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    2020年, 第36卷, 第01期 刊出日期:2020-02-26 上一期    下一期
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    论文
    人体散乱点云数据的区域分割算法
    王希;陈晓波;习俊通;
    2020 (01):  1-6.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5130
    摘要 ( 602 )  
    正确的人体点云数据分析不仅是人体3D测量的必要手段,更是未来服装数字化设计的基础,也是服装定制化智能生产的数据来源。人体散乱点云数据相比规整数据拥有更多的噪声及不规则性,这使得提取轮廓以及提取分割特征点更加困难。为了解决人体散乱点云数据分割难题,提出了基于移动最小二乘的切割算法。首先使用主成分分析法进行点云数据的调整,并使用夹角分析法提取投影到特定平面的二维轮廓。在此基础上,采用移动最小二乘法对部分二维数据点进行局部拟合并根据导数信息提取分割特征点。最后,利用VT K作为点云显示平台,对不同人体点云数据进行算法验证。实验结果表明,该分割方法实用可靠。
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    西華大學 机械工程与自动化学院
    2020 (01):  2.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5129
    摘要 ( 390 )  
    西华大学机械工程与自动化学院成立于1 960年,现有教职工1 00余人,其中博士生导师3人,教授、副教授50人,归国学者1 0余人,在读本科生2200余人,硕士研究生300余人。经过50年的发展,形成了围绕现代制造业,从本科、硕士到联合培养博士的多层次协调发展的学科体系。现有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、自动化、工业工程、工业设计、包装工程(包装机械)6个本科专业,其中机械设计制造及其自动化为国家特色专业;拥有"四川省机械工程及自动化本科人才培养基地"、财政部"中央与地方共建机械学科基础实验室"、"四川省机械工程综合训练实验教学示范中心";拥有机械工程一级学科硕士点和机械制造及其自动化、机械电
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    第四届《机械设计与研究》期刊理事会名单
    2020 (01):  4.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5105
    摘要 ( 346 )  
    理事会是期刊与理事单位进行联系、合作、交流的纽带和桥梁。组建理事会,期刊可以得到理事单位的支持,把期刊办得更好,产生更大的社会效益。理事单位可以通过期刊加强本单位宣传,提高知名度;发表论文提高本单位的学术和技术水平;通过参加期刊组织的报告会和赠阅的期刊了解机械工程有关信息,得到相
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    参考文献格式要求
    2020 (01):  5.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5108
    摘要 ( 627 )  
    1.参考文献按正文部分标注的序号依次列出,并在序号中加[]。2.对于常见的各类参考文献标注方法如下:1)著作:作者姓名,题名[M].出版地:出版者,出版年.2)期刊论文:作者姓名.题名[J].期刊名称,年,卷(期):页码.3)会议论文集:作者姓名.题名[C]//论文集名称,会议地点,会议日期.
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    机械结构分层优化技术研究进展
    白羽;张艳岗;董懿;宋智文;郝贤;
    2020 (01):  7-10.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5109
    摘要 ( 296 )  
    复杂机械结构优化设计一般表现为多目标、多约束、多参数的优化问题,所以复杂结构优化设计过程通常存在计算复杂、不易收敛等困难。分层优化技术是复杂结构优化设计的一种有效途径,通过将优化问题中复杂的约束、设计变量以及功能目标合理分解为若干子层问题进行求解,然后通过协调得到复杂机械结构整体优化问题的结果。文章对机械结构分层优化技术的理论、应用研究现状进行了总结并探讨了其关键技术环节及发展趋势。
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    面向性能需求的系统问题分析及确定方法研究
    冯雁霞;杨伯军;高雨;冯学文;
    2020 (01):  11-16+21.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5103
    摘要 ( 375 )  
    问题分析和问题确定是问题解决的前提基础,而性能需求是产品设计的起点和终点,是设计产品不断升级的驱动力,因此将性能需求应用于系统问题分析过程中,以功能作为桥梁建立性能需求与产品结构的对应关系,确定系统未满足的功能需求,并通过构建系统的局部功能关系模型,结合根原因分析确定系统的问题结构;构建了产品创新的系统问题分析及确定过程模型,并应用该模型进行大蒜去皮设备的创新设计,验证了该方法的有效性和实用性。
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    自动加油机器人的关键技术设计分析
    刘庆明;高雪官;张月文;
    2020 (01):  17-21.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5131
    摘要 ( 427 )  
