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2018年 37卷 第2期
2018, 37(2): 165-171.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0201
摘要
PDF 1160KB
摘要:
上游风电机组的尾迹对下游风电机组会产生较为明显的影响。该文基于自由涡尾迹方法，结合几何精确梁方法，分析了上下游风电机组的耦合响应。分析结果显示，即使是在6倍叶轮直径处，下游风电机组仍然受到上游尾迹影响，叶轮功率会大幅下降，而叶片载荷波动会大幅上升。而将叶轮偏置一个叶轮直径后，并不能明显地降低上游尾迹影响。
上游风电机组的尾迹对下游风电机组会产生较为明显的影响。该文基于自由涡尾迹方法，结合几何精确梁方法，分析了上下游风电机组的耦合响应。分析结果显示，即使是在6倍叶轮直径处，下游风电机组仍然受到上游尾迹影响，叶轮功率会大幅下降，而叶片载荷波动会大幅上升。而将叶轮偏置一个叶轮直径后，并不能明显地降低上游尾迹影响。
2018, 37(2): 172-179.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0202
摘要:
基于滚动轴承动力学理论，建立考虑较大负加速条件下的圆柱滚子轴承动力学微分方程组，采用预估-校正的Hilbert-Hughes-Taylor（HHT）变步长积分算法求解其动力学微分方程组。在此基础上，提取减速阶段滚子与保持架的碰撞力和角速度作为滚子与保持架有限元接触模型的边界条件，研究保持架材料、轴承结构参数和工况参数对保持架应力的影响。研究结果表明：轴承在稳定工作阶段时保持架应力主要由离心力产生，但在停止阶段保持架应力主要由滚子与保持架间碰撞力产生，且是稳定工作阶段应力的数倍；在相同工况条件下，相对于青铜保持架，钢制保持架的安全系数更高；随着润滑油供油温度的升高，保持架应力呈现先减小后增大的趋势，存在一个最佳的润滑供油温度使保持架应力最小；应合理地选择径向游隙、载荷和润滑油供油温度以降低轴承停止阶段的保持架应力水平。
基于滚动轴承动力学理论，建立考虑较大负加速条件下的圆柱滚子轴承动力学微分方程组，采用预估-校正的Hilbert-Hughes-Taylor（HHT）变步长积分算法求解其动力学微分方程组。在此基础上，提取减速阶段滚子与保持架的碰撞力和角速度作为滚子与保持架有限元接触模型的边界条件，研究保持架材料、轴承结构参数和工况参数对保持架应力的影响。研究结果表明：轴承在稳定工作阶段时保持架应力主要由离心力产生，但在停止阶段保持架应力主要由滚子与保持架间碰撞力产生，且是稳定工作阶段应力的数倍；在相同工况条件下，相对于青铜保持架，钢制保持架的安全系数更高；随着润滑油供油温度的升高，保持架应力呈现先减小后增大的趋势，存在一个最佳的润滑供油温度使保持架应力最小；应合理地选择径向游隙、载荷和润滑油供油温度以降低轴承停止阶段的保持架应力水平。
2018, 37(2): 180-186.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0203
摘要:
以曲线齿面齿轮传动系统为研究对象，对小模数曲线齿面齿轮与渐开线圆柱蜗杆传动系统进行了齿面方程求解、几何模型建立及啮合接触分析。主要包含以下内容：依据齿轮几何学与啮合理论，分别推导出渐开线圆柱蜗杆与曲线齿面齿轮的齿面方程，基于此利用参数化建模的方法建立了准确的几何装配模型，并在其整体装配模型基础上建立了五齿啮合模型；阐述了一种基于有限元分析的时变啮合刚度算法，建立了曲线齿面齿轮啮合接触分析的有限元模型，并基于此对其啮合过程中不同接触位置的传动应力以及时变啮合刚度进行分析，获得了其时变啮合刚度的变化规律与传动应力的变化情况。
以曲线齿面齿轮传动系统为研究对象，对小模数曲线齿面齿轮与渐开线圆柱蜗杆传动系统进行了齿面方程求解、几何模型建立及啮合接触分析。主要包含以下内容：依据齿轮几何学与啮合理论，分别推导出渐开线圆柱蜗杆与曲线齿面齿轮的齿面方程，基于此利用参数化建模的方法建立了准确的几何装配模型，并在其整体装配模型基础上建立了五齿啮合模型；阐述了一种基于有限元分析的时变啮合刚度算法，建立了曲线齿面齿轮啮合接触分析的有限元模型，并基于此对其啮合过程中不同接触位置的传动应力以及时变啮合刚度进行分析，获得了其时变啮合刚度的变化规律与传动应力的变化情况。
2018, 37(2): 187-192.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0204
摘要:
首先对压电俘能系统进行了平衡点分岔分析，证明其具有非线性双稳态特性，并且得到系统的运动方程。再采用谐波平衡法对双稳态压电俘能系统进行分析，推导出了激励幅值、激励频率、响应幅值及输出功率之间的解析关系式，预测了结构的阱内、阱间动力学响应。分析了阻尼、阻抗、激励幅值、激励频率等参数对响应幅值及输出功率的影响。结果表明，阻尼、阻抗对能量获取频带宽度、响应幅值有较大影响。系统阱间、阱内运动均有高、低能量态共存现象，不同激励幅值和激励频率下存在最优阻抗使得输出功率最大。
