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2018年 37卷 第6期
2018, 37(6): 821-827.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0601
摘要
PDF 1120KB
摘要:
以获得立式振动磨最佳粉碎效果为目的，建立了立式振动磨参数化仿真模型，采用拉丁超立方方法生成样本数据，构建了立式振动磨响应面近似模型且其精度达到可接受水平。以振动强度、撞击力最大，研磨介质体积最小为目标函数，采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对响应面近似模型进行多目标优化设计，得到Pareto最优解集和Pareto前沿图，为立式振动磨结构设计和参数选择提供理论指导。最后，通过立式振动磨的优化算例说明了该方法的有效性。近似模型方法能提高优化效率，且该研究也为其他复杂模型的设计优化问题提供了一种方法。
以获得立式振动磨最佳粉碎效果为目的，建立了立式振动磨参数化仿真模型，采用拉丁超立方方法生成样本数据，构建了立式振动磨响应面近似模型且其精度达到可接受水平。以振动强度、撞击力最大，研磨介质体积最小为目标函数，采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对响应面近似模型进行多目标优化设计，得到Pareto最优解集和Pareto前沿图，为立式振动磨结构设计和参数选择提供理论指导。最后，通过立式振动磨的优化算例说明了该方法的有效性。近似模型方法能提高优化效率，且该研究也为其他复杂模型的设计优化问题提供了一种方法。
2018, 37(6): 828-833.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0602
摘要:
针对柴油机振动加速度信号特征提取困难的问题，提出一种对时频图像纹理信息进行增强的矩阵非负分解方法，用于提取柴油机振动信号的时频特征。首先，利用匹配追踪算法（MP）结合Wigner-Ville分布获取时频分辨率较好的时频表征；然后引入局部二值模式（LBP）算子对时频图像的灰度矩阵重新编码，再利用非负矩阵分解算法（NMF）获取时频图像对应的低维特征参量，以增强时频图像的纹理特征，提高NMF的特征提取效果。通过对柴油机4种不同状态的振动信号进行分析研究，可得出结论：该方法能有效地表达柴油机缸盖振动加速度信号的时频特征，可用于准确地诊断柴油机的气门故障。
针对柴油机振动加速度信号特征提取困难的问题，提出一种对时频图像纹理信息进行增强的矩阵非负分解方法，用于提取柴油机振动信号的时频特征。首先，利用匹配追踪算法（MP）结合Wigner-Ville分布获取时频分辨率较好的时频表征；然后引入局部二值模式（LBP）算子对时频图像的灰度矩阵重新编码，再利用非负矩阵分解算法（NMF）获取时频图像对应的低维特征参量，以增强时频图像的纹理特征，提高NMF的特征提取效果。通过对柴油机4种不同状态的振动信号进行分析研究，可得出结论：该方法能有效地表达柴油机缸盖振动加速度信号的时频特征，可用于准确地诊断柴油机的气门故障。
2018, 37(6): 834-838.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0603
摘要:
针对转套式配流系统在高低压转换时存在的冲击、噪声等问题，提出一种三角形截面减振槽结构。根据配流系统的结构特点，建立减振槽数学模型，分析减振槽在不同阶段的通流面积；并对配流系统全流场进行数值分析与可视化研究，分析减振槽对流量脉动、泵腔压力、速度矢量的影响规律。结果表明：三角形截面减振槽结构流场流态为湍流，流场流速较大、流向紊乱，对流量脉动影响较严重，出现流量冲击和回流现象，但很大程度上降低了压力脉动，对压力场具有良好的稳定作用。
针对转套式配流系统在高低压转换时存在的冲击、噪声等问题，提出一种三角形截面减振槽结构。根据配流系统的结构特点，建立减振槽数学模型，分析减振槽在不同阶段的通流面积；并对配流系统全流场进行数值分析与可视化研究，分析减振槽对流量脉动、泵腔压力、速度矢量的影响规律。结果表明：三角形截面减振槽结构流场流态为湍流，流场流速较大、流向紊乱，对流量脉动影响较严重，出现流量冲击和回流现象，但很大程度上降低了压力脉动，对压力场具有良好的稳定作用。
2018, 37(6): 839-847.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0604
摘要:
