理论与方法研究

  • 考虑啮合刚度时变性的齿轮传递误差计算

    谭学飞;鲁文佳;张义民;赵燕辉;

    齿轮传递误差是衡量齿轮副动态性能的重要指标,齿轮时变啮合刚度对周期性变化的传递误差有重要的影响,二者是齿轮副重要的内部激励。为充分揭示两者的内在联系,同时考虑轮齿修形工艺对传递误差的影响,准确给出了齿顶修形量对齿轮啮合区的影响区间模型和齿向修形模型,建立了考虑齿轮修形因素的基于时变啮合刚度的齿轮传递误差计算模型。将传递误差的理论模型与试验结果对比,得到了良好的吻合效果,验证了传递误差模型的准确性。

    2020年01期 No.347 1-4页 [查看摘要][在线阅读][下载 924K]
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  • 点云特征型面的边界曲线拟合及曲面裁剪算法

    陈华伟;袁小翠;伍权;徐卫平;

    点云特征型面边界曲线的拟合质量直接决定了对应曲面裁剪的质量。以机械零件点云模型为研究对象,针对点云分割型面的边界点识别、排序、拟合和曲面裁剪问题展开研究。基于场力法提取的边界点集,提出了基于最短距离法的边界点集排序和方向夹角阈值限定的边界点集去噪等预处理算法;采用局部二次多项式函数拟合估算边界点集曲率,提出了基于曲率突变点归属性判断的边界点集分段和拟合算法;通过控制点投影变换求取二维裁剪边界,提出了基于特征点集多边形凹凸性的二维边界曲线方向判断法。使用机械零件模型典型型面进行实验,验证了各阶段算法。该算法具有很好的适用性,可进一步扩展应用至复杂曲面边界裁剪。

    2020年01期 No.347 5-8+13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1535K]
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  • 变刚度横置板簧式悬架系统设计研究

    王孝鹏;

    通过变刚度横置板簧悬架模型设计,板簧刚度可实现9倍范围变化,FSAE赛车可实现16种变刚度底盘特性组合;弯道仿真表明,FSAE赛车前后悬架不同刚度组合均可降低整车质心高度,提升稳定性,其中BB刚度组合性能改善最为明显,车身高度降低81.18mm,整车横摆角速度指标提升35.39%,侧向加速度指标提升57.50%;横置板簧与车身及下控制连接处添加衬套后,可有效改善实验初期震荡现象;板簧结构优化后,质量减少24.00%,稳定性指标微幅提升,但仿真过程伴有较小的震荡现象。

    2020年01期 No.347 9-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 2743K]
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  • 地铁车钩维护工作台轻量化设计

    伍建军;王子宁;付鹏泽;金渶棋;

    针对传统设计方法下地铁车钩维护工作台尺寸与重量偏大,使得材料成本增大的问题,采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,通过构建拓扑优化模型和尺寸优化模型,进行了从车钩维护工作台拓扑结构到各尺寸参数的优化过程,实现了车钩维护工作台的轻量化设计。在轻量化设计过程中,通过结构的拓扑优化设计得到了材料在设计空间内的最佳分布,在此基础上提取车钩维护工作台拓扑结构,并通过相对灵敏度分析,筛选出对车钩维护工作台质量降低敏感但对性能降低不敏感的设计变量,最后以筛选出的6个变量作为设计变量进行尺寸优化设计。结果表明:优化后的车钩维护工作台强度有所提高,刚度满足设计要求,并且实现减重49.28kg,减重率为30.73%,轻量化效果显著。

    2020年01期 No.347 14-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1714K]
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  • 海洋垃圾回收船设计

    朱永强;张平霞;

    为解决近海区域水面垃圾污染的问题,利用Solidworks设计了海洋垃圾回收船的船体结构、驱动装置、输送装置等零部件,分析了垃圾回收原理及各部件的相互驱动关系。为提高垃圾回收效率,结合水面垃圾极易随水流动这一特点,提出了以水为载体,形成特定水流,带动漂浮物,实现垃圾收拢、导流、传输、分流的回收过程。通过设计垃圾聚拢装置、垃圾导流螺旋桨等装置,来加快垃圾回收。并通过分流孔洞,来减小船体行驶阻力,实现垃圾与水的分离,降低垃圾船的负载,满足了景区单人高效水面垃圾回收的需要。

    2020年01期 No.347 18-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1857K]
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  • 基于相似性分析的主动再制造优化设计方法

    吕岩;柯庆镝;刘光复;宋守许;