首先对压电俘能系统进行了平衡点分岔分析，证明其具有非线性双稳态特性，并且得到系统的运动方程。再采用谐波平衡法对双稳态压电俘能系统进行分析，推导出了激励幅值、激励频率、响应幅值及输出功率之间的解析关系式，预测了结构的阱内、阱间动力学响应。分析了阻尼、阻抗、激励幅值、激励频率等参数对响应幅值及输出功率的影响。结果表明，阻尼、阻抗对能量获取频带宽度、响应幅值有较大影响。系统阱间、阱内运动均有高、低能量态共存现象，不同激励幅值和激励频率下存在最优阻抗使得输出功率最大。
2018, 37(2): 193-198.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0205
摘要:
基于多相流流型及垂直管道提升沿程压力损失机理，依据压力损失补偿方法，提出了管径"压力损失补偿系数"。结合模拟气力提升实验理论，建立了气力提升装置物理模型，设计了气力提升新型管道结构。计算了不同进气量和浸入率下压力损失补偿系数对气力提升排水量的影响，分析了不同压力损失补偿系数下的气力提升装置排水量及提升效率。研究结果表明：管径影响气力提升沿程压力损失，在一定范围内管径越大，管道沿程压力损失越小。合理的压力损失补偿系数能改变管道结构形状，减小管道摩擦阻力，进而降低气力提升过程中的管道压力损失并改变多相流流型相变点位置，提高气力提升装置效率。以排水量表征气力提升装置性能，不同进气量和浸入率下，压力损失补偿系数为正时，多相流流型受提升管道内压力损失影响降低，沿程气力提升装置排水量提高；压力损失补偿系数在0~4°逐渐增大，气力提升装置排水量先上升后趋于平稳；进气量为4.2 kg/h和2.5 kg/h时，排水量在压力损失补偿系数为2.5°~3°和0.7°~1°时达到较高值，其气力提升装置效率提高最大值分别为14.6%与9.5%。
基于多相流流型及垂直管道提升沿程压力损失机理，依据压力损失补偿方法，提出了管径"压力损失补偿系数"。结合模拟气力提升实验理论，建立了气力提升装置物理模型，设计了气力提升新型管道结构。计算了不同进气量和浸入率下压力损失补偿系数对气力提升排水量的影响，分析了不同压力损失补偿系数下的气力提升装置排水量及提升效率。研究结果表明：管径影响气力提升沿程压力损失，在一定范围内管径越大，管道沿程压力损失越小。合理的压力损失补偿系数能改变管道结构形状，减小管道摩擦阻力，进而降低气力提升过程中的管道压力损失并改变多相流流型相变点位置，提高气力提升装置效率。以排水量表征气力提升装置性能，不同进气量和浸入率下，压力损失补偿系数为正时，多相流流型受提升管道内压力损失影响降低，沿程气力提升装置排水量提高；压力损失补偿系数在0~4°逐渐增大，气力提升装置排水量先上升后趋于平稳；进气量为4.2 kg/h和2.5 kg/h时，排水量在压力损失补偿系数为2.5°~3°和0.7°~1°时达到较高值，其气力提升装置效率提高最大值分别为14.6%与9.5%。
2018, 37(2): 199-205.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0206
摘要:
针对模块化产品设计过程中模块划分结果的评价与决策问题，提出基于不确定语言变量多属性决策的评价方法。不同的模块划分方法、划分标准，可获得不同的模块划分方案，需对这些方案进行评价与决策。依据成本多属性评价体系，运用依赖型不确定语言有序加权几何（Dependent uncertain linguistic ordered weighted geometric，DULOWG）算子，对模块划分方案做出评价。由评价者对模块划分方案关于属性进行测度，构建多属性评价矩阵，借助不确定语言变量调整权重，从而降低评价者因主观性导致评价结果的不合理，从而提高评价方法的客观性和有效性。在此基础上对各方案进行评价计算得到成本多属性综合影响下的最优方案，并以开关柜为实例验证了该方法的可行性与有效性。同时，将本文方法与模糊层次分析法进行比较，指出本文方法的优越性。
针对模块化产品设计过程中模块划分结果的评价与决策问题，提出基于不确定语言变量多属性决策的评价方法。不同的模块划分方法、划分标准，可获得不同的模块划分方案，需对这些方案进行评价与决策。依据成本多属性评价体系，运用依赖型不确定语言有序加权几何（Dependent uncertain linguistic ordered weighted geometric，DULOWG）算子，对模块划分方案做出评价。由评价者对模块划分方案关于属性进行测度，构建多属性评价矩阵，借助不确定语言变量调整权重，从而降低评价者因主观性导致评价结果的不合理，从而提高评价方法的客观性和有效性。在此基础上对各方案进行评价计算得到成本多属性综合影响下的最优方案，并以开关柜为实例验证了该方法的可行性与有效性。同时，将本文方法与模糊层次分析法进行比较，指出本文方法的优越性。