五轴龙门加工中心在现场安装过程中，地脚螺栓安装预紧力导致机床床身变形将影响加工中心的几何精度，而产生的应力分布特性将影响加工中心的精度保持性。论文在分析螺栓预紧模型的基础上，提出了基于最小变形安装误差和均匀螺栓结合面压力分布的地脚螺栓组分步预紧工艺方法，并量化分析了预紧顺序、分步加载预紧步数以及预紧力分配比例对于导轨安装面几何精度、结合面压力分布均匀性以及精度保持性的影响。仿真结果表明，该方法能够实现五轴龙门加工中心地脚螺栓组快速，有效的安装，解决了传统经验安装效率低，精度难以保证的问题。
五轴龙门加工中心在现场安装过程中，地脚螺栓安装预紧力导致机床床身变形将影响加工中心的几何精度，而产生的应力分布特性将影响加工中心的精度保持性。论文在分析螺栓预紧模型的基础上，提出了基于最小变形安装误差和均匀螺栓结合面压力分布的地脚螺栓组分步预紧工艺方法，并量化分析了预紧顺序、分步加载预紧步数以及预紧力分配比例对于导轨安装面几何精度、结合面压力分布均匀性以及精度保持性的影响。仿真结果表明，该方法能够实现五轴龙门加工中心地脚螺栓组快速，有效的安装，解决了传统经验安装效率低，精度难以保证的问题。
2018, 37(6): 848-853.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0605
摘要:
通过对标准位置基础铰链四杆机构和一般位置带展杆铰链四杆机构的连杆转角傅里叶级数展开式的深入研究，发现归一化后的连杆曲线谐波特征参数与连杆展杆的长度l0和展角α无关，只与基础杆长l1、l2、l3、l4有关。故以期望轨迹与连杆上E点轨迹的谐波特征参数中幅值相差最小为优化目标，只需优化设计出l1、l2、l3、l4这4个参数，进而计算求得其他6个参数。所有的计算过程都由Matlab程序自动完成。该方法能快速准确地完成实现任意期望轨迹的四杆机构尺度设计，且不受离散点个数和初值设定的限制，与传统的优化设计直接法和电子图谱间接法相比，降低了优化的维数，提高了运算效率，且轨迹的重合度极高，为平面连杆机构的轨迹综合提供了比较理想的设计方法。
通过对标准位置基础铰链四杆机构和一般位置带展杆铰链四杆机构的连杆转角傅里叶级数展开式的深入研究，发现归一化后的连杆曲线谐波特征参数与连杆展杆的长度l0和展角α无关，只与基础杆长l1、l2、l3、l4有关。故以期望轨迹与连杆上E点轨迹的谐波特征参数中幅值相差最小为优化目标，只需优化设计出l1、l2、l3、l4这4个参数，进而计算求得其他6个参数。所有的计算过程都由Matlab程序自动完成。该方法能快速准确地完成实现任意期望轨迹的四杆机构尺度设计，且不受离散点个数和初值设定的限制，与传统的优化设计直接法和电子图谱间接法相比，降低了优化的维数，提高了运算效率，且轨迹的重合度极高，为平面连杆机构的轨迹综合提供了比较理想的设计方法。
2018, 37(6): 854-858.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0606
摘要:
平面并联机构以其优异的性能在工程领域得到广泛应用，为有效提高机构运动精度，提出了基于模糊PID控制算法的3-RRR平面并联机构实时控制方法。在分析模糊PID控制原理的基础上，建立3-RRR平面并联机构模糊PID控制系统模型，搭建机构控制实验装置，实验研究了机构运动精度的实时控制。结果表明，对3-RRR平面并联机构施加模糊PID控制后，机构角位移误差最大值为2.1°，降幅达53%以上；建立的模糊PID控制系统能够用于机构运动精度实时控制，有效降低机构角位移误差，算法简单，实时性较好。
平面并联机构以其优异的性能在工程领域得到广泛应用，为有效提高机构运动精度，提出了基于模糊PID控制算法的3-RRR平面并联机构实时控制方法。在分析模糊PID控制原理的基础上，建立3-RRR平面并联机构模糊PID控制系统模型，搭建机构控制实验装置，实验研究了机构运动精度的实时控制。结果表明，对3-RRR平面并联机构施加模糊PID控制后，机构角位移误差最大值为2.1°，降幅达53%以上；建立的模糊PID控制系统能够用于机构运动精度实时控制，有效降低机构角位移误差，算法简单，实时性较好。
2018, 37(6): 859-866.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0607
摘要:
根据分形接触理论，建立了拉杆转子轮盘结合面弹性接触弯曲耦合模型和扭转耦合模型。在此基础上，采用集总参数法，建立了拉杆转子-轴承系统的动力学模型。通过锤击试验，测量了拉杆转子自由状态下的固有频率，验证了该模型的有效性。借助于数值仿真方法，研究了系统横向振动固有频率和扭转振动固有频率随结合面法向载荷的变化规律。研究发现：分形接触理论可以有效地解决拉杆转子轮盘接触表面间的弹性接触问题；结合面法向载荷增大时，系统固有频率同步增大；拉杆转子的固有频率小于相同结构尺寸的连续体转子的固有频率；法向载荷对高阶固有频率影响较大；对滑动轴承支承的拉杆转子轴承系统来说，拉杆转子预紧力对低阶横向振动和扭转振动固有频率影响相对较小。