    针对大型运输设备加油操作需求,设计了一款自动加油机器人。如果将橡胶油管捆绑在传统工业机器人本体上作业,受到橡胶油管弯曲抗力的影响,会给机器人运动带来额外的阻力,本文所设计的自动化防爆加油机器人,创新性地利用转动接头连接金属油管实现内置输油管线,避免了橡胶油管弯曲抗力影响;对机器人进行运动学和动力学仿真,验证机器人设计合理性。最后简要介绍机器人视觉引导系统,确定机器人各模块的控制和通信方式。
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    自行走直臂式高空作业车连杆尺度优化以改善工作舒适性
    李双博;任会礼;李明富;
    2020 (01):  22-24+31.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5110
    摘要 ( 422 )  
    通过ADAMS软件建立某自行走直臂式高空作业车连杆机构的参数化模型,在主臂上升过程中,以连杆机构的六个铰点位置作为自变量,以工作平台最大加速度作为优化目标函数进行优化与仿真。仿真结果表明铰点位置优化后使工作平台最大加速度减少87.13%。基于优化结果进行试验验证,试验结果与仿真结果相对误差较小,证明了铰点优化后,将大大减少工作平台最大加速度,从而提高了操作人员的舒适性。
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    滚轮黏附式爬壁机器人的附着机理及应用试验研究
    徐杰;吉爱红;胡捷;王伟;沈欢;戴振东;袁吉伟;
    2020 (01):  25-31.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5132
    摘要 ( 530 )  
    壁虎依靠脚掌上的纳米级刚毛,可以附着在光滑的壁面甚至天花板上,并且可以以较快的速度自如爬行。以分子间作用力为附着机制的仿壁虎黏附爬壁机器人,在军事和民生领域都有非常迫切和广阔的应用需求。壁虎在壁面爬行时,足端斜向上运动带动脚趾以一定角度旋转脱离接触面,以这种稳黏附、易脱附的爬壁机制为启示,设计了一种滚轮黏附式的仿生爬壁机器人。开展了机器人爬壁状态下的力学原理分析,得到了电机扭矩、机器人自重与黏附力的关系。在采用电机驱动、齿轮传动的四驱结构的基础上,设计了稳黏附、易剥离的四辐条滚轮机构,实现了轮式机器人在光滑壁面的爬行。通过拍摄并分析机器人爬壁的高速视频,得到了机器人爬壁的启动加速度和稳定后的爬行速度。为了进一步测试分析机器人爬行于不同倾角平面时黏附力的变化范围及变化规律,设计了精度为3 mN的二维力传感测试平台,验证了仿壁虎机器人轮式黏附垫的黏附性能,结果显示研制的滚轮黏附式爬壁机器人可以在光滑垂直壁面上实现快速稳定地爬行。
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    基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究
    何智;黄华;雷春丽;郭润兰;
    2020 (01):  32-37.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5133
    摘要 ( 471 )  
    针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。
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    重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计
    丁云鹏;朱学军;陈晋生;吕宁波;
    2020 (01):  38-43+48.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5134
    摘要 ( 552 )  
    关节型重载搬运机器人各运动关节动态性能和能量耗散水平直接影响机器人以及运动规划的可达性。以ABB公司生产的IRB460型重载搬运机器人为研究对象,针对其机械本体结构特性,建立重载搬运机器人三维模型。若仅考虑回转轴、大臂和小臂组成的三个自由度,重载搬运机器人系统模型可简化成空间三关节机器人系统模型;依据拉格朗日力学方程建立重载搬运机器人系统动力学模型,利用机械臂逆运动学和五次多项式插值算法完成对多关节机械臂空间轨迹规划。通过动力学仿真分析可知,重载搬运机器人各运动关节的动态性能变化稳定且能量耗散较小,且能够沿着预定轨迹完成PTP模式的运动控制。最后,搭建控制系统仿真实验平台,提出一种重载搬运机器人控制系统模型,实验结果表明,所设计的重载搬运机器人控制系统能够准确、稳定的控制各运动关节运动,验证了各运动关节驱动电动机功率参数选择的合理性,为实际的工业生产应用奠定了理论基础。
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    基于Dijkstra算法的水下机器人路径规划
    车建涛;高方玉;解玉文;李端玲;牛坤;马士恩;
    2020 (01):  44-48.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5135
    摘要 ( 321 )  
    为了能够实现水下机器人ROV的作业要求,将其路径规划问题分为定深度二维最优路径和不定深度三维最优路径两部分,并分别采用多边形拟合和分层多面体拟合的方法建立障碍物模型,然后通过Dijkstra算法分别求出最优路径。本文用实例证明了该方法的正确性和有效性,从而为遥控水下机器人提供了路径指引和参考,实现了水下机器人从起始无碰撞到达目标点的路径规划,并为进一步实际应用奠定了理论基础。
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    基于改进A~*算法的AGV路径研究
    陆佳依;金晓怡;朱天宝;奚鹰;
    2020 (01):  49-52.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5095