    主动再制造可以有效控制再制造毛坯状况的不确定性和复杂性,进一步推动再制造工程的工业化发展。结合主动再制造基本理论与内涵,提出基于相似性分析的优化设计方法。首先从生命周期角度,分析再制造时域决策中产品性能演化的影响,提取出产品的主动再制造设计需求。同时基于结构相似理论,分析相似性结构设计参数与其性能之间的定量映射关系,建立性能相似性分析模型。而后基于该模型,构建优化参数及目标函数,提出基于相似性分析的主动再制造优化设计方法。最后通过发动机连杆优化设计实验来验证该方法的有效性及可行性。

    2020年01期 No.347 21-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1395K]
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  • 全陶瓷球轴承内外圈沟曲率系数的优化设计

    周井玲;张巍文;顾乐乐;

    全陶瓷轴承沿用钢轴承的参数设计会大大降低轴承的疲劳寿命,需对全陶瓷轴承进行优化设计来提高疲劳寿命。通过对当前设计试样轴承的疲劳寿命试验结果分析,以全陶瓷深沟球轴承内外圈的接触应力和摩擦力矩作为优化目标,建立优化评价系数的函数,并求得内外圈沟曲率系数的最优值。建立有限元模型,对其内外圈与球的接触应力和摩擦力矩进行分析验证。最后进行疲劳寿命试验,验证了优化设计后轴承在载荷为500N左右时,疲劳寿命提升最大,约17%。

    2020年01期 No.347 26-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1544K]
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  • 改进3D SLAM算法在移动机器人上的应用

    于志鹏;蒋林;

    实现移动机器人的同步定位与建图(SLAM)是实现移动机器人真正意义上自主导航的关键。越来越多的研究者开始关注基于机器视觉的SLAM技术,这是因为它具有丰富的信息和低廉的价格。针对传统的室内环境下的3D SLAM存在实时性差、鲁棒性低等问题,提出了一种改进的RGB-D SLAM算法,利用主成分分析法(PCA)对特征描述子进行降维处理,以加快图像匹配的速度。同时针对RGB-D SLAM过程中平移和旋转较慢这一特征,提出了一种将图像区域分块匹配的方法,提高了特征点匹配的效率,降低了误匹配率。同时限制所划分的区域内的特征点数目,使得提取到的图像特征更均匀。为了克服原始RGB-D SLAM的效率不佳问题,采用了RTAB-MAP来实现RGB-D SLAM。在后端,g2o用于机器人的轨迹和全局地图优化。

    2020年01期 No.347 29-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 2448K]
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  • 柔性件装配偏差的有限元分析

    魏建军;范真;徐旭松;

    利用有限元法对两个刚性小、形状不同且易变形的柔性件进行装配偏差分析。采用"6-2-1"定位方式对柔性件进行定位,通过影响系数法对柔性件装配偏差进行建模,分析在焊接装配中产生的偏差。结合有限元软件Workbench和MATLAB进行仿真计算,与CATIA TAA分析结果进行对比。研究结果表明:薄板A中测量点偏差的分析结果与CATIA TAA仿真结果存在偏差,而薄板B中测量值与CATIA TAA仿真结果基本相同,验证了分析结果的有效性,为产品分析提供了方便。最后,研究了焊接点个数对柔性件装配偏差的影响,得出柔性件装配偏差随着焊接点个数的增加呈先减小、后增加的趋势。

    2020年01期 No.347 33-35+39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2020K]
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  • 炮弹引爆体上斜槽加工夹具的设计与制造

    杜新宇;杨芳;

    炮弹引爆装置引信体零件体积小,结构复杂,精度要求高。为提高零件上斜槽的加工效率,拟设计一套立式数控铣床专用夹具。通过对斜槽工序尺寸和被限制的自由度的分析,选择以引信体端面和中心孔等为定位基准的一面两孔定位方式;通过提高限位元件和定位元件加工精度,解决了过定位引起的干涉问题,满足了零件加工精度要求。通过对铣削力的计算,确定了工件夹紧力。为防止在夹紧力作用下铣削后工件悬空部位的变形,采用了杠杆压板手动夹紧方式。文中也介绍了夹具整体结构和主要零件的设计与制造。该夹具使用后,经测试工艺能力指数超过1.33,符合大批量生产的工序能力要求。夹具装夹方便,定位误差小,保证了引信体零件的加工质量要求。

    2020年01期 No.347 36-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2286K]
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  • 轮履复合移动平台连杆切换机构的设计分析

    王腾;杜忠华;谢磊;尚宇晴;