根据分形接触理论，建立了拉杆转子轮盘结合面弹性接触弯曲耦合模型和扭转耦合模型。在此基础上，采用集总参数法，建立了拉杆转子-轴承系统的动力学模型。通过锤击试验，测量了拉杆转子自由状态下的固有频率，验证了该模型的有效性。借助于数值仿真方法，研究了系统横向振动固有频率和扭转振动固有频率随结合面法向载荷的变化规律。研究发现：分形接触理论可以有效地解决拉杆转子轮盘接触表面间的弹性接触问题；结合面法向载荷增大时，系统固有频率同步增大；拉杆转子的固有频率小于相同结构尺寸的连续体转子的固有频率；法向载荷对高阶固有频率影响较大；对滑动轴承支承的拉杆转子轴承系统来说，拉杆转子预紧力对低阶横向振动和扭转振动固有频率影响相对较小。
2018, 37(6): 867-872.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0608
摘要:
超环面机电传动是一种有机结合电磁驱动和减速机构的空间机电传动，在机器人和航空航天等要求结构紧凑的领域具有很好的应用前景。在对该机电传动结构特点及驱动机理进行分析的基础上，对单个行星齿输出转矩进行了解析计算。通过对内外定子与行星轮的电磁啮合关系进行分析，讨论了行星轮齿数和蜗杆包角等结构参数对输出转矩的影响，推导出多齿参与啮合的输出转矩解析关系，对输出转矩的波动性做了分析计算。
超环面机电传动是一种有机结合电磁驱动和减速机构的空间机电传动，在机器人和航空航天等要求结构紧凑的领域具有很好的应用前景。在对该机电传动结构特点及驱动机理进行分析的基础上，对单个行星齿输出转矩进行了解析计算。通过对内外定子与行星轮的电磁啮合关系进行分析，讨论了行星轮齿数和蜗杆包角等结构参数对输出转矩的影响，推导出多齿参与啮合的输出转矩解析关系，对输出转矩的波动性做了分析计算。
2018, 37(6): 873-878.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0609
摘要:
提出一种基于三维轴心轨迹和流形学习的故障诊断方法。提取转子系统水平、竖直和轴向的位移信号，采用EEMD分解对原始信号进行降噪，将降噪后的信号合成三维轴心轨迹，采用LTSA流形学习算法对三维轴心轨迹进行降维得到其二维流形图。相较于三维轴心轨迹，降维后的二维流形图更方便分析与识别，并且保留了三维轴心轨迹各数据点的空间拓扑关系。应用该方法进行试验，获取转子系统的正常、不对中、油膜涡动、油膜振荡的三维轴心轨迹及其降维后的二维流形图。利用LTSA算法得到的二维流形图相比于三维轴心轨迹具有简单直观的特征区分。
提出一种基于三维轴心轨迹和流形学习的故障诊断方法。提取转子系统水平、竖直和轴向的位移信号，采用EEMD分解对原始信号进行降噪，将降噪后的信号合成三维轴心轨迹，采用LTSA流形学习算法对三维轴心轨迹进行降维得到其二维流形图。相较于三维轴心轨迹，降维后的二维流形图更方便分析与识别，并且保留了三维轴心轨迹各数据点的空间拓扑关系。应用该方法进行试验，获取转子系统的正常、不对中、油膜涡动、油膜振荡的三维轴心轨迹及其降维后的二维流形图。利用LTSA算法得到的二维流形图相比于三维轴心轨迹具有简单直观的特征区分。
2018, 37(6): 879-883.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0067
摘要:
提出一种基于扫描式测头的集成在机测量方法。基于多体系统理论，建立机床运动功能模型；依据探针与齿轮齿面的接触关系，应用齐次坐标变换方法建立渐开线螺旋曲面的测量模型；以被测特征廓形创成运动为约束条件，构造齿面被测特征与机床伺服运动之间的映射关系，得到测量齿面被测特征所需的各伺服轴运动量；采用小波变换方法剔除了齿面粗糙度、机床伺服系统振动干扰等各种测量过程中的噪声信号，合理有效地提取被测齿轮齿向线的加工轮廓细节特征。以YK73系列数控成型砂轮磨齿机测量斜齿圆柱齿轮齿向偏差为例，进行了在机测量实验。实验表明，在机测量结果与齿轮量仪的计量结果保持了较好的一致性，验证了本文方法可行有效、精度高。
提出一种基于扫描式测头的集成在机测量方法。基于多体系统理论，建立机床运动功能模型；依据探针与齿轮齿面的接触关系，应用齐次坐标变换方法建立渐开线螺旋曲面的测量模型；以被测特征廓形创成运动为约束条件，构造齿面被测特征与机床伺服运动之间的映射关系，得到测量齿面被测特征所需的各伺服轴运动量；采用小波变换方法剔除了齿面粗糙度、机床伺服系统振动干扰等各种测量过程中的噪声信号，合理有效地提取被测齿轮齿向线的加工轮廓细节特征。以YK73系列数控成型砂轮磨齿机测量斜齿圆柱齿轮齿向偏差为例，进行了在机测量实验。实验表明，在机测量结果与齿轮量仪的计量结果保持了较好的一致性，验证了本文方法可行有效、精度高。