    摘要 ( 610 )  
    路径规划能力是AGV(Automated Guided Vehicle,自动导引运输车)系统智能化程度的体现。在众多算法中,A~*算法使用代价消耗估算方式达到较快的计算能力,被广泛应用于AGV的路径规划中,但仍存在局部最优的规划问题,规划的路径上存在冗余节点和较多不必要拐点。为减少运输路径中的总能耗,缩短路径总长度和减少AGV转弯次数,采用分裂和筛选的方案对传统A~*算法进一步优化,提出改进A~*算法,使其在实际工作环境中搜索更加迅速、考虑更加周密。在传统A~*算法基础上,在未知节点的启发函数里增加转弯权值,可以在计算规划过程中考虑转向所带来的消耗,从而减少转弯次数。使用任务分裂方案可以尽可能多地选择出较优路径,其中的最优解能够实现得转弯较少,展现出比较平滑的线路。基于Ubuntu下ROS系统版本进行仿真,对比实验结果表明,改进A~*算法在规划时间、总行程以及转弯消耗等方面都优于传统A~*算法,提升了AGV的实际运行效率,减少了AGV小车的耗能,可以缩短路径搜索规划时间,更符合工厂环境对AGV的需求。
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    大袋包装机抱袋装置建模与运动学分析
    练小风;陆佳平;杜邦慎;张转;
    2020 (01):  53-57+63.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5104
    摘要 ( 348 )  
    为解决包装机抱袋装置运动过程中产生机械振动及减小末端执行构件冲击的问题,首先根据运动要求建立机构模型,通过对装置运动中约束条件进行分析,得到摆臂转轴处角位移、角速度及角加速度,以及摆臂末端位移、速度及加速度的数学表达式。其次对数值计算与运动算例分析,以摆臂转轴处角加速度与末端加速度峰值为优化目标,对机构结构参数进行优化。结果表明:通过改变机构结构参数可以降低摆臂转轴处与末端加速度峰值,装置运动过程中摆臂转轴处角加速度峰值降低25.89%,抱袋口末端加速度峰值降低20.46%,抱袋身末端加速度峰值降低24.87%,在一定程度提高运动平稳性。相关结论可为后续动力学分析与设计提供理论依据。
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    一种新型柔顺驱动器的设计与应用研究
    杜聪聪;韩瀚;王贇皓;陈根良;王皓;
    2020 (01):  58-61+74.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5111
    摘要 ( 328 )  
    传统的线性驱动器例如滚珠丝杠和音圈电机具有运动精度高、响应快和刚度好等优点,但是面对形状复杂、易碎的物体,使用刚体结构的传统驱动一般需配传感器实时监测接触力和位置信息,这增大设备成本和误操作率。因此针对该问题,基于仿生学生物肌腱原理,提出了一种基于气体驱动的软体驱动器,通过控制输入气压实现该驱动器输出直线位移。基于Neo-Hookean模型和虚功原理推导出了驱动器气压与位移关系的解析解,利用Abaqus有限元软件进行数值解验证,当气压在区间(0~45) kPa内,计算平均误差在2.59%以内。通过多目标优化方法,对物理参数进行遍历,最终筛选得到驱动器尺寸的优解区间。进一步地,为了优化软体线性驱动器性能和工作寿命,气腔部分改进为波纹管结构。最后设计并制作试验样机,通过样机与机器人协作的案例验证了其功能。
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    一种四杆三级串联力放大机构
    付春梅;
    2020 (01):  62-63.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5112
    摘要 ( 522 )  
    设计了一种新型的平面四杆三级串联力放大机构,给出了其输出力的计算公式。这种新型机构与单级力放大机构相比,可得到大得多的力放大系数;与现有的三级串联力放大机构相比,结构更简单。这种四杆三级串联力放大机构能够在很小的结构空间内,得到比单级力放大机构大得多的力放大系数,在工程领域,特别是夹具及压力机领域,具有非常广阔的应用前景。
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    格子气自动机并行搜索法的并联机构工作空间求解
    王东方;李玲华;
    2020 (01):  64-67.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5113
    摘要 ( 302 )  
    针对传统静态数值搜索法中的串行和全局搜索的算法冗余问题,提出一种均匀格子气自动机的并行动态粒子工作空间边界搜索法,介绍了此方法的整个动态演化搜索原理以及算法流程。以3RRR平面并联机构为例,建立工作空间求解的约束模型,实现可达工作空间、定姿态工作空间、灵活工作空间边界的搜索,验证了该搜索法的可行性,结果表明:此方法搜索过程动态直观,边界清晰准确,具有快速收敛,并行高效动态的特点,可作为一种新型的工作空间动态搜索方法。
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    六足机器人腿部损伤的容错行走研究
    卢展;蒋刚;李晨;留沧海;
    2020 (01):  68-74.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5136
    摘要 ( 258 )  
    设计了一款皮带传动的六足机器人,利用逆运动学对该腿部机构进行工作空间分析。因非结构化环境的环境信息不可知且较恶劣,使得六足机器人腿部损伤现象时常发生。为了提高腿部损伤六足机器人的容错行走能力,在无附加装置和系统的条件下,提出了一种新的控制策略。首先对机器人受损腿部情况进行分类,并基于受损后六足机器人的稳定裕度分析,通过利用机身姿态动态调节和利用部分腿的基节初始化转角调节提高其容错行走能力。分析腿部损伤六足机器人在一个运动周期内的足端位移、机身姿态等实验数据,从而验证了所提控制策略的有效性。