    针对移动平台轮、履复合的问题,提出了不同于常规的轮履安装布局策略,设计了一种具有自锁功能的连杆切换机构,即研发了一种主、被动相结合的悬架结构;描述了其构成及实现原理,并建立了连杆切换机构的运动学模型;基于Matlab提出了一种综合位置、速度、受力多指标的参数优化方法。结果表明,连杆机构设计能够实现轮、履的切换功能;优化方法可对机构参数进行多目标合理优化,使连杆末端行程大为缩短,运动速度变化区间缩小,最大受力值降低,有利于轮履切换机构性能的改善,为连杆机构的类似应用提供了参考,弥补了轮履复合移动平台悬架研究的不足。

    2020年01期 No.347 40-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 2880K]
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  • 动压径向滑动轴承油膜力场的模拟与数值计算研究

    张一磊;徐武彬;李冰;倪壮;

    建立了滑动轴承数值计算模型和有限元模型,通过计算软件求解滑动轴承的油膜压力,分析比较了不同转速和不同偏心率下滑动轴承油膜压力场的分布和油膜压力极值的变化,并通过数值计算方法得到了稳定性临界曲线。计算结果表明:在转速一定时,随着偏心率的增加,油膜压力逐渐增大,压力极值增加,且增加速率逐渐增大;在偏心率一定时,随着转速的增加,油膜压力逐渐增加,压力极值呈线性增长。模拟结果和理论结果基本吻合,并进一步通过稳定性曲线与先前研究人员曲线和实验结果对比,更加验证所建立数值模型和有限元模型的准确性,为下一步研究形位误差对滑动轴承的影响提供依据。

    2020年01期 No.347 44-47+51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2993K]
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  • 平面复合连杆机构设计及可动性分析

    张春;胡小春;林佳裔;

    由于设计尺寸不合理,复合机构在工作过程中产生奇异导致机构失效,因此在复合机构的设计过程中可动性分析是必要的环节;大量的研究成果是针对平面铰链机构的分析设计,而平面复合机构的研究工作相对较少。通过解析法推导出曲柄滑块机构曲柄和连杆的解析式以及通过矢量环方程法推导出五杆滑块机构杆长解析式,并将曲柄滑块机构和五杆滑块机构装配,对装配后的复合机构进行可动性分析,得到复合机构的杆长关系。为快速、准确的设计此类复合机构提供了一种新的方法。

    2020年01期 No.347 48-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 1647K]
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  • 磨料微粉形状特征在线视觉检测技术研究

    张浩然;赵凤霞;朱晓谦;刘一博;

    为获得清晰的流动微粉溶液图像,搭建了一个可以自动调焦的显微图像采集平台。该平台基于对焦深度法进行自动对焦,其清晰度评价函数采用改进的平方梯度法计算,搜索算法采用改进的爬山搜寻法实现,该方法速度快自动化程度高。获取图像后,采用灰度变换法增强了图像背景和前景的对比度,然后根据黏连颗粒区域的凸凹性,基于凸包分析进行了黏连颗粒剔除,保证了微粉颗粒形状尺寸特征计算的准确性;最后将研究的技术与用FUNIK激光粒度分析仪检测过的CBN-GM850微粉进行了实验验证和对比,结果表明,这里研究可以为微粉品级的有效确定提供依据。

    2020年01期 No.347 52-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 2036K]
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先进制造技术

  • 履带起重机性能表高效制定软件研究

    刘林楠;秦义校;李启宇;

    针对履带起重机臂架系统组合形式多、性能表起重量和起升高度数据多变和制定工作量大等问题,将面向对象编程技术应用于履带起重机臂架结构非线性分析模型的建立,制作了一套性能表高效制定软件。通过可视化编程语言批量生成ANSYS结构力学分析命令流,对各种臂节组合形式在不同工况的起重量进行迭代运算,并从中筛选出最终结果来生成履带起重机的性能表。用本软件生成的性能表与现有的履带起重机性能表进行对比研究,验证了其有效性。本软件能对现有的履带起重机性能表进行优化与完善,也能高效实现新的履带起重机性能表的制定,从而使履带起重机作业更安全、设计效率更高。

    2020年01期 No.347 56-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 2420K]
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  • 复材隧道逃生管道冲击数值模拟及试验研究

    辛亮;张伟;陈继滔;周恒;

    针对一种内外层为玻璃钢、芯层为陶粒树脂混凝土的新型复合材料隧道逃生管道结构,利用ABAQUS有限元软件对逃生管道的抗冲击性能进行了数值模拟,并进行了足尺试样冲击试验。对比现场冲击试验数据与数值模拟结果可得:(1)左端冲击时,端部的冲击变形最大,越往内侧变形量越小;中部冲击时,冲击点附近管道呈下凹趋势;(2)管道试样的冲击变形数值模拟预测结果与试验结果吻合良好;(3)所提出的新型逃生管道结构经300kg落锤7m高度下落冲击后,管道内部最小净空高度大于450mm,可以满足施工人员低姿匍匐逃生的安全空间要求。