2018, 37(6): 884-890.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0610
摘要:
为解决高精密车床主轴回转误差难以精密分离的问题，提出了多步误差分离法。根据误差特性，每步消除单一误差，最后分离得出精确的回转误差。以固接在精密车床主轴端的标准球为直接测量对象，设计一套以三个空间上相互垂直的电涡流传感器为基础的测量平台，对高精度标准球的径向跳动和轴向窜动进行同步测量。基于径向垂直的两个传感器测得的数据，进行预消偏处理，分离出平均偏心距13.1 μm。对轴向窜动量和径向跳动量进行对比分析，从理论上探究轴向窜动对径向跳动的影响程度。最后对预处理后的采集数据采用数理统计法进行误差分离，通过最小二乘圆法评定主轴的回转误差，最终得出标准球的形状误差为2.2 μm；而在（0~700） r/min主轴实际转速范围内，该主轴的平均回转精度为1.8 μm。
为解决高精密车床主轴回转误差难以精密分离的问题，提出了多步误差分离法。根据误差特性，每步消除单一误差，最后分离得出精确的回转误差。以固接在精密车床主轴端的标准球为直接测量对象，设计一套以三个空间上相互垂直的电涡流传感器为基础的测量平台，对高精度标准球的径向跳动和轴向窜动进行同步测量。基于径向垂直的两个传感器测得的数据，进行预消偏处理，分离出平均偏心距13.1 μm。对轴向窜动量和径向跳动量进行对比分析，从理论上探究轴向窜动对径向跳动的影响程度。最后对预处理后的采集数据采用数理统计法进行误差分离，通过最小二乘圆法评定主轴的回转误差，最终得出标准球的形状误差为2.2 μm；而在（0~700） r/min主轴实际转速范围内，该主轴的平均回转精度为1.8 μm。
2018, 37(6): 891-895.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0611
摘要:
针对拟合曲线的精度与光顺性互相冲突，在进行曲线拟合时常以牺牲一方面的质量来使另一方面满足要求的问题，提出了基于三次B样条小波的曲线拟合方法。对控制点坐标的数据信息进行小波处理，剔除高频细节信息，获取低频主体信息，用将近原始控制点一半数目的新的控制点来表示原始控制点的数据特征，既保证了拟合精度又提高了拟合光顺性，从而提高了数控加工的精度。经实例验证，该方法行之有效，为曲线拟合提供了一种兼顾拟合精度、光顺性与加工精度的方法。
针对拟合曲线的精度与光顺性互相冲突，在进行曲线拟合时常以牺牲一方面的质量来使另一方面满足要求的问题，提出了基于三次B样条小波的曲线拟合方法。对控制点坐标的数据信息进行小波处理，剔除高频细节信息，获取低频主体信息，用将近原始控制点一半数目的新的控制点来表示原始控制点的数据特征，既保证了拟合精度又提高了拟合光顺性，从而提高了数控加工的精度。经实例验证，该方法行之有效，为曲线拟合提供了一种兼顾拟合精度、光顺性与加工精度的方法。
2018, 37(6): 896-902.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0612
摘要:
为了解决机械零件表面织构的加工问题，并充分利用电解加工的优势，本文基于COMSOL Multiphisics软件进行了微坑阵列掩膜电解加工过程的仿真分析，开展了电解加工零件表面微织构的工艺试验研究，得到了具有微米级别直径与深度的表面阵列微坑，总结了普通直流加工电压与加工时间、脉冲电流加工频率与占空比、不同掩膜孔直径对微坑加工的工艺规律。试验结果表明：在加工时间12 s，脉冲电压12 V，占空比30%，脉冲频率3 000 Hz，掩膜孔径200 μm的参数下，能得出表面质量最优的微坑。
为了解决机械零件表面织构的加工问题，并充分利用电解加工的优势，本文基于COMSOL Multiphisics软件进行了微坑阵列掩膜电解加工过程的仿真分析，开展了电解加工零件表面微织构的工艺试验研究，得到了具有微米级别直径与深度的表面阵列微坑，总结了普通直流加工电压与加工时间、脉冲电流加工频率与占空比、不同掩膜孔直径对微坑加工的工艺规律。试验结果表明：在加工时间12 s，脉冲电压12 V，占空比30%，脉冲频率3 000 Hz，掩膜孔径200 μm的参数下，能得出表面质量最优的微坑。
2018, 37(6): 903-909.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0054
摘要:
针对传统研磨方法的研磨轨迹覆盖均匀性等问题，开展了X-Y联动的平面研磨轨迹仿真与实验研究。建立了该X-Y联动的平面研磨轨迹运动模型，仿真分析了初始向径、初始相位角、转速比、X-Y联动轨迹等参数对研磨轨迹的影响规律；在自主研发的样机平台上开展了研磨实验研究。对试件研磨表面的平面度与粗糙度进行检测，验证了研磨轨迹曲线仿真方法的有效性，表明良好的研磨组合参数是提升研磨表面质量的必要因素。
针对传统研磨方法的研磨轨迹覆盖均匀性等问题，开展了X-Y联动的平面研磨轨迹仿真与实验研究。建立了该X-Y联动的平面研磨轨迹运动模型，仿真分析了初始向径、初始相位角、转速比、X-Y联动轨迹等参数对研磨轨迹的影响规律；在自主研发的样机平台上开展了研磨实验研究。对试件研磨表面的平面度与粗糙度进行检测，验证了研磨轨迹曲线仿真方法的有效性，表明良好的研磨组合参数是提升研磨表面质量的必要因素。
2018, 37(6): 910-914.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0613
摘要:
针对工业机器人多轴系统的同步控制问题，提出了工业机器人一种新型的非线性PD （比例微分）环形耦合同步控制结构，给出了位置误差和同步误差的新型定义方法，给出了基于Lyapunov稳定性理论的工业机器人多轴PD环形耦合同步控制算法，并证明了该算法的渐近稳定性。实验结果表明，采用新型的非线性PD环形耦合同步控制结构的工业机器人多轴PD环形耦合补偿同步控制算法，能够保证同步控制系统的位置误差和同步误差快速收敛，提高了工业机器人控制系统的同步性能及位置跟踪精度。
针对工业机器人多轴系统的同步控制问题，提出了工业机器人一种新型的非线性PD （比例微分）环形耦合同步控制结构，给出了位置误差和同步误差的新型定义方法，给出了基于Lyapunov稳定性理论的工业机器人多轴PD环形耦合同步控制算法，并证明了该算法的渐近稳定性。实验结果表明，采用新型的非线性PD环形耦合同步控制结构的工业机器人多轴PD环形耦合补偿同步控制算法，能够保证同步控制系统的位置误差和同步误差快速收敛，提高了工业机器人控制系统的同步性能及位置跟踪精度。
2018, 37(6): 915-920.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0614
摘要:
针对不确定机械系统，利用模糊逻辑系统的万能逼近特性对未知非线性函数建模，以便设计控制方法。基于一阶逼近精度的模糊逻辑系统需要足够多的模糊规则才能保证一定的逼近精度，然而规则数的增多必然导致计算量的增大，不利于实时控制。本文中设计了具有二阶逼近精度的模糊逻辑系统对机械系统中的非线性未知部分进行实时逼近，并结合鲁棒性能好的滑模控制对不确定机械系统进行轨迹跟踪控制。从仿真实验证明，具有二阶逼近精度的模糊系统可以以很少的规则高精度的逼近任意非线性函数，并以此为基础构成的模糊滑模控制器不仅可以达到所希望的控制精度，比起规则数量多得多的模糊滑模控制，甚至位置误差和速度误差更小，跟踪速度更快。故采用特殊隶属函数所设计的自适应模糊逻辑系统，解决了逼近精度和模糊规则数量之间的矛盾，为机械系统的高精度的实时控制提供了保证。
针对不确定机械系统，利用模糊逻辑系统的万能逼近特性对未知非线性函数建模，以便设计控制方法。基于一阶逼近精度的模糊逻辑系统需要足够多的模糊规则才能保证一定的逼近精度，然而规则数的增多必然导致计算量的增大，不利于实时控制。本文中设计了具有二阶逼近精度的模糊逻辑系统对机械系统中的非线性未知部分进行实时逼近，并结合鲁棒性能好的滑模控制对不确定机械系统进行轨迹跟踪控制。从仿真实验证明，具有二阶逼近精度的模糊系统可以以很少的规则高精度的逼近任意非线性函数，并以此为基础构成的模糊滑模控制器不仅可以达到所希望的控制精度，比起规则数量多得多的模糊滑模控制，甚至位置误差和速度误差更小，跟踪速度更快。故采用特殊隶属函数所设计的自适应模糊逻辑系统，解决了逼近精度和模糊规则数量之间的矛盾，为机械系统的高精度的实时控制提供了保证。
2018, 37(6): 921-925.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0615
摘要:
针对磨齿机大齿轮齿形加工误差扫描式在机测量过程中存在的数据量大，易受机床运动影响等问题，提出一种基于趋势放大的数据折点辨识算法自动辨识有效数据，采用小波变换提取齿形宏观形状轮廓，以最小二乘法分离齿廓三项偏差的数据处理方法，获取准确的齿形误差形貌。在磨齿机上进行了齿形在机实际测量。结果表明，该方法不仅能够全面精准地评价齿形误差，而且还能够准确表达齿面误差形貌及误差出现的位置，且重复性、稳定性好。