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    并联机构六维控制器的运动学性能分析及尺度优化
    王麟;张建军;戚开诚;解永刚;
    2020 (01):  75-82.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5114
    摘要 ( 359 )  
    针对一种含子闭环3-5RUU并联机构的六维控制器进行运动学性能分析和尺度参数优化。首先用附加传感器的方法计算3-5RUU并联机构运动学正解,并求得了唯一解;其次建立了运动学逆解模型,根据运动学逆解,建立了工作空间的约束条件,通过MATLAB编程对机构进行了定姿态的工作空间分析;然后采用单一变量分析法得到了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系;最后以工作空间最大为优化目标,利用遗传算法优化了机构杆长参数,使六维控制器的有效工作空间更大。结果表明:六维控制器的工作空间提高到原来的3倍以上。
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    双向自锁抓绳机构的设计分析
    赵轶惠;秦轩;梁庆华;
    2020 (01):  83-85.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5115
    摘要 ( 430 )  
    基于凸轮式上升器基本机理,设计具有双向摆动自锁夹紧的抓绳机构系统,对抓取力学特性展开设计分析,并开展样机试制与试验。结果表明抓取机构具有体积小、结构简单、夹紧可靠、爬升能力强等优点,且由于与绳索抓取界面无相对滑移,具有较好的抓取特性。
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    基于迭代算法的六自由度主从异构机器人的位置映射
    解永刚;张建军;戚开诚;王麟;
    2020 (01):  86-90.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5137
    摘要 ( 280 )  
    现有基于运动学反变换法的六自由度主从异构机器人映射算法,存在超越函数和存在多解,导致映射算法设计复杂。为改善这一问题,设计了基于LabVIEW的六自由度主从机器人系统,并对主从映射算法和位置跟随误差进行研究。首先选择3-5RUU并联机构和FANUC多功能机器人分别作为主手和从手,并对主从手的构型进行分析;然后采用迭代算法建立系统的映射模型;其次,对从手跟随主手的位置误差进行研究;最后根据主从机器人的映射算法进行实验分析。建模过程与实验结果表明:所设计的映射算法简单有效,该系统可实现从手运动状况的提前验证与实时反馈。
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    基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿
    邓嘉鸣;李高德;孟庆梅;沈惠平;李文华;
    2020 (01):  91-95+101.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5116
    摘要 ( 310 )  
    针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。
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    基于绝对节点坐标法的钢索—滑轮系统动力学模型与响应迟滞特性
    赵梓杰;余海东;杨丹;王皓;
    2020 (01):  96-101.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5117
    摘要 ( 332 )  
    钢索—滑轮系统间的非线性接触特性严重影响了长距离软式传动系统变形及动态响应迟滞效应的准确计算。基于绝对节点坐标法建立了三维高阶钢索单元模型。在此基础上,建立了钢索—滑轮系统的动态接触模型,应用Hunt-Crossley接触模型计算法向接触力,采用LuGre微变模型计算较低相对运动速度下的切向接触力,准确描述了钢索与滑轮接触由动摩擦向静摩擦的转变过程。仿真结果与准静态实验结果的对比验证了模型的准确性,分析了钢索材料参数和末端载荷对钢索—滑轮系统动态响应以及钢索末端位移的影响。结果表明,钢索—滑轮系统的动态响应延迟时间由钢索材料特性及末端载荷决定;钢索末端位移主要受钢索刚度及末端载荷影响。相同条件下采用小比重钢索材料,适当增加末端载荷以增大钢索结构刚度,可减小系统传动中钢索的末端位移,有效提高钢索—滑轮传动系统的传动性能。
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    五自由度PICC精密细微静脉穿刺机械臂的运动分析与控制策略
    王凯迪;郭克友;谭梦玲;
    2020 (01):  102-106+110.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5138
    摘要 ( 340 )  
    医护人员的经验对PICC静脉穿刺置管手术的成功率有关键的影响,对于血管条件不好的患者,人工操作很难保证穿刺成功率。设计了一套高精度的五自由度机械穿刺装置,利用超声图像、力传感器、陀螺仪作为传感模块,形成闭环控制,使得机械装置能准确定位并精准穿刺。阐述了机械穿刺装置的运动分析和控制策略。系统由三自由度并联机械手臂实现针尖在三维空间中的定位,末端执行器为串联机械臂有两个自由度,一个自由度由丝杆电机控制针穿刺皮肤进入血管,另外一个自由度由旋转电机控制留置针针芯与软管的分离。经过实验表明,静脉穿刺系统能在给定目标位置后准确到达目标点,找到目标进行穿刺,完成静脉穿刺置管。
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    基于粒子群优化算法的五自由度机械臂轨迹规划