2018, 37(2): 206-210.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0207
摘要:
对现有空间连杆机构进行分析改进，提出了一种6R对称布置的具有两自由度的空间扑翼机构。首先，通过对6R空间扑翼机构理论计算和仿真分析，得到了不同杆长对翼尖"8"字形轨迹的影响规律。然后，提出通过调整扑翼平均上反角来提高飞行平稳性的方法。最后，采用Adams对本文设计的机构进行仿真分析，结果表明所设计的空间扑翼机构传动流畅平稳，并满足扑动角和扭转角相位相差90°。
对现有空间连杆机构进行分析改进，提出了一种6R对称布置的具有两自由度的空间扑翼机构。首先，通过对6R空间扑翼机构理论计算和仿真分析，得到了不同杆长对翼尖"8"字形轨迹的影响规律。然后，提出通过调整扑翼平均上反角来提高飞行平稳性的方法。最后，采用Adams对本文设计的机构进行仿真分析，结果表明所设计的空间扑翼机构传动流畅平稳，并满足扑动角和扭转角相位相差90°。
2018, 37(2): 211-219.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0208
摘要:
针对实际当中阴阳转子之间的啮合间隙和转子与气缸内壁的间隙最大只有不到几十微米的情况，克服了Fluent动网格计算时为了尽量避免计算过程中出现负体积网格的现象而要将模型间隙放大至毫米级以便画出高质量体网格的不足点，探索出了一种替换动网格技术的新方法用于双螺杆压缩机的CFD计算分析，减小了用于CFD计算的流体域模型的间隙，将模型的间隙处理到微米级甚至为零，有效提升了螺杆压缩机的仿真精度与分析结果的可靠性。新的CFD计算方法中采用ANSA处理器划分双螺杆压缩机流体域的面网格和STAR-CCM+划分体网格的混合处理方式，利用STAR-CCM+中的Morphing技术实现双螺杆压缩机的流体动力学仿真。经过分析，新CFD方法的计算结果与理论和实际情况相符合，可用于指导螺杆转子型线的设计和优化。
针对实际当中阴阳转子之间的啮合间隙和转子与气缸内壁的间隙最大只有不到几十微米的情况，克服了Fluent动网格计算时为了尽量避免计算过程中出现负体积网格的现象而要将模型间隙放大至毫米级以便画出高质量体网格的不足点，探索出了一种替换动网格技术的新方法用于双螺杆压缩机的CFD计算分析，减小了用于CFD计算的流体域模型的间隙，将模型的间隙处理到微米级甚至为零，有效提升了螺杆压缩机的仿真精度与分析结果的可靠性。新的CFD计算方法中采用ANSA处理器划分双螺杆压缩机流体域的面网格和STAR-CCM+划分体网格的混合处理方式，利用STAR-CCM+中的Morphing技术实现双螺杆压缩机的流体动力学仿真。经过分析，新CFD方法的计算结果与理论和实际情况相符合，可用于指导螺杆转子型线的设计和优化。
2018, 37(2): 220-225.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0209
摘要:
欠驱动机构运动学和动力学约束不完整，机构运动具有不确定性，欠驱动机构引入柔性运动副后可利用其弹性反力一定程度上弥补动力学约束的不完整，但其运动的确定性仍与机构的初始状态和柔性运动副刚度有关。针对该问题，以含有柔性移动副的平面二自由度欠驱动机构为研究对象，提出一种运动学、动力学求解的数值迭代算法，力求通过求得运动和动力约束方程的确定解来研究该类机构的运动确定性。首先，建立机构的运动学、动力学模型，然后，利用MATLAB对该机构进行求解，得出了不同初始状态下机构能够实现确定运动的最佳刚度范围，最后，通过多组数据分析得出了最优驱动力矩与柔性移动副刚度之间的拟合曲线。
欠驱动机构运动学和动力学约束不完整，机构运动具有不确定性，欠驱动机构引入柔性运动副后可利用其弹性反力一定程度上弥补动力学约束的不完整，但其运动的确定性仍与机构的初始状态和柔性运动副刚度有关。针对该问题，以含有柔性移动副的平面二自由度欠驱动机构为研究对象，提出一种运动学、动力学求解的数值迭代算法，力求通过求得运动和动力约束方程的确定解来研究该类机构的运动确定性。首先，建立机构的运动学、动力学模型，然后，利用MATLAB对该机构进行求解，得出了不同初始状态下机构能够实现确定运动的最佳刚度范围，最后，通过多组数据分析得出了最优驱动力矩与柔性移动副刚度之间的拟合曲线。
2018, 37(2): 226-231.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0210
摘要:
磁流变液制动器制动力矩不足始终是限制磁流变液制动器实际应用的主要原因。本文通过在普通制动盘的表面增加半圆形凹槽和凸脊，增大制动盘的工作面积进而增大磁流变液制动器的制动力矩。建立凸脊与圆槽配合制动的制动力矩的模型，得到影响力矩的参数。通过数学求导法求得凸脊的圆心位置，采用ANSYS中的电磁模块对圆槽式制动盘工作间隙处做磁场分析，确定凸脊的尺寸。综合制动面积和磁感应强度的变化结果，本文设计的圆槽盘式磁流变液制动器制动力矩相比于普通盘式磁流变液制动器的制动力矩提高了33%。