    2020年01期 No.347 60-62+67页 [查看摘要][在线阅读][下载 3086K]
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  • 爪式真空泵的曲爪与直爪转子型线与性能研究

    崔冬;刘瑞青;王君;刘强;

    爪式转子对爪式真空泵的使用性能产生极大影响。基于曲线啮合理论,建立了2种常用于爪式转子中的曲线的啮合模型,分析了全光滑曲爪转子和全光滑直爪转子的构建,完善了其构建方法与型线的参数方程,验证了2种全光滑爪式转子的啮合正确性;通过理论研究、力学分析和数值模拟,比较了不同的全光滑爪式转子真空泵的工作性能、转子力学性能和内部流场。研究结果表明:全光滑曲爪转子真空泵的工作性能参数比全光滑直爪转子真空泵更好,全光滑直爪转子的力学性能比全光滑曲爪转子更加优越。研究结果为爪式真空泵的转子选用提供了理论依据。

    2020年01期 No.347 63-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 4497K]
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  • 碳化硅研抛过程中表面损伤的仿真与实验研究

    谷岩;朱文慧;林洁琼;孙建波;

    碳化硅在研抛加工过程中极易产生表面损伤,从而影响工件表面质量和疲劳性能。基于硬脆材料的研抛去除机理,建立有限元仿真模型,模拟单颗粒研抛过程,分析了工件材料的去除过程,以及不同工艺参数对表面应力分布和表面去除形貌的影响。通过计算机控制精密研抛工艺对碳化硅进行研抛试验,进一步分析了各工艺参数下表面形貌的变化,结果表明,较小的主轴转速、较大的磨粒尺寸和研抛深度对工件表面破碎损伤严重,而进给速度对工件表面去除效果的影响不明显,不同工艺参数对表面损伤影响变化趋势与模拟分析结果吻合较好。研究结果对于选择合理的研抛工艺参数以获得良好的表面质量具有重要意义。

    2020年01期 No.347 68-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 3735K]
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  • 基于COPRA的电梯导轨辊弯成型仿真与模具调试研究

    王传红;骆晶;黄勇军;赵荣国;

    根据电梯导轨的截面形状和技术要求,应用专业的冷弯成型设计软件COPRA对电梯导轨进行成型工艺的设计,并运用变形模拟功能分析了该工艺设计的合理性。在此基础上建立了符合实际工况的计算模型,将变形圆角处的网格进行加密划分,并进行了全流程的成型仿真。通过对位移、接触应力、截面对比、单元节点的宽度应变分析,得到仿真结果中圆角处的减薄量与实际的成型结果基本一致。结合仿真结果与现场安装调试出现的成型缺陷,研究出相应的解决策略。结果表明:COPRA软件计可以预测成型缺陷、提高设计的可靠性;模具的现场调试对产品的最终成型质量具有重要的意义。

    2020年01期 No.347 72-74+79页 [查看摘要][在线阅读][下载 2136K]
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  • FSAE赛车整车建模及操纵稳定性仿真

    张志亮;朱建军;

    为了提高FSAE赛车的操纵稳定性,文中采用自主设计的多连杆独立悬架并运用ADAMS/Car模块创建了整车虚拟模型。对前多连杆悬架转向系统运行双轮同向激振仿真试验,利用ADAMS/Insight模块对悬架的车轮前束角、外倾角、主销后倾角及内倾角四个运动学参数进行优化分析,并对优化前后的整车虚拟模型进行转向盘转角阶跃输入和虚拟蛇形穿越仿真试验。结果表明,悬架的整体运动特性得到较大的提升,整车的操纵稳定性也得到改善,对提升整车的操纵稳定性提供了参考。

    2020年01期 No.347 75-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 2338K]
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  • CEEMDAN-PE-TFPF降噪法在齿轮故障诊断中的应用

    白丽丽;韩振南;任家骏;

    针对齿轮故障诊断过程中,大量噪声使得故障特征难以完全提取的情况,提出了一种完整的自适应噪声集成经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)、排列熵(Permutation Entropy,PE)和时频峰值滤波(Time-Frequency Peak Filtering,TFPF)相结合的去噪方法。由于TFPF方法在窗长问题上的局限性,引用CEEMDAN和PE对此进行改进,使信号在噪声抑制和信号保真方面得到了很好的权衡。首先利用CEEMDAN算法得到原始信号的本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMFs),计算每个IMF的PE值来判断IMF是否需要滤波,然后针对不同的IMF选择不同的窗口长度进行TFPF滤波,最后将滤波后的IMFs和剩余IMFs重构得到最终的降噪信号。通过模拟仿真信号和实测齿轮信号验证了该降噪方法的可行性,且降噪后的信号可以有效地揭示故障的特征信息。最后与多种降噪方法对比,体现了所提方法的有效性和优越性。