    江鸿怀;金晓怡;邢亚飞;奚鹰;
    2020 (01):  107-110.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5139
    摘要 ( 490 )  
    为了让机械臂的工作时间达到最优,以自主研发的抛光机器人样机为研究对象,针对手表表壳表耳部分的抛光过程,提出PSO算法对五自由度机械臂轨迹规划进行优化,并通过MATLAB软件进行机械臂的仿真与分析。仿真结果表明,基于PSO算法的轨迹规划使机械臂在工作过程中加加速度不会产生突变,运动轨迹精度高,机械臂工作时间达到最优。
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    基于抛物线型截面曲线接触点实际齿廓的根切研究
    王娟娟;平雪良;
    2020 (01):  111-114.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5118
    摘要 ( 379 )  
    摆线盘是摆线钢球减速器减速机构的重要组成部分,槽深相同情况下采用V型截面曲线效果优于圆弧截面曲线,本文在V型截面曲线基础上提出了抛物线型截面曲线。研究表明钢球拟合深度相同时,抛物线型截面,开口更小、槽深更浅,在减少摆线盘根切的同时减少切除量,增加摆线盘的整体强度和稳定性。提出通过改变抛物线截面曲线方程,改变钢球与摆线盘的接触点,从而实现避免接触点被根切的设计方法,并通过实例验证该方法的有效性。
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    RV减速器扭转刚度计算
    赵京鹤;胡晶;
    2020 (01):  115-119.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5140
    摘要 ( 360 )  
    扭转刚度是影响机器人运动精度、定位精度和重复定位精度的重要参数之一,本文通过对RV减速器内部齿轮副啮合刚度和各类型轴承刚度理论计算,提出了建立两个RV减速器虚拟样机,即在齿轮传动专业软件Romax中建立虚拟样机1,计算出系统变形引起的扭转刚度K_1;同时在通用仿真动力学软件中建立虚拟样机2,计算出RV减速器回滞曲线,通过回滞曲线计算出扭转刚度K_2,采用弹簧串联原理,计算了RV减速器扭转刚度K并通过试验验证了此方法的正确性。
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    点蚀故障对齿轮传动系统噪声的影响
    罗棚;赵运才;任继华;
    2020 (01):  120-123+129.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5098
    摘要 ( 407 )  
    针对不同数滚机床齿轮齿面点蚀故障严重程度对齿轮传动系统噪声的影响,基于赫兹理论力学模型,运用ABAQUS创建了齿轮副的应力仿真分析模型,求解在未点蚀及不同点蚀故障严重程度下齿面最大接触应力,并对比了传动扭矩对不同点蚀故模型最大接触应力的影响。开展了不同齿面点蚀故障齿轮模拟工况下的噪声测试实验,通过对比齿轮副试样噪声的敏感性分析不同点蚀故障严重程度的影响。有限元结果表明,传动扭矩与齿面最大接触应力呈线性关系,点蚀故障越严重,齿面点蚀区域接触冲击应力越大;齿轮故障噪声测试实验研究结果则表明,基于微点蚀、点蚀失效形式之间存在的竞争机制,点蚀故障越严重,对应的噪声曲线峰值越大;随着齿轮负载、转速的增大,点蚀故障齿轮噪声也逐渐增大。
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    基于融合FCM-SVDD模型的滚动轴承退化状态识别
    周建民;游涛;尹文豪;张龙;张臣臣;
    2020 (01):  124-129.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5119
    摘要 ( 291 )  
    针对滚动轴承在长期工作过程中性能会出现不同程度的退化,提出一种融合FCM-SVDD模型的方法。利用自回归模型(AR)对轴承全寿命周期数据进行特征提取,再将提取的特征参数经过归一化处理后,用正常和失效样本特征建立模糊C均值(FCM)模型,用正常样本的特征数据建立支持向量数据描述(SVDD)模型,再将测试样本特征输入建立的FCM和SVDD模型得到的两个退化指标,将得到的退化指标作为特征矩阵输入到FCM模型,得到融合方法的性能退化曲线。描绘性能退化曲线,并对信号进行包络谱分析,验证初始故障位置。结果表明该方法对轴承初始故障点更加敏感,退化趋势更加明显,利用美国辛辛那提大学智能维护中心的轴承全寿命周期数据验证该方法的有效性和优越性。
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    大型阵面天线装配工装的布局设计方法
    李明;贲可存;倪俊;
    2020 (01):  130-133.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5141
    摘要 ( 220 )  
    针对大尺寸阵面天线的装配工装设计周期长和成本高的难题,提出了一种阵面天线装配工装布局的快速设计方法。首先,定义了阵面天线的开敞域、定位域、简支梁力学指标域,推导了工装零件的布局空间求解式;然后,定义了定位层零件中的定位件、型架件的选取规则;最终采用参数化设计的图形学方法,根据天线三维模型自动生成了完整的工装基础层、型架层和定位层的所有零件。某型阵面天线产品实例研究表明:该方法可以在计算机辅助设计软件中快速生成装配工装系统,形成了阵面天线装配工装布局的理论方法和工程工具。
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    基于模糊神经网络的深孔加工刀具磨损率预测
    李孟虔;苗鸿宾;王婷;王涛;
    2020 (01):  134-137+148.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5099