磁流变液制动器制动力矩不足始终是限制磁流变液制动器实际应用的主要原因。本文通过在普通制动盘的表面增加半圆形凹槽和凸脊，增大制动盘的工作面积进而增大磁流变液制动器的制动力矩。建立凸脊与圆槽配合制动的制动力矩的模型，得到影响力矩的参数。通过数学求导法求得凸脊的圆心位置，采用ANSYS中的电磁模块对圆槽式制动盘工作间隙处做磁场分析，确定凸脊的尺寸。综合制动面积和磁感应强度的变化结果，本文设计的圆槽盘式磁流变液制动器制动力矩相比于普通盘式磁流变液制动器的制动力矩提高了33%。
2018, 37(2): 232-236.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0211
摘要:
考虑到关节型机器人工作时关节力矩变化对工作质量的影响，针对机器人复杂工作中各关节受力平稳性控制问题，本文提出改进直接配点法优化求解复杂轨迹上机器人关节动力学问题。在对机器人动力学模型进行分析的基础上，使用直接配点法将沿复杂轨迹运动的机器人动力学优化求解问题转化为非线性方程组的多目标优化求解问题，并采用序列二次规划算法求解；针对方程组中高度非凸函数极值求解过程中对初值敏感的问题，采用线性二次调节器为序列二次规划算法提供迭代初值。理论分析和数值仿真结果表明：提出的算法可保证机器人各关节在复杂轨迹上力矩、角度及角速度变化平缓，稳定工作质量，同时也能更合理地控制机器人工作时的能耗水平。
考虑到关节型机器人工作时关节力矩变化对工作质量的影响，针对机器人复杂工作中各关节受力平稳性控制问题，本文提出改进直接配点法优化求解复杂轨迹上机器人关节动力学问题。在对机器人动力学模型进行分析的基础上，使用直接配点法将沿复杂轨迹运动的机器人动力学优化求解问题转化为非线性方程组的多目标优化求解问题，并采用序列二次规划算法求解；针对方程组中高度非凸函数极值求解过程中对初值敏感的问题，采用线性二次调节器为序列二次规划算法提供迭代初值。理论分析和数值仿真结果表明：提出的算法可保证机器人各关节在复杂轨迹上力矩、角度及角速度变化平缓，稳定工作质量，同时也能更合理地控制机器人工作时的能耗水平。
2018, 37(2): 237-243.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0212
摘要:
针对滚动轴承早期故障诊断中故障特征微弱难以有效检测的问题，提出一种基于Adaboost提升支持向量机（Support vector machines，SVM）集成学习模型的滚动轴承早期故障诊断方法。首先以Cincinnati大学实测的滚动轴承全寿命振动数据为基础，采用特征参数跟踪法，建立特征参数的趋势分析，并据此选择用于滚动轴承早期故障诊断的敏感特征参量，然后通过构造Adaboost提升SVM集成学习模型，并将其应用于滚动轴承的早期故障检测中。AdaBoost能够自适应地提升单一SVM的分类性能，相对于传统的单一SVM分类器Adaboost_SVM稳定性最好，早期故障诊断准确率最高。实验结果表明，结合优选的敏感特征参量，Adaboost_SVM能有效地诊断滚动轴承的早期故障模式。
针对滚动轴承早期故障诊断中故障特征微弱难以有效检测的问题，提出一种基于Adaboost提升支持向量机（Support vector machines，SVM）集成学习模型的滚动轴承早期故障诊断方法。首先以Cincinnati大学实测的滚动轴承全寿命振动数据为基础，采用特征参数跟踪法，建立特征参数的趋势分析，并据此选择用于滚动轴承早期故障诊断的敏感特征参量，然后通过构造Adaboost提升SVM集成学习模型，并将其应用于滚动轴承的早期故障检测中。AdaBoost能够自适应地提升单一SVM的分类性能，相对于传统的单一SVM分类器Adaboost_SVM稳定性最好，早期故障诊断准确率最高。实验结果表明，结合优选的敏感特征参量，Adaboost_SVM能有效地诊断滚动轴承的早期故障模式。
2018, 37(2): 244-249.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0213
摘要:
针对未知环境下采用竞争行为动力学协调方法进行移动机器人路径规划时存在机器人运动速度参数确定困难，并且在各基本行为竞争时容易产生行为参数振荡现象而导致规划出来的路径不优化等问题，提出了基于粒子群优化算法融合行为动力学进行路径规划的方法。该方法在行为动力学模型的基础上利用粒子群优化算法（Particle swarm optimization，PSO）对路径规划过程中的基本行为进行融合，代替了竞争行为动力学的行为参数协调，从而使移动机器人能够根据传感器采集的实时环境信息自动获取各个基本行为的权值。通过把该方法与基于竞争动力学行为协调方法的机器人路径规划进行了仿真对比实验，实验结果验证了该方法的可行性和优越性。