    2020年01期 No.347 80-83+88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3386K]
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  • 宽基载重子午线轮胎成型模拟及工艺改进

    王建伟;姜震;周海超;

    参照三鼓式一次成型法的制造工艺,用ABAQUS软件仿真了445/65R22.5 RLB900型宽基子午线轮胎的成型过程,通过将成品胎的材料分布仿真图与实测图的对比,说明了仿真方法的合理性。通过仿真分析,获得了在成型过程中不同部件的胶料流动情况,通过分析无花纹和有花纹的轮胎成型过程,提出帘线力梯度作为评价成型质量的标准。为了消除胎冠区域胶料凸起的异常现象,提出了减薄胎面外侧胶料厚度和改变半成品胎超定型位置的方法,结果表明:减薄胎面外侧胶料厚度和增加超定型位置使胶料流动更均匀,能够解决胎冠胶料凸起的问题。研究结果可以为优化轮胎施工设计和提升成型质量提供指导。

    2020年01期 No.347 84-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3144K]
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  • T型焊接接头的抗疲劳裂纹扩展设计研究

    陆地;崔璐;崔俊航;

    针对焊接机械结构中出现的焊接接头疲劳断裂现象,从裂纹扩展的角度分析结构参数对结构疲劳强度的影响情况,为进行焊接结构的抗疲劳设计提供依据。建立了含表面裂纹T型焊接接头的有限元模型,采用扩展有限元法计算外载荷作用下的裂纹尖端应力强度因子,探寻T型焊接接头的结构参数发生变化时,对相同载荷条件下表面裂纹应力强度因子的影响规律。采用研究结果指导T型焊接接头的设计,提高焊接机械结构的疲劳强度和可靠性,降低断裂事故的发生。

    2020年01期 No.347 89-91+95页 [查看摘要][在线阅读][下载 2261K]
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  • 高速精密磨削18CrNiMo7-6表面三维粗糙度试验研究

    沙雪莹;王栋;陈冠华;

    为了研究高速精密磨削对渗碳淬火齿轮钢18CrNiMo7-6表面质量的影响,设计了以砂轮线速度、工作台速度、磨削深度以及砂轮粒度为变量的单因素试验。对比了磨削后表面的二维与三维粗糙度,分析了磨削参数对三维粗糙度的影响规律及影响程度,得出以下结论:三维参数较二维参数更能反映真实表面信息;砂轮线速度和砂轮粒度的提高会导致算数平均偏差Sa、均方根偏差Sq、表面峭度Sku的减小以及表面偏斜度Ssk的增大,即表面质量提高,磨削深度和工作台速度的增加会使各参数有相反的变化规律;砂轮粒度对三维粗糙度参数的影响最大,工作台速度几乎没有影响。试验高速精密磨削工艺参数的选择提供了参考。

    2020年01期 No.347 92-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1865K]
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  • 基于VMD-SVM的滚动轴承退化状态识别

    吕明珠;苏晓明;刘世勋;陈长征;

    针对滚动轴承全寿命退化状态难以有效识别的问题,提出了一种基于变分模态分解(VMD)与支持向量机(SVM)相结合的滚动轴承退化状态识别方法。该方法先用包络熵确定VMD的最优分解层数,再根据峭度及相关系数准则选择VMD分解后的敏感本征模态分量(IMF),然后提取敏感IMF分量的时域指标和能量熵构成退化特征向量序列,最后随机抽取不同退化状态下的少量样本输入SVM模型训练,建立退化状态模型库,并用真实数据进行测试。实验结果表明该方法能够准确识别出轴承的退化状态,通过与EMD-SVM、EEMD-SVM模型对比,验证了该方法的优越性。

    2020年01期 No.347 96-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 2379K]
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数控与自动化

  • 民航涡扇发动机高高原起动失效机理试验研究

    赖安卿;付尧明;闫锋;

    为了探究民航涡扇发动机高高原起动失效机理,基于QAR数据对某型大涵道比涡扇高高原发动机冷发起动失效和热发起动成功时的关键性能数据进行了对比分析;针对发动机起动时燃烧状态,设计了航空发动机在翼尾气测量系统,测量分析尾气主要成分(未燃碳氢化合物、氮氧化物和一氧化碳)的实时浓度,结果表明:高高原无论冷发起动失败还是热发起动成功,起动机均需要单独带动发动机运转较长时间,达到30%N2左右转速,发动机才开始供油,热发比冷发供油量多,由于燃油雾化质量差,冷发起动比热发起动着火耗时明显增长;冷发供油到着火这段时间,发动机供油规律为脉动式;受制于EGT的限制,冷发起动第三阶段供油量基本维持不变,造成起动悬挂;热发与冷发相比,EGT温度较高,未燃碳氢化合物和一氧化碳的排放浓度较小,氮氧化物排放浓度差距不大,热发的燃油燃烧更充分。