    摘要 ( 321 )  
    刀具的过快磨损不仅增大加工成本,也影响工件的最终加工质量,因此预测和减少刀具磨损率具有重要意义。由于BP神经网络本身容易陷入局部极小值、收敛速度慢等缺陷,且深孔加工过程及其复杂,无法建立加工中刀具磨损率与加工参数之间的准确数学模型,故采用模糊神经网络建立BTA刀具磨损率在线钻削模型。仿真和实验结果表明,该模型能有效预测BTA刀具磨损率,对提高刀具寿命和加工深孔的质量具有一定的意义。
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    基于正交试验的半球形拉深成形工艺参数优化
    张强;沈忠良;李国富;
    2020 (01):  138-140+148.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5096
    摘要 ( 350 )  
    以某半球形TA1钛合金拉深成形件为例,通过ABAQUS有限元软件建立了拉深成形三位模型和数值模拟正交试验方案。以是否破裂和起皱为衡量指标,探究凹凸模间隙、拉深速度和压边力对拉深成形件质量的影响,结果表明:起皱现象主要出现在压边区域不影响成形件质量,对底部最小厚度的影响从大到小依次为拉深速度、压边力以及凹凸模间隙。基于正交试验结果设计优化方案,得到最优工艺参数组合并将其应用于实际生产得到表面质量较好的拉深成形件,结果表明:基于正交试验对拉深成形工艺参数优化的方案可行,可以为企业生产提供指导,具有一定的工程应用价值。
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    柔性化夹具静动态特性分析及拓扑优化
    罗磊;黄威;黄琳;梁庆华;刘亚雄;
    2020 (01):  141-148.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5100
    摘要 ( 543 )  
    针对汽车发动机缸盖、变速箱阀体全自动化混合生产线,设计柔性化夹具来满足CNC高精密加工以及快速换产的要求。建立夹具系统三维模型,并利用ANSYS对夹具系统在不同加工工况载荷下进行静态性能分析;从分析结果判断出影响夹具性能的关键结构,并对其进行拓扑优化设计,实现夹具整体减重39.25 kg。然后对改进后夹具模型进行验证分析,发现最大变形量减少为0.004 5199 mm,满足设计指标0.005 mm;最后,对现有夹具系统进行模态实验和CAE模态分析,发现夹具系统在Z向受到低频激振力时,容易发生共振,该频段为70 Hz~110 Hz,在加工过程中需要控制刀具加工频率避免发生共振。
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    3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法研究
    魏效玲;孙秀军;孟艺;
    2020 (01):  149-151+168.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5142
    摘要 ( 362 )  
    针对3D打印三维模型直接转换成STL文件进行切片分层处理过程中,存在模型表面信息缺失、打印精度不高等问题,提出了面向3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法。该算法利用Z轴方向特征曲线的方法得到打印制件外轮廓曲线,采用微元思想对模型分段处理,确定打印方向与外轮廓切线夹角的关系,运用概率统计、叠加求和等数学理论求出每一层切片的自适应分层方法。通过实例打印表明,该算法减少了转换成STL文件时的信息缺失,提高了3D打印的精度与效率。
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    航空发动机液压弯管振动特性影响因素试验研究
    杨同光;窦金鑫;陈晔;于晓光;张彤;
    2020 (01):  152-157.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5120
    摘要 ( 262 )  
    针对航空发动机液压弯管振动情况的特殊性及其复杂的工作环境,利用试验测试及仿真的方法研究航空弯管结构参数对其流固耦合振动特性的影响。研究结果表明:对于不锈钢液压弯管随着内表面粗糙度降低,管路振动幅度和噪声明显降低,而铝合金弯管利用磁力研磨加工后其振幅和噪声变化不显著,同时验证了不锈钢硬质材料的航空液压弯管内表面在经磁力研磨加工前后其固有频率均高于铝合金弯管的固有频率,并且液压弯管的角度、长度等因素在软硬质材料中均对弯管振动特性产生明显的影响。
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    光固化3D打印技术在首饰蜡模制作中的应用
    施健;张慧;范育帅;
    2020 (01):  158-160+168.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5102
    摘要 ( 479 )  
    由于3D打印技术近几年的快速发展,技术门槛和价格降低,在首饰生产加工中已经普遍应用。利用光固化3D打印技术制作蜡版,起版过程更加便捷高效,成版效果更加准确和丰富,使传统首饰起蜡版这一环节中的痛点得到有效解决。但同时,光固化3D打印技术在首饰蜡模制作中也存在新的问题,例如3D模型上难塑造自然的纹理,蜡模去除支撑后表面会留下痕迹等。通过工艺探究,为解决这两个问题提供了一些思路,提高了利用3D打印技术制作蜡模的质量。
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    汽车电磁式主动悬架技术综述
    殷珺;罗建南;喻凡;
    2020 (01):  161-168.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5123
    摘要 ( 761 )  