针对未知环境下采用竞争行为动力学协调方法进行移动机器人路径规划时存在机器人运动速度参数确定困难，并且在各基本行为竞争时容易产生行为参数振荡现象而导致规划出来的路径不优化等问题，提出了基于粒子群优化算法融合行为动力学进行路径规划的方法。该方法在行为动力学模型的基础上利用粒子群优化算法（Particle swarm optimization，PSO）对路径规划过程中的基本行为进行融合，代替了竞争行为动力学的行为参数协调，从而使移动机器人能够根据传感器采集的实时环境信息自动获取各个基本行为的权值。通过把该方法与基于竞争动力学行为协调方法的机器人路径规划进行了仿真对比实验，实验结果验证了该方法的可行性和优越性。
2018, 37(2): 250-257.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0214
摘要:
在钻孔水力开采过程中，井底对岩屑产生的压持效应易导致气力提升系统输送能力减弱。为此，采用与实际作业相近的槽内供砂方式并引入水射流喷嘴研究其影响系统性能曲线及临界工况点的机理及规律。结果表明：水射流喷嘴数量N=3时就可消除槽底压持效应，起到大幅提高颗粒质量流量与提升效率之目的，之后则随其增加又对气力提升性能影响甚微。水射流喷嘴分布的非均匀性过高与过低均不利于增强气力提升性能。此外，水射流喷嘴在气举头埋入砂层（即气举头底部至砂床表层距离HQG，L，但却导致输砂临界气量值QG，S及与之对应的临界水流表观速度JL，cri因压持效应得到解除而大幅减弱，而后则随N增加仅微量减小。实测值JL，cri在H=0与理论模型中临界水流速度的计算值uLcri极为接近，但随H加大两者差异升高。
在钻孔水力开采过程中，井底对岩屑产生的压持效应易导致气力提升系统输送能力减弱。为此，采用与实际作业相近的槽内供砂方式并引入水射流喷嘴研究其影响系统性能曲线及临界工况点的机理及规律。结果表明：水射流喷嘴数量N=3时就可消除槽底压持效应，起到大幅提高颗粒质量流量与提升效率之目的，之后则随其增加又对气力提升性能影响甚微。水射流喷嘴分布的非均匀性过高与过低均不利于增强气力提升性能。此外，水射流喷嘴在气举头埋入砂层（即气举头底部至砂床表层距离HQG，L，但却导致输砂临界气量值QG，S及与之对应的临界水流表观速度JL，cri因压持效应得到解除而大幅减弱，而后则随N增加仅微量减小。实测值JL，cri在H=0与理论模型中临界水流速度的计算值uLcri极为接近，但随H加大两者差异升高。
2018, 37(2): 258-262.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0215
摘要:
花键类零件在动力传动机构中应用广泛，承载能力大，导向性好，定心精度高。常用加工方式主要是切削加工工艺和挤压、滚压的无切削加工工艺，受工艺方法的限制，在薄壁零件外花键加工中，极易造成工件变形，无法满足加工精度要求，特别是在航空难加工材料薄壁细长轴内外花键成形中，由于高温合金材料加工工艺性差，切削力大，是加工的一个难点。调频调幅轴向振动挤压成形加工工艺在加工过程中，模具挤压时附加振动，可有效降低挤压变形抗力，改善加工精度。研究振动挤压过程中的工艺参数，与传统工艺进行对比，同时得到各个工艺参数对加工工艺的定性关系，为优化振动挤压工艺参数和机床调整提供理论依据。进行了调频调幅轴向挤压主要工艺参数的测量试验，得到了调频调幅振动挤压的工艺参数并进行了分析研究，对薄壁细长轴外花键振动挤压成形工艺设计有重要的指导意义。
花键类零件在动力传动机构中应用广泛，承载能力大，导向性好，定心精度高。常用加工方式主要是切削加工工艺和挤压、滚压的无切削加工工艺，受工艺方法的限制，在薄壁零件外花键加工中，极易造成工件变形，无法满足加工精度要求，特别是在航空难加工材料薄壁细长轴内外花键成形中，由于高温合金材料加工工艺性差，切削力大，是加工的一个难点。调频调幅轴向振动挤压成形加工工艺在加工过程中，模具挤压时附加振动，可有效降低挤压变形抗力，改善加工精度。研究振动挤压过程中的工艺参数，与传统工艺进行对比，同时得到各个工艺参数对加工工艺的定性关系，为优化振动挤压工艺参数和机床调整提供理论依据。进行了调频调幅轴向挤压主要工艺参数的测量试验，得到了调频调幅振动挤压的工艺参数并进行了分析研究，对薄壁细长轴外花键振动挤压成形工艺设计有重要的指导意义。
2018, 37(2): 263-269.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0216
摘要:
基于正交切削模型分析了材料本构参数对高速切削锯齿形切屑的影响。研究发现：切削力和切削温度随材料本构参数值A、B、C和n呈线性变化；参数A和n对切屑形貌影响较大；参数B、C和m影响锯齿形切屑的曲率半径，若C ≤ 0.01，m ≥ 5，参数C和m对切屑形貌以及切削力和切削温度的影响可以忽略。工件材料硬度增加，A值增大，而n值减小；对于受应变率影响大的材料，C值较大；受温度影响大的工件，m值较小。本文结论为预测材料在不同硬度时本构参数值的变化，或根据材料本构参数值推断材料硬度值以及不同材料的固有属性差异性比较提供了参考。