    2020年01期 No.347 101-104+109页 [查看摘要][在线阅读][下载 2865K]
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  • 风力机制动器摩擦副变形对振动特性的影响

    殷玉枫;郑瑶;李闯;高崇仁;

    为了更好的了解风力机制动器的振动特性,探讨了1.3MW的风力发电机盘式制动器的变形对制动振动的影响,考虑了制动盘和摩擦片之间摩擦特性,以有限元理论为基础,建立了风力机盘式制动器摩擦副的有限元模型,得到了制动器摩擦副的变形结果,根据结果分析了有变形和无变形两种情况下的制动盘振动特性,并进行了对比。研究结果表明:在风力机制动过程中,制动器摩擦副会产生一定程度的变形,这种变形会引起制动盘的刚度变大,从而影响到制动盘的振动频率。这将为今后优化制动器的结构提供一定的理论支撑。

    2020年01期 No.347 105-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 3561K]
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  • 柴油机活塞阳极氧化对结构可靠性的影响

    杨锦明;刘世英;

    为了探究氧化层对活塞结构可靠性的影响,以柴油机铝质活塞为研究对象建立活塞三维模型,结合试验数据对活塞温度场、热应力场和热机耦合场进行有限元模拟计算和对比分析。分析结果表明,在最大负荷工况下,阳极氧化的铝基体活塞最高温度和最大热应力较原始活塞分别下降6.58℃和14.1MPa;阳极氧化区域产生了拉应力。因此,在设计中,原始活塞顶面受压应力的区域应覆盖氧化层以平衡压应力,在原始活塞顶面受拉应力的区域应不覆盖氧化层以避免增大拉应力。活塞顶面应力状态得到改善后可以减少顶面裂纹产生,提高活塞的使用寿命。

    2020年01期 No.347 110-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 2486K]
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  • 汽车干式离合器压盘内凹变形仿真分析

    龚雨兵;葛文成;周杰;张立杰;

    汽车干式离合器压盘摩擦面产生的内凹变形的发生过程及其关键影响因素尚不清楚。建立了压盘总成简化有限元模型。推导了持续滑磨工况下压盘摩擦面热流密度的一种函数表达式。模拟了压盘在持续滑磨至冷却工况下其摩擦面产生内凹变形的过程。分析了摩擦面最高温度、压紧力以及压盘齿顶处摩擦系数等三个重要因素对压盘内凹变形量的影响规律。将数值仿真结果与台架试验结果进行了对比。结果表明:所建立的数值仿真模型能有效地模拟压盘内凹变形过程;压盘产生内凹变形是由于压盘冷却至其摩擦面水平时压盘内部仍存在温差所致;摩擦面最高温度对压盘的内凹量影响较大,温度越高、内凹变形量越大;压紧力及压盘齿顶处摩擦系数影响不明显。

    2020年01期 No.347 114-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 2894K]
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  • 磁盘间隙对刀具刃口钝化的影响

    李荣敏;赵雪峰;陶丽佳;郑鹏飞;

    高速高效切削加工是机械加工的必然发展方向。刀具刃口钝化通过改变切削刃的微观轮廓,提高刀具使用寿命、改善切削性能和加工表面质量。基于刀具刃口磁力钝化方法,研究了硬质合金刀具钝化过程中,磁盘间隙对钝化压力和去除量的影响规律,采用有限元软件ANSYS对刀具刃口钝化过程中进行磁场分析,分析了磁盘间距对磁感应强度和磁力线分布的影响规律,并通过与实验相结合,研究钝化时间和工作间隙对钝圆半径的影响规律,研究成果对于实现刀具钝化刃口优化,促进我国装备制造业的发展具有重要的科学和工程意义。

    2020年01期 No.347 119-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 2791K]
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  • 二维结构拓扑优化的GPU并行计算方法研究

    刘家彤;王春洁;吴健;付志方;

    针对结构拓扑优化中存在的计算量大,计算效率低的问题,以二维结构拓扑优化问题为研究对象,提出了一种GPU并行计算方法。通过对已有串行算法进行研究,结合GPU并行计算的基本特点,采用节点刚度方法计算结构刚度矩阵,相对于MATLAB向量化计算,该算法加速效果显著。以固体各向同性材料惩罚法进行结构拓扑优化为例,在CUDA平台下实现了对结构化网格二维拓扑优化问题的GPU并行计算,得到了清晰的拓扑构型,将该方法与现有计算方法进行对比,GPU并行计算速度有较大提升。