    电磁式主动悬架兼具控制精确、系统响应快和节能高效等优点,对悬架运动的控制能力强,可以显著提升车辆的舒适性和操稳性。随着新能源汽车、电控系统以及悬架减振技术的发展,电磁式作动器在汽车悬架系统上的应用开始受到关注。文中对汽车电磁式主动悬架技术的研究和应用现状进行回顾和分析,并对其应用前景进行展望。
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    基于信息熵与信息融合的供输弹系统故障诊断研究
    赵璐;许昕;潘宏侠;付志敏;高家宝;
    2020 (01):  169-172.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5121
    摘要 ( 381 )  
    针对供输弹系统早期故障微弱特征难以提取等问题,提出了信息熵与信息融合的故障诊断方法。将经过降噪预处理后的信号提取样本熵作为特征参量,经Elman神经网络初步诊断,将其输出值归一化后作为证据体的基本概率分配,采用一种基于证据关联系数加权平均融合模型,最终得到决策级融合的诊断结果。结果表明:该方法能有效对供输弹系统故障进行诊断,诊断正确率高达93.71%。
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    随车起重机伸缩臂截面多目标优化
    刘昊;周成;于存贵;
    2020 (01):  173-176.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5122
    摘要 ( 391 )  
    为了提高某火箭炮弹药装填车随车起重机伸缩臂的结构刚度,减轻结构质量,建立了随车起重机伸缩臂参数化模型,并对伸缩臂在水平受载状态下进行仿真分析。以伸缩臂截面尺寸参数为设计变量,借助最优拉丁超立方试验设计建立样本空间,构造响应面多项式函数近似模型。在此基础上,利用NSGA-Ⅱ型遗传算法对伸缩臂自身重量、挠度进行多目标优化。优化结果表明:伸缩臂质量减轻了24.5%,减重效果明显。文中所采用的将参数化建模、有限元分析和数值寻优相结合的优化方法,可为起重机伸缩臂截面优化提供一定的参考。
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    轴流式管道发电机叶轮设计与优化
    李明;吴华春;王凯;陈昌皓;张丽;
    2020 (01):  177-180.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5127
    摘要 ( 322 )  
    叶轮是流体机械中进行直接能量转换的核心部件,其结构参数会严重影响轴流式管道发电机能量转化效率及性能。为了使叶轮获得更好的水力性能、空蚀性能、工作稳定性能,采用Wilson法设计轴流式管道发电机叶轮的结构,优化叶轮的结构参数,获得性能优异的叶形结构。通过CFD仿真,结果表明:优化结构参数后的叶片能显著改善叶轮的水力性能、空蚀性能、工作稳定性能。通过实验对仿真进行验证,结果证明了本文设计方法的有效性以及改进后叶轮性能的优越性。对轴流式管道发电机的叶轮结构设计与优化有一定的指导意义。
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    氢燃料电池客车动力传动系统参数匹配研究
    孙海波;程传红;
    2020 (01):  181-184+195.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5124
    摘要 ( 546 )  
    基于传动系部件参数直接影响车辆性能的事实,以车辆项目开发参数为目标,对某款氢燃料电池客车的动力传动系统进行了参数匹配研究;综合CRUISE与MATLAB软件的优点,通过软件交付的方法建立了该车型动力传动系统仿真模型,对整车进行在线仿真分析及试验验证。仿真结果表明:氢燃料电池客车最高车速、加速度、峰值扭矩等参数满足氢燃料电池客车所需的目标动力性能,客车动力传动系统的经济性能在满足要求的前提下并保留一定的裕量;氢燃料电池堆工作点发电策略有效,动力传动系统参数匹配合理,验证了氢燃料电池客车零部件参数选型的匹配策略。
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    基于协整分析的风电机组状态监测方法
    张彪;张超;段皓然;马芸婷;李建军;崔玲丽;
    2020 (01):  185-189+195.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5128
    摘要 ( 209 )  
    针对风力发电机组SCADA系统受到环境及运行等因素影响~([1]),常常发生故障漏报和误报等问题,提出一种基于协整计算的风力发电机SCADA非平稳数据分析方法。风力发电机SCADA数据经协整计算可以获得附带风力发电机状态信息的残差,通过分析该协整残差可实现风力发电机的状态监测。取内蒙古包头市固阳县某风场1.5 MW双馈风电机组所采集的SCADA数据为研究对象,利用部分非平稳数据建立协整模型,并用一组正常运行数据以及一组已知齿轮箱故障数据对模型进行验证,结果表明,所提方法可有效抑制SCADA数据中由环境和运行引起的响应,准确识别风力发电机的运行状态,简单有效的实现风力发电机的状态监测
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    某轻型载货车储气罐支架振动断裂分析与优化
    游永忠;
    2020 (01):  190-195.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5125
    摘要 ( 407 )  