基于正交切削模型分析了材料本构参数对高速切削锯齿形切屑的影响。研究发现：切削力和切削温度随材料本构参数值A、B、C和n呈线性变化；参数A和n对切屑形貌影响较大；参数B、C和m影响锯齿形切屑的曲率半径，若C ≤ 0.01，m ≥ 5，参数C和m对切屑形貌以及切削力和切削温度的影响可以忽略。工件材料硬度增加，A值增大，而n值减小；对于受应变率影响大的材料，C值较大；受温度影响大的工件，m值较小。本文结论为预测材料在不同硬度时本构参数值的变化，或根据材料本构参数值推断材料硬度值以及不同材料的固有属性差异性比较提供了参考。
2018, 37(2): 270-275.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0217
摘要:
在单点增量成形过程中，不同的工艺条件和成形力会造成接触点的应力应变状态发生较大的变化，引起板料破裂、堆积、起皱等缺陷，降低成形质量和精度。本文提出了一种基于数控技术的超声振动单点增量成形方法，通过改变工具头与成形件之间的瞬时接触状态、润滑条件以及材料的变形机理，进而降低成形力，提高成形质量。以Hass数控机床作为实验平台，设计开发了超声振动主轴以及板料夹持系统，建立了基于Kistler的成形力测试系统，通过大量成形实验，获得不同工艺和振动条件下的成形力的变化规律。
在单点增量成形过程中，不同的工艺条件和成形力会造成接触点的应力应变状态发生较大的变化，引起板料破裂、堆积、起皱等缺陷，降低成形质量和精度。本文提出了一种基于数控技术的超声振动单点增量成形方法，通过改变工具头与成形件之间的瞬时接触状态、润滑条件以及材料的变形机理，进而降低成形力，提高成形质量。以Hass数控机床作为实验平台，设计开发了超声振动主轴以及板料夹持系统，建立了基于Kistler的成形力测试系统，通过大量成形实验，获得不同工艺和振动条件下的成形力的变化规律。
2018, 37(2): 276-279.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0218
摘要:
为了提高刀具磨损区域检测准确性，本文在研究刀具磨损区域特点的基础上，提出了一种新的刀具磨损检测方法。首先，对采集的刀具图像进行高斯滤波获得高斯滤波图，消除噪声信息；然后，通过高斯差分滤波获得高斯差分图，提取刀具背景纹理信息；在此基础上，利用高斯滤波图与高斯差分图之间的中央-周边操作获得显著图，以消除高频噪声信息以及光照不均等低频背景信息，提高刀具磨损区域的显著性；最后，根据刀具磨损区域特征进行刀具磨损区域分割和滤波。实验表明，推荐方法能够准确检测刀具磨损区域，具有较高的检测准确率。
为了提高刀具磨损区域检测准确性，本文在研究刀具磨损区域特点的基础上，提出了一种新的刀具磨损检测方法。首先，对采集的刀具图像进行高斯滤波获得高斯滤波图，消除噪声信息；然后，通过高斯差分滤波获得高斯差分图，提取刀具背景纹理信息；在此基础上，利用高斯滤波图与高斯差分图之间的中央-周边操作获得显著图，以消除高频噪声信息以及光照不均等低频背景信息，提高刀具磨损区域的显著性；最后，根据刀具磨损区域特征进行刀具磨损区域分割和滤波。实验表明，推荐方法能够准确检测刀具磨损区域，具有较高的检测准确率。
2018, 37(2): 280-286.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0219
摘要:
利用区间模型对尺寸公差进行描述，构建了一种基于尺寸公差的区间优化方法，实现了基本尺寸及其公差的同步优化。本方法以基本尺寸和公差为设计变量，以尺寸公差最大化为设计目标，以决策者对机械系统的性能要求及原问题的最严限制性条件为约束，建立区间优化模型。通过区间中点和区间右边界，将不确定性区间优化模型中的目标函数与约束进行确定性转换。有效解决了在机械系统给定性能水平及其固有约束条件下，求解关键零部件最优基本尺寸与最低成本尺寸公差的问题。该方法已被应用于数值算例及工程实例。
利用区间模型对尺寸公差进行描述，构建了一种基于尺寸公差的区间优化方法，实现了基本尺寸及其公差的同步优化。本方法以基本尺寸和公差为设计变量，以尺寸公差最大化为设计目标，以决策者对机械系统的性能要求及原问题的最严限制性条件为约束，建立区间优化模型。通过区间中点和区间右边界，将不确定性区间优化模型中的目标函数与约束进行确定性转换。有效解决了在机械系统给定性能水平及其固有约束条件下，求解关键零部件最优基本尺寸与最低成本尺寸公差的问题。该方法已被应用于数值算例及工程实例。
2018, 37(2): 287-292.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0220
摘要:
根据测量常规锂电池极片辊压过程后的厚度发现，极片厚度往往并不均匀。通过建立辊压机主动滚的受力数学模型，得出极片厚度不均匀机理。为改善这种现象，提高锂电池质量，提出对传统辊压机的结构优化改进，即在压辊两端安装轴承座与两组施力不同的液压缸。对优化后的辊压机进行Solidworks建模并进行优化分析，得到使压辊弯曲应力最小时应对液压缸的施力。并通过二次开发软件建立辊压极片的设计平台，可极大提高获取机构优化后的辊压机相关工作参数的速度。实验结果表明，优化后的辊压机可使锂电池极片厚度更为均匀，锂电池生产自动化水平度大幅提高。
根据测量常规锂电池极片辊压过程后的厚度发现，极片厚度往往并不均匀。通过建立辊压机主动滚的受力数学模型，得出极片厚度不均匀机理。为改善这种现象，提高锂电池质量，提出对传统辊压机的结构优化改进，即在压辊两端安装轴承座与两组施力不同的液压缸。对优化后的辊压机进行Solidworks建模并进行优化分析，得到使压辊弯曲应力最小时应对液压缸的施力。并通过二次开发软件建立辊压极片的设计平台，可极大提高获取机构优化后的辊压机相关工作参数的速度。实验结果表明，优化后的辊压机可使锂电池极片厚度更为均匀，锂电池生产自动化水平度大幅提高。
2018, 37(2): 293-299.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0221
摘要:
提出一种旋转机械故障诊断方法，该方法由频域随机压缩和稀疏表示分类两部分组成。频域随机压缩实现了故障特征的提取，首先通过傅里叶变换得到振动信号的幅值序列，然后构造随机测量矩阵对幅值序列进行压缩测量，压缩测量值作为故障特征向量。在稀疏表示分类中，以有故障标签的特征向量构成故障特征库，将待测特征向量的分类问题转化为稀疏优化问题，应用正交匹配追踪求得待测特征在故障特征库上的表示系数，然后利用表示系数求出待测特征的类重构偏差，根据类重构偏差可以得到诊断结果。齿轮和轴承故障诊断实验证实了本文所提方法的有效性。
提出一种旋转机械故障诊断方法，该方法由频域随机压缩和稀疏表示分类两部分组成。频域随机压缩实现了故障特征的提取，首先通过傅里叶变换得到振动信号的幅值序列，然后构造随机测量矩阵对幅值序列进行压缩测量，压缩测量值作为故障特征向量。在稀疏表示分类中，以有故障标签的特征向量构成故障特征库，将待测特征向量的分类问题转化为稀疏优化问题，应用正交匹配追踪求得待测特征在故障特征库上的表示系数，然后利用表示系数求出待测特征的类重构偏差，根据类重构偏差可以得到诊断结果。齿轮和轴承故障诊断实验证实了本文所提方法的有效性。
2018, 37(2): 300-305.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0222
摘要:
在工业过程控制中，气动阀门的粘滞非线性特性会导致控制回路性能下降甚至振荡。针对已有基于模糊聚类的阀门粘滞检测方法在故障检测过程中容易出现错误诊断问题，提出了改进方法，能有效识别外部干扰和阀门粘滞。首先利用模糊聚类算法对回路日常运行数据进行聚类分析得到聚类中心，根据粘滞阀门输入输出数据的分布特性，评价聚类中心的线性拟合度。然后对聚类中心所构成四边形进行凹凸性识别，再根据聚类中心的分布特征定义了一种新粘滞指标。通过给出的仿真实验，以及化工厂的两个流量控制回路故障检测实验，验证了所提方法的有效性和准确性。
在工业过程控制中，气动阀门的粘滞非线性特性会导致控制回路性能下降甚至振荡。针对已有基于模糊聚类的阀门粘滞检测方法在故障检测过程中容易出现错误诊断问题，提出了改进方法，能有效识别外部干扰和阀门粘滞。首先利用模糊聚类算法对回路日常运行数据进行聚类分析得到聚类中心，根据粘滞阀门输入输出数据的分布特性，评价聚类中心的线性拟合度。然后对聚类中心所构成四边形进行凹凸性识别，再根据聚类中心的分布特征定义了一种新粘滞指标。通过给出的仿真实验，以及化工厂的两个流量控制回路故障检测实验，验证了所提方法的有效性和准确性。
2018, 37(2): 306-312.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0223
摘要:
本文将驱动器与控制器相结合并改进了Delta机器人运动学求解的方法，应用在Delta机器人上实现了一体化驱动技术。该一体化驱控技术采用ARM+DSP的核心架构，以ARM为核心的采用嵌入式开放式控制子系统主要实现机器人的轨迹规划、外围控制以及通讯，以DSP C28为核心的高效运算从控制子系统主要实现伺服电机的驱动和机器人的运动控制。同时，本文利用几何向量法针对Delta机器人运动学正反解的求解方法进行改进，方便一体化驱控技术的软件开发。最后将所得研究结果系统的应用在Delta机器人本体，机器人重复定位精度误差达到了±0.01 mm，各轴的误差较为稳定，可靠性较强，系统的总体性能能够满足运动控制系统的功能要求。
本文将驱动器与控制器相结合并改进了Delta机器人运动学求解的方法，应用在Delta机器人上实现了一体化驱动技术。该一体化驱控技术采用ARM+DSP的核心架构，以ARM为核心的采用嵌入式开放式控制子系统主要实现机器人的轨迹规划、外围控制以及通讯，以DSP C28为核心的高效运算从控制子系统主要实现伺服电机的驱动和机器人的运动控制。同时，本文利用几何向量法针对Delta机器人运动学正反解的求解方法进行改进，方便一体化驱控技术的软件开发。最后将所得研究结果系统的应用在Delta机器人本体，机器人重复定位精度误差达到了±0.01 mm，各轴的误差较为稳定，可靠性较强，系统的总体性能能够满足运动控制系统的功能要求。