    2020年01期 No.347 123-126+131页 [查看摘要][在线阅读][下载 2962K]
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  • 三指灵巧手结构设计及接触力规划

    蔡博;高宏力;宋兴国;王奉晨;

    针对传统灵巧手追求灵活性而带来其外形尺寸过大、结构复杂的问题,设计一种小巧紧凑而灵活性高的全驱动三指灵巧手并建立其三维模型。采用拉格朗日法建立单手指动力学模型并进行动力学分析。然后将灵巧手三维模型导入ADAMS软件中建立灵巧手虚拟样机进行仿真,得到其运动学与动力学等性能曲线。利用MATLAB软件对其动力学方程进行数值分析,其理论分析结果与ADAMS仿真结果一致,验证了理论计算的正确性和灵巧手结构设计的合理性。基于拉格朗日乘子法求取抓取力初值,通过引入稳定系数对其进行优化得到优化接触力,同时也验证了其在手指关节驱动力矩约束下的合理性,为灵巧手手指抓取力计算提供了新的参考。

    2020年01期 No.347 127-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 3244K]
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  • 负脉冲混合多模态输入整形器抑振鲁棒性分析

    李兵;魏玉兰;欧鹏飞;张清珠;

    鲁棒性是评估输入整形器抑振能力强弱的重要指标,可通过分析灵敏度曲线获得。描述了一种新型负脉冲混合多模态输入整形控制策略的构建方法与鲁棒性分析原理。建立六种负脉冲混合两模态输入整形器抑制一种3-DOF机器人的残余振动,通过仿真分析了它们前两个模态的抑振频带宽度与频率误差范围,并分析了各种多模态输入整形器的抑振特性和选用原则。结果表明,采用新型控制策略建立的输入整形器NZVD-NEI的鲁棒性最好,且脉冲类型的变化和混合控制策略的应用将改变多模态输入整形器的鲁棒性,NZV-NZVD输入整形器对这种3-DOF机器人抑振的综合性能最好。

    2020年01期 No.347 132-135+139页 [查看摘要][在线阅读][下载 2734K]
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  • 起重机制动器摩擦系数检测装置研究

    翟羽;鲍久圣;王宁;阴妍;

    以起重机械中广泛应用的电力液压鼓式制动器为研究对象,确定传感器安装位置,搭建硬件电路并编制配套的下位机程序,将检测装置调试至稳定状态,并将检测装置安装在模拟制动试验台进行台架制动试验,对其检测性能进行试验验证。试验结果表明,所设计的起重机制动器摩擦系数检测装置可通过液晶显示器对被检测量实时显示,并将数据通过串口通信传输至上位机进行相关曲线绘制及数据保存,且所测数据符合制动摩擦学规律。该装置具有便携以及快速检测的特点,易于安装,可为起重机制动器的现场检测以及故障排查提供便利,能够有效防止事故的发生。

    2020年01期 No.347 136-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 3208K]
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  • 过渡流下顺排圆柱列流动特性的可视化实验

    周杰;张文俊;喜冠南;

    为研究过渡流下顺排圆柱列的流动规律,搭建了开式循环水槽。利用粒子图像测速(PIV)技术,在确定纵向间距(PT)及雷诺数(Re)的情况下,改变横向间距(Ps),从而对顺排圆柱列的瞬时场及时均流场进行可视化实验研究。实验结果表明在Re=150,PT=2.5D,Ps=2D~6D的工况下,上游圆柱与下游圆柱间距直接影响圆柱列流场换热效果。当Ps在2D~3D之间,上游圆柱与下游圆柱之间流场为回流死区,该区间换热效果差;Ps由3D增加至4D时,上游圆柱与下游圆柱之间流场由稳态变为非稳态;Ps由4D增加至6D时,上游圆柱与下游圆柱之间流场区域的洗刷效应减弱,且Ps=4D时,该区域的周期性更加明显。

    2020年01期 No.347 140-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 2313K]
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数字化设计与制造

  • 油液作用下某燃油箱的半载状态阻尼振动分析

    孙钊;尹辉俊;刘赟;王玉勤;