    为了有效解决某轻型载货车储气罐支架的断裂故障,首先基于建立的储气罐支架有限元模型进行振动特性分析,分析结果表明其前三阶固有频率接均处于发动机激励频率范围之外,不会产生共振。其次测试各种道路的时域载荷,测试结果表明其中角度搓板路的激励频率与储气罐支架第一阶固有频率相接近,从而引起共振,不满足振动特性要求。然后对其进行振动强度分析,分析结果表明其应力水平不达标,其最大应力点与开裂处一致。再对其进行振动疲劳寿命预测分析,分析结果表明其疲劳寿命也不达标,其危险点也与失效位置相同。再采用集成平台对储气罐支架的结构进行优化设计,优化之后其模态频率、振动强度和振动疲劳均符合性能要求,并且其重量也有所减轻,总体优化效果较佳。最后整车试验结果表明优化之后储气罐支架的振动大幅度降低,并且没有发生失效。
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    新型斩切式稻杆粉碎机的设计与试验研究
    祝志芳;王杰;张志杰;王强;曾宇露;
    2020 (01):  196-201.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5143
    摘要 ( 340 )  
    针对目前秸秆粉碎装置存在缠轴铰刀、出料过长、无法有效处理湿度较大的稻秆等问题,论文提出了一种适于田间作业的新型斩切式稻杆粉碎机。通过Solidworks进行整体建模,基于TRIZ理论对曲轴同步输送斩切装置进行创新设计,并对圆弧形齿轮啮合调隙机构、二次粉碎装置进行了设计,对斩刀滑切角度参数进行计算,利用COMSOL软件对曲轴连杆强度进行有限元分析。制作了实物样机并进行粉碎试验,样机尺寸1.62 m×0.75 m×1.2 m、重量250 kg、试验结果表明生产效率达3.64 m~3/h、出料长度5 mm~10 mm、粉碎合格率90%左右,可大大提高稻杆利用价值,具有广阔的市场前景。
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    井下动力驱动的旋冲钻井工具设计计算与试验
    张海平;
    2020 (01):  202-205.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5097
    摘要 ( 376 )  
    设计了一种基于井下动力驱动的旋冲钻井工具,实现两种破岩机理相结合,提高整体破岩效果。采用螺杆或涡轮钻具作为旋转动力源,利用由一对空间凸轮机构组成的冲击发生机构带动上凸轮及其他从动件上行,下行的过程中,从动件冲击下凸轮,下凸轮将冲击能传递给钻头,实现对岩石的体积破碎。利用Solidworks Premium 2012软件计算了空间凸轮机构在不同载荷作用下的应力分布情况,上凸轮和下凸轮在承受最大设计载荷时的安全系数分别为3.69和2.36,均大于需用安全系数,设计安全可靠。工具冲击性能测试得到了冲击力、冲击频率与钻压、排量之前的关系,试验结果表明,其动力特性参数满足现场复合钻进工况要求。进行了现场试验,该工具具有较好的提速效果,同比提速40%以上。
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    Q235钢试样低周疲劳过程中表面三维形貌的参数演化规律
    王雪;刘涛;汪方斌;朱达荣;
    2020 (01):  206-209+215.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5101
    摘要 ( 440 )  
    为揭示金属低周疲劳过程中表面三维形貌参数演化规律,选取Q235钢试样开展低周疲劳实验,并使用3D轮廓仪获取在同一加载条件、经历不同循环次数的试样表面高度信息,进而对其表面三维形貌进行描述,获取二维粗糙度Ra及三维粗糙度Sa、Vvc、Sal参数特征。结果表明:疲劳过程中表面二维粗糙度Ra及三维粗糙度参数Sa、Vvc、Sal随着疲劳循环次数的增加而增加,且Ra、Sa和Vvc参数在初始与断裂阶段增加幅度较大,中间过程增速较缓。该研究方法及结论可为后续开展形貌相关疲劳寿命评估研究提供基础支撑。
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    考虑疲劳寿命的某中型商用车车架轻量化设计
    郭秋红;展新;王敏;林长波;黄伟;
    2020 (01):  210-215.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5126
    摘要 ( 371 )  
    为提升某国产商用车车架可靠性、经济性设计水平,对其进行抗疲劳轻量化仿真研究。首先基于多体动力学软件ADAMS/Car建立整车刚柔耦合装配,模拟整车满载时在B级路面以50km/h速度行驶的工况,提取车架与悬架连接处的载荷-时间历程,结合惯性释放法得到的单位载荷下的应力响应,基于车架材料的S-N曲线对疲劳寿命进行预测;分析结果表明:车架疲劳寿命为62.99×10~4 km,符合国家《机动车强制报废标准规定》关于中型商用车安全行驶里程为60×10~4 km的要求。其次结合Morris全局灵敏度分析进行商用车车架疲劳寿命显著因子的筛选。最后基于最优拉丁超立方法进行实验设计,Kriging近似模型进行拟合,ASA自适应模拟退火算法进行优化,使商用车车架在满足《机动车强制报废标准规定》疲劳寿命的基础上减轻其质量,达到轻量化的目标。
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    东华大学 机械工程学院
    2020 (01):  217.  DOI: 10.13952/j.cnki.jofmdr.a5144
    摘要 ( 653 )  
    东华大学(原中国纺织大学)地处上海,是教育部直属的全国重点大学、国家"211工程"重点建设院校。东华大学机械工程学院前身为成立于1951年的华东纺织工学院纺织机械系,为建校初期三大系之一,1981年成为我国首批获得博士、硕士、学士三级学位授予权部门,1999年成立机械工程学院。目前拥有机械工程一级学科博士点、机械工程博士后流动站;机械工程一级学科为上海市一流学科,机械设计及理论二级学科为国家重点培育学科,机械制造及其自动化二级学科为上海市重点学科。学院设有机械设计系、机械制造系、机械基础系、机电工程系、工业设计系、机械工程实验
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