2018, 37(2): 313-317.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0224
摘要:
面曝光快速成型是光固化成型领域快速高速发展的一种工艺，曝光时间是成型工艺中的关键参数之一，对于成型质量有直接关系：若曝光时间过短，正在固化的树脂层硬度不够，在重力的的作用下会使其下落，进而影响下层树脂的固化，一层影响一层，最终使得逐层固化的树脂精度不高，导致制件变形较大；若曝光时间过长，正在固化的树脂硬度会比较高，但是其收缩也会比较明显，同时会在固化层和树脂槽之间会产生真空，真空力会使打印金属平台上升时所产生的拉力增大，容易造成固化层脱落遗留在树脂槽中，导致打印物件制造失败。通过比较不同曝光时间下样品的凝胶含量和双键转化率两大指标，确定样品随着曝光时间的增加固化程度也在不断增加；然后通过比较不同曝光时间下样品的拉伸储能模量，发现样品随着曝光时间的增加力学性能也随之增强。通过综合比较固化程度、成型力学性能、成型精度三大因素，确定整体成型最佳曝光时间。通过两个分层试验验证了前述最佳曝光时间的合理性。
面曝光快速成型是光固化成型领域快速高速发展的一种工艺，曝光时间是成型工艺中的关键参数之一，对于成型质量有直接关系：若曝光时间过短，正在固化的树脂层硬度不够，在重力的的作用下会使其下落，进而影响下层树脂的固化，一层影响一层，最终使得逐层固化的树脂精度不高，导致制件变形较大；若曝光时间过长，正在固化的树脂硬度会比较高，但是其收缩也会比较明显，同时会在固化层和树脂槽之间会产生真空，真空力会使打印金属平台上升时所产生的拉力增大，容易造成固化层脱落遗留在树脂槽中，导致打印物件制造失败。通过比较不同曝光时间下样品的凝胶含量和双键转化率两大指标，确定样品随着曝光时间的增加固化程度也在不断增加；然后通过比较不同曝光时间下样品的拉伸储能模量，发现样品随着曝光时间的增加力学性能也随之增强。通过综合比较固化程度、成型力学性能、成型精度三大因素，确定整体成型最佳曝光时间。通过两个分层试验验证了前述最佳曝光时间的合理性。
2018, 37(2): 318-323.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0225
摘要:
为了探究某航空发动机曲轴扭振减振器的失效机理，采用有限元法对该发动机轴系进行了模态分析，并进行了试验验证；基于轴系扭纵耦合振动理论和谐响应分析计算了该轴系的轴向振动位移幅值；在此基础上对扭振减振器进行了失效分析。研究结果表明，因该航空发动机经常工作在过渡工况，引起轴系扭转共振和扭纵耦合振动，使得轴系轴向位移较大，轴系产生的轴向力是造成该扭振减振器失效的最主要原因。
为了探究某航空发动机曲轴扭振减振器的失效机理，采用有限元法对该发动机轴系进行了模态分析，并进行了试验验证；基于轴系扭纵耦合振动理论和谐响应分析计算了该轴系的轴向振动位移幅值；在此基础上对扭振减振器进行了失效分析。研究结果表明，因该航空发动机经常工作在过渡工况，引起轴系扭转共振和扭纵耦合振动，使得轴系轴向位移较大，轴系产生的轴向力是造成该扭振减振器失效的最主要原因。
2018, 37(2): 324-328.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0226
摘要:
以航空发动机附件平行轴传动系统为研究对象，探讨了附件之间干涉和传动链传动设计准则对传动系统布局的影响。将附件传动系统视为单输入单元和多输出单元的黑箱，可行传动方案为遍历各单元的无内环路径。参考TSP（Traveling salesman problem）路径规划算法，运用图论知识可以确定表示单元之间关联疏远程度的邻接矩阵。采用广探法得到满足多约束条件的所有可行传动路径，并建立图论中单元节点度与传动形式的关系，实现了平行轴传动系统方案的自动布局。根据不同目标下最优约束条件，在可行方案中可自动获得最优方案。通过以传动链体积最小为目标的六轴附件传动方案设计实例，验证了该方法的有效性。
以航空发动机附件平行轴传动系统为研究对象，探讨了附件之间干涉和传动链传动设计准则对传动系统布局的影响。将附件传动系统视为单输入单元和多输出单元的黑箱，可行传动方案为遍历各单元的无内环路径。参考TSP（Traveling salesman problem）路径规划算法，运用图论知识可以确定表示单元之间关联疏远程度的邻接矩阵。采用广探法得到满足多约束条件的所有可行传动路径，并建立图论中单元节点度与传动形式的关系，实现了平行轴传动系统方案的自动布局。根据不同目标下最优约束条件，在可行方案中可自动获得最优方案。通过以传动链体积最小为目标的六轴附件传动方案设计实例，验证了该方法的有效性。