针对磨齿机大齿轮齿形加工误差扫描式在机测量过程中存在的数据量大，易受机床运动影响等问题，提出一种基于趋势放大的数据折点辨识算法自动辨识有效数据，采用小波变换提取齿形宏观形状轮廓，以最小二乘法分离齿廓三项偏差的数据处理方法，获取准确的齿形误差形貌。在磨齿机上进行了齿形在机实际测量。结果表明，该方法不仅能够全面精准地评价齿形误差，而且还能够准确表达齿面误差形貌及误差出现的位置，且重复性、稳定性好。
2018, 37(6): 926-929.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0616
摘要:
为了拓宽传统动力吸振器的的控制带宽，设计了一种采用压电堆元件的变刚度动力吸振器，利用欧拉梁弯曲刚度受其预应力影响的力学原理，采用调节控制电压改变压电堆元件的输出力，进而实时改变作为吸振器弹簧元件的欧拉梁弯曲刚度。介绍了动力吸振器的工作原理，给出了欧拉梁弯曲刚度的计算方法，设计并加工了一种压电型变刚度动力吸振器原理样件，并开展试验验证。动力学特性试验测试结果表明，驱动电压为0~120 V时，吸振器的移频范围为71.5 Hz~75 Hz。
为了拓宽传统动力吸振器的的控制带宽，设计了一种采用压电堆元件的变刚度动力吸振器，利用欧拉梁弯曲刚度受其预应力影响的力学原理，采用调节控制电压改变压电堆元件的输出力，进而实时改变作为吸振器弹簧元件的欧拉梁弯曲刚度。介绍了动力吸振器的工作原理，给出了欧拉梁弯曲刚度的计算方法，设计并加工了一种压电型变刚度动力吸振器原理样件，并开展试验验证。动力学特性试验测试结果表明，驱动电压为0~120 V时，吸振器的移频范围为71.5 Hz~75 Hz。
2018, 37(6): 930-936.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0617
摘要:
应用Bingham本构力学模型，分析得到磁流变阻尼器（MRD）的6个主要参数与输出阻尼力F的关系。利用得到的力学模型分析MRD的6个参数对输出阻尼力F和动态范围λ的影响。建立基于MRD的1/4车辆悬架系统模型，分析MRD被动阻尼系数cs对车辆悬架减振效果的影响。提出一种百分比斜率均方根值作为参数影响程度的评价方法，分析得到MRD的6个参数对车辆悬架减振效果的影响规律，同时考虑分析MRD磨损对车辆悬架减振效果的影响。结果表明：活塞直径d2和缸体内径D对减振效果的影响较大，其它参数对减振效果的影响则较小。当动态范围λ和输出阻尼力F都足够大时，车辆悬架能够获得较好的减振效果。
应用Bingham本构力学模型，分析得到磁流变阻尼器（MRD）的6个主要参数与输出阻尼力F的关系。利用得到的力学模型分析MRD的6个参数对输出阻尼力F和动态范围λ的影响。建立基于MRD的1/4车辆悬架系统模型，分析MRD被动阻尼系数cs对车辆悬架减振效果的影响。提出一种百分比斜率均方根值作为参数影响程度的评价方法，分析得到MRD的6个参数对车辆悬架减振效果的影响规律，同时考虑分析MRD磨损对车辆悬架减振效果的影响。结果表明：活塞直径d2和缸体内径D对减振效果的影响较大，其它参数对减振效果的影响则较小。当动态范围λ和输出阻尼力F都足够大时，车辆悬架能够获得较好的减振效果。
2018, 37(6): 937-940.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0618
摘要:
通风式制动盘的散热特性对提高列车的制动性能至关重要，筋板结构是影响通风式制动盘散热特性的关键因素。本文考虑了紧急制动工况，采用计算流体力学分析方法（Computational fluid dynamics，CFD）分析了不同筋板结构制动盘的散热特性，筋板结构类型包括径向直筋板结构（Z型）、圆弧筋板结构（A型）、矩形筋板结构（R型）和梯形筋板结构（T型）。研究了制动盘的温度分布、平均对流换热系数和总热流量的变化情况。结果表明：A型制动盘结构散热性能较好；与Z型制动盘相比，A型制动盘的温度分布较均匀，温度降低了7.3%；平均对流换热系数较高；总热流量提高了32.3%。因此，A型制动盘筋板结构可有效地提高制动盘的散热特性。
通风式制动盘的散热特性对提高列车的制动性能至关重要，筋板结构是影响通风式制动盘散热特性的关键因素。本文考虑了紧急制动工况，采用计算流体力学分析方法（Computational fluid dynamics，CFD）分析了不同筋板结构制动盘的散热特性，筋板结构类型包括径向直筋板结构（Z型）、圆弧筋板结构（A型）、矩形筋板结构（R型）和梯形筋板结构（T型）。研究了制动盘的温度分布、平均对流换热系数和总热流量的变化情况。结果表明：A型制动盘结构散热性能较好；与Z型制动盘相比，A型制动盘的温度分布较均匀，温度降低了7.3%；平均对流换热系数较高；总热流量提高了32.3%。因此，A型制动盘筋板结构可有效地提高制动盘的散热特性。
2018, 37(6): 941-948.
