载)对空气弹簧变刚度特性曲线的影响,并将理论刚度变化曲线与仿真刚度变化曲线进行比对,得出实际空气弹簧承载刚度值比理论工况下大,实际刚度变化曲线不等于理论公式中依照形变量偏移后的刚度曲线这一结论。
车辆主动差速器转矩横向传递及动力性能分析
冀杰, 李以农, 陈翀
2014, 33(1): 117-121.
摘要:
为分析汽车主动差速器的驱动力矩横向转移特性及车辆动力性能损失情况,考虑非线性轮胎模型及驱动桥中各部件转动惯量对其产生的影响,建立能够反映其动力学响应和运动学特性的主动差速器状态空间模型,并在MATLAB/Simulink环境下对坡道直线加速行驶工况下的车辆主动差速器主要性能进行仿真研究。仿真结果表明:主动差速器能够在车辆加速行驶工况下通过左、右车轮之间的驱动力矩横向转移产生直接横摆力矩,在提高车辆操纵稳定性的同时降低对车辆动力性能的影响。
汽车门内板拉深成形数值模拟与参数优化
张振东, 赵雪松, 王幼民, 周革, 豆忠颖, 杨晓丽, 杜晓阳
2014, 33(1): 122-126.
摘要:
针对拉深成形影响因素众多依靠经验无法快速获得最佳参数组合延长设计周期的缺点,采用正交实验及方差分析得出主要影响因素对拉深成形的影响规律,在此基础上,使用综合加权评分对拉深成形进行评价,建立目标函数,运用复合形优化方法对实验结果进行优化。优化结果表明,使用综合加权评分法和复合形算法进行参数优化是可靠的,从而为板料成形CAE分析最佳参数的选择提供一种合理的途径。
材料科学
微弧氧化与稀土铈盐封孔对7A85新型铝合金耐蚀和耐磨性能的影响
李重阳, 刘道新, 叶作彦, 张小明, 杨智
2014, 33(1): 127-132.
摘要:
为改善7A85新型铝合金表面的耐蚀和耐磨性能,利用微弧氧化技术在其表面原位生成陶瓷膜层,用稀土铈盐溶液对陶瓷膜进行封孔处理。通过扫描电子显微镜观察陶瓷膜的表面形貌,采用X射线衍射仪分析膜层的相结构,利用盐雾腐蚀试验和电化学测试评价了陶瓷膜的耐蚀性能,用球-盘摩擦磨损试验机研究了陶瓷膜的摩擦学性能。结果表明:7A85铝合金表面微弧氧化陶瓷膜主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,陶瓷膜表面经稀土封孔处理后致密性提高。单纯的微弧氧化处理提高了7A85铝合金的耐腐蚀性能,使其抗3.5%NaCl水溶液腐蚀速率降低了1个数量级;对微弧氧化膜层进行稀土铈盐封孔处理进一步提高了膜层的耐蚀性能,腐蚀速率降低1个数量级。微弧氧化陶瓷膜显著提高了7A85铝合金表面的耐磨性能,体积磨损率从4.56×10-3mm3/(N·m)降至5.73×10-4mm3/(N·m);稀土铈盐封孔处理降低了陶瓷膜的摩擦系数,但对磨损速率无显著影响。
冲击板边界条件对材料辨识的影响
张冰瑞, 陈克安, 赵华勇, 王耀辉
2014, 33(1): 133-139.
摘要:
针对声源辨识中声源物理属性的相互影响问题,研究了边界条件可变情况下冲击阻尼板的材料辨识。利用球-板撞击物理模型进行声音合成,完成了两组主观评价实验。实验1对不同边界条件和不同材料板的冲击声进行不相似评价,通过多维尺度分析研究了人耳对材料和边界条件的感知。实验2对板材料连续变化的声音集合进行材料辨识,分析了不同边界条件下听者对阻尼的利用能力。结果表明:听者具有利用不同边界条件下板的冲击声进行材料辨识的能力,但辨识结果的优劣与所采用的主观评价实验方法有较大关系,不同边界条件下听者对阻尼的利用能力也相同。
辉光离子渗氮对Ti6Al4V合金在航空煤油中摩擦学性能的影响
汤金钢, 刘道新, 唐长斌, 张晓化, 熊华, 唐宾
2014, 33(1): 140-145.
摘要:
为改善钛合金在航空煤油中的摩擦学性能,采用辉光离子渗氮技术对Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。分析了渗氮层的表面形态、组织结构、显微硬度沿层深的分布,对比研究了钛合金基体、渗氮层和5CrMnMo工具钢在航空煤油中分别与GCr15钢及QSn4-3铜合金配副对磨时的耐磨性能,并探讨了渗氮层的表面粗糙度对摩擦磨损行为的影响。结果表明:Ti6Al4V钛合金表面渗氮层硬度明显高于5CrMnMo工具钢,经表面抛光后处理,其耐磨性能显著优于钛合金基材与5CrMnMo工具钢,同时也有效降低了摩擦配副的表面磨损。研究同时发现QSn4-3铜合金配副的磨损体积损失与渗氮层的表面粗糙度呈线性递增关系,原因归于铜合金配副的磨损失效由渗氮层表面微凸体的磨粒磨损作用及航空煤油的润滑状况决定。
航空工程
无人机全机着陆试验系统设计及应用
豆清波, 杨武刚, 牟让科, 史惟琦
2014, 33(1): 146-150.
摘要:
伞降回收是无人机重要的回收方式之一,回收系统的有效性需通过全机着陆试验予以验证。针对小型伞降无人机回收的技术特点,提出了此类无人机全机着陆试验方案。搭建了适用于伞降着陆方式无人机全机着陆试验平台和测试系统。解决了无人机全机着陆试验中机械系统设计和测试系统搭建等技术难题。利用全机试验平台成功进行了某型无人机全机着陆试验。试验结果表明:该试验系统工作稳定、可靠,可用于无人机着陆过程中起落架受载、吸能测试,机体强度验证和全机振动响应等结构性能考核。
用于机翼、垂尾加工的辅助固持装置研究
张洪双, 蒋君侠, 王青
2014, 33(1): 151-156.
摘要:
在飞机机翼、垂尾等大部件打点及精加工等工艺过程中,如何保证基于柔性工装支撑的机翼、垂尾的已调整的位姿不被破坏并对其可靠固持是一个技术难题。为此,设计了一种基于气动、液压及真空技术的辅助固持装置,并对装置的受力和关键参数进行了分析和实验。结果表明:这种辅助固持装置能够有效提高机翼、垂尾精加工时抵抗外力的能力,提高了系统的稳定性,为柔性工装调姿的大部件稳定固持提供了一种新的方法和思路。