摘要:
针对某厢式货车的简化模型，基于计算流体力学理论和方法分别对原始货车模型、加装尾部减阻装置和顶部减阻装置的货车模型进行了数值模拟，获得了原始模型与改进模型的气动阻力系数、速度矢量分布、压力分布以及湍动能分布等气动特性。结果表明：尾部减阻装置及顶部减阻装置均可改善厢式货车的气动特性，降低气动阻力。其中顶部减阻装置改善了驾驶室和货厢之间的气流分布，尾部减阻装置改善了货车尾部的涡流状态，从而降低了风阻。
针对某厢式货车的简化模型，基于计算流体力学理论和方法分别对原始货车模型、加装尾部减阻装置和顶部减阻装置的货车模型进行了数值模拟，获得了原始模型与改进模型的气动阻力系数、速度矢量分布、压力分布以及湍动能分布等气动特性。结果表明：尾部减阻装置及顶部减阻装置均可改善厢式货车的气动特性，降低气动阻力。其中顶部减阻装置改善了驾驶室和货厢之间的气流分布，尾部减阻装置改善了货车尾部的涡流状态，从而降低了风阻。
2018, 37(6): 949-956.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0126
摘要:
针对平纹编织C/SiC复合材料的C纤维束，通过对其扫描电子显微镜（Scanning electron microscope，SEM）照片的测量，考虑纤维排布以及选择合适的界面模型，建立了包含界面层的三维三相的代表特征体元（Representative volume element，RVE）的有限元模型。采用间接耦合的降温法，在考虑温度对组分弹性常数的影响以及施加合适的周期性边界条件的基础上模拟了C纤维束轴向的热残余应力。分析可知，对于SiC基体的热残余应力，其随着界面层厚度的减小而增大，随着界面层模量的增大而增大。引入一维应力分布轴，将振荡幅值作为选择最佳参数的一个条件，据此可知选用热膨胀系数小的界面层材料可更好的降低组分间热残余应力变化的梯度。
针对平纹编织C/SiC复合材料的C纤维束，通过对其扫描电子显微镜（Scanning electron microscope，SEM）照片的测量，考虑纤维排布以及选择合适的界面模型，建立了包含界面层的三维三相的代表特征体元（Representative volume element，RVE）的有限元模型。采用间接耦合的降温法，在考虑温度对组分弹性常数的影响以及施加合适的周期性边界条件的基础上模拟了C纤维束轴向的热残余应力。分析可知，对于SiC基体的热残余应力，其随着界面层厚度的减小而增大，随着界面层模量的增大而增大。引入一维应力分布轴，将振荡幅值作为选择最佳参数的一个条件，据此可知选用热膨胀系数小的界面层材料可更好的降低组分间热残余应力变化的梯度。
2018, 37(6): 957-962.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0619
摘要:
采用三点接触式摩擦机对钢/钢配副在不同滑滚比（SRR）以及边界润滑条件下的表面摩擦特性进行了研究，使用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对摩擦副表面不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征，并利用X射线电子光谱仪（XPS）对摩擦副表面进行了化学分析。结果表明：提高滑滚比可以减少摩擦副表面微点蚀的数量，磨损量也随之上升，而摩擦系数没有明显的变化。同时，XPS结果表明：随着滑滚比的提高，摩擦副表面所含氧化物含量上升，而润滑油膜随之变厚。因此，滑滚比影响摩擦副在边界润滑条件下的摩擦学性能不仅与摩擦系数和磨损量有关，也与其中的摩擦化学有紧密联系。
采用三点接触式摩擦机对钢/钢配副在不同滑滚比（SRR）以及边界润滑条件下的表面摩擦特性进行了研究，使用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对摩擦副表面不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征，并利用X射线电子光谱仪（XPS）对摩擦副表面进行了化学分析。结果表明：提高滑滚比可以减少摩擦副表面微点蚀的数量，磨损量也随之上升，而摩擦系数没有明显的变化。同时，XPS结果表明：随着滑滚比的提高，摩擦副表面所含氧化物含量上升，而润滑油膜随之变厚。因此，滑滚比影响摩擦副在边界润滑条件下的摩擦学性能不仅与摩擦系数和磨损量有关，也与其中的摩擦化学有紧密联系。
2018, 37(6): 963-970.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0620
摘要:
针对采用脉冲爆震燃烧的轴功率输出装置（Pulse detonation shaft power device，PDSPD），在采用PDC （Pulse detonation combustor）特性图的爆震室模型基础上，建立了其总体性能计算模型。研究了PDSPD工作参数对整机性能的影响，结果表明：同一工作频率时，随着增压比增大，PDSPD升功率、轴功率增大，耗油率减小，但单位功率存在最佳增压比；压比不变时，随着工作频率增大，PDSPD升功率增大。对比了不同情况下PDSPD和柴油机、汽油机及涡轴发动机这三种轴功率输出装置的性能，结果表明：相同排量、等功率情况下，PDSPD与现有柴油机耗油率水平接近；与现有汽油机相比，在一定增压比范围内，PDSPD产生相同功率，耗油率更低。与涡轴发动机相比较，PDSPD单位功率可提高38.08%以上，耗油率降低41.42%以上，且其最佳增压比较传统涡轴低，发动机推进性能、经济性和功重比优势明显。
针对采用脉冲爆震燃烧的轴功率输出装置（Pulse detonation shaft power device，PDSPD），在采用PDC （Pulse detonation combustor）特性图的爆震室模型基础上，建立了其总体性能计算模型。研究了PDSPD工作参数对整机性能的影响，结果表明：同一工作频率时，随着增压比增大，PDSPD升功率、轴功率增大，耗油率减小，但单位功率存在最佳增压比；压比不变时，随着工作频率增大，PDSPD升功率增大。对比了不同情况下PDSPD和柴油机、汽油机及涡轴发动机这三种轴功率输出装置的性能，结果表明：相同排量、等功率情况下，PDSPD与现有柴油机耗油率水平接近；与现有汽油机相比，在一定增压比范围内，PDSPD产生相同功率，耗油率更低。与涡轴发动机相比较，PDSPD单位功率可提高38.08%以上，耗油率降低41.42%以上，且其最佳增压比较传统涡轴低，发动机推进性能、经济性和功重比优势明显。
2018, 37(6): 971-979.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0621
摘要:
总结了近年来蜻蜓翅翼和仿蜻蜓扑翼飞行器翅翼力学特性的研究进展，就蜻蜓翅翼形态结构与材料属性、翅翼结构力学特性、翅翼结构气动特性等方面进行了概述。根据近年发展现状，提出了关于该领域未来重点研究方向：翅翼形态结构方面，用更先进的观察仪器探究翅翼的细节特征；翅翼强度计算时，采用不同的材料属性以满足当前仿生翅翼材料的多样性；且在数值模拟计算中，计算模型需要趋于翅翼真实情况；并模拟出此前因受计算量限制而无法在计算模型中体现的翅翼细节；翅翼褶皱对翅翼结构力学特征的影响研究较少，相关领域亟待完善；此外本研究领域整体实验验证发展与数值计算相比还有一定差距，实验验证有待补足。
总结了近年来蜻蜓翅翼和仿蜻蜓扑翼飞行器翅翼力学特性的研究进展，就蜻蜓翅翼形态结构与材料属性、翅翼结构力学特性、翅翼结构气动特性等方面进行了概述。根据近年发展现状，提出了关于该领域未来重点研究方向：翅翼形态结构方面，用更先进的观察仪器探究翅翼的细节特征；翅翼强度计算时，采用不同的材料属性以满足当前仿生翅翼材料的多样性；且在数值模拟计算中，计算模型需要趋于翅翼真实情况；并模拟出此前因受计算量限制而无法在计算模型中体现的翅翼细节；翅翼褶皱对翅翼结构力学特征的影响研究较少，相关领域亟待完善；此外本研究领域整体实验验证发展与数值计算相比还有一定差距，实验验证有待补足。
2018, 37(6): 980-984.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0622
摘要:
研究了非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布问题。并且建立了Al1100-Ti6Al4V-ZrO2的二维功能梯度材料板的结构模型，构造了二维功能梯度板的有限元求解方法，计算得到了：1）二维功能梯度材料板在不同时刻的瞬态热应力分布规律；2）变物性（组分系数沿板长度和宽度方向变化）二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布；3）非均匀温度场下（线性温度分布、非线性温度分布及周期性温度分布）的二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布。
研究了非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布问题。并且建立了Al1100-Ti6Al4V-ZrO2的二维功能梯度材料板的结构模型，构造了二维功能梯度板的有限元求解方法，计算得到了：1）二维功能梯度材料板在不同时刻的瞬态热应力分布规律；2）变物性（组分系数沿板长度和宽度方向变化）二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布；3）非均匀温度场下（线性温度分布、非线性温度分布及周期性温度分布）的二维功能梯度材料板的瞬态热应力分布。