    为探讨燃油箱振动耐久性试验中半箱油对燃油箱结构的影响,利用有限元软件分别对某燃油箱在空箱状态进行模态分析和在半载状态下(即燃油箱额定容量的1/2的油)利用流固耦合的方法进行阻尼振动分析。分析得到了这两种状态下燃油箱的固有频率及对应振型,并对该燃油箱进行扫频试验验证。结果表明,在空箱状态下,最大位移出现在隔板上,在半载状态下,最大位移出现在下箱体上,并且燃油箱的前四阶固有频率均有不同幅度的下降,下降幅度最大达到56.8%。可见由于半箱油对该燃油箱的作用使该燃油箱的固有振型发生改变并且使其固有频率大幅降低,而且随着固有频率阶数的上升,下降幅度也在减小,其中第一阶固有频率受影响最大。此外这种分析方法可以对燃油箱在装载油液后,在振动耐久性试验中是否会产生共振,起到预测和防范作用,并对燃油箱的改进起到一定的指导作用。

    2020年01期 No.347 144-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 2733K]
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  • 基于公差原则的位置度误差的评定

    宋励;黄美发;唐哲敏;鲁周抗;

    机械零件的位置精度是零件加工的主要质量指标之一,通过控制加工零件的关联实际被测要素对基准在位置上的变动量,可以确定位置精度要求。在机械类产品的被测要素和基准要素上都应用公差原则,能在提高可装配性的前提下,扩大了被测要素公差带的范围,降低制造成本。目前对于位置度误差的评定模型的研究大多着眼于一般参考基准,而较少涉及有公差原则的参考基准。对花键轴基准要素有最大实体要求,被测要素有最大实体要求、可逆要求的位置度公差(简称M-MR位置度公差)的数学评定方法进行研究。根据M-MR位置度公差的工程语义,分析实际量具的几何特性及其在合格性评定中的使用过程,提出位置度误差合格性评定的数学方法。

    2020年01期 No.347 149-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1418K]
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  • 厚度分布对球形金属贮箱膜片翻转的影响

    程桐;黄放;周晓兰;刘忠;

    厚度分布是影响膜片顺利翻转较大的因素,为获取两种方案厚度分布的膜片在翻转过程的形变、应力、应力分布及质心的横移量,通过对推进剂贮箱金属膜片采用UG建模,结合非线性有限元分析软件Patran模拟分析膜片的大变形非线性特性,经过对比从而寻找出具有较优翻转特性的膜片厚度分布区间为0.9~1.3mm,且第二种方案应力分布更为均匀;结合实验验证仿真真实性,通过实验测得起翻压差为0.14MPa,且压力达到0.45MPa时液体可以完全排出;推进剂最大流量达到工作要求,且翻转时的最大偏心量符合设计要求。

    2020年01期 No.347 153-155+160页 [查看摘要][在线阅读][下载 2528K]
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  • 基于BP神经网络和证据理论的离心压缩机喘振诊断方法

    谢林;冯坤;张明;

    离心压缩机是石油化工生产中的核心动力设备,然而运行过程中易发生喘振故障造成事故。对于喘振故障,传统方法采用时频特征分析方法诊断,而该方法通常在喘振发展到后期、信号特征明显的情况下才诊断出喘振故障。为解决该问题,提出基于BP神经网络和证据理论的诊断方法,该方法使用故障数据训练得到BP神经网络,进而对采集的数据进行初步诊断,再采用证据理论融合各初步诊断结果得出诊断结论。通过在离心压缩机实验台上模拟喘振故障,结果表明:该方法能够准确诊断压缩机喘振故障,此外与传统方法相比,采用该方法能在喘振发生初期诊断出故障,从而进行调控避免喘振发展到后期,这对实现离心压缩机防喘具有重要意义。

    2020年01期 No.347 156-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 2256K]
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  • 基于Kriging元模型的柴油机连杆结构优化设计

    刘晓洁;

    为了提高连杆结构优化设计的收敛性和效率,从某柴油机连杆APDL语言参数化出发并结合Kriging模型的特点,提出了基于Kriging元模型的柴油机连杆结构优化设计方法。通过灵敏度分析,将连杆结构9个参数变为为6个参数,不仅减少了设计参数,同时减小优化器的负荷。采用拉丁超立方采样并建立了Kriging代理模型,再对其进行了准确性验证,在此基础上应用SQP求解器,经过5中初始方案进行优化,优化后连杆质量减小7.2%,并对结果进行仿真验证,说明了该文方法的可行性和有效性。

    2020年01期 No.347 161-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 2538K]
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  • 基于改进LMD与小波包降噪对故障弱信号的提取

    陈长征;魏巍;

    针对微弱故障信号易被强噪声淹没的难题,提出了一种基于小波包降噪与改进LMD相结合的提取微弱信号特征向量的方法。首先选择恰当的小波基进行小波包分解,再根据计算出的最优小波包树进行信号重构,实现对原始信号的降噪处理。然后对重构的信号进行LMD分解,再计算PF分量的互相关系数和峭度值,减少虚假分量同时增强故障信号幅值。最后对真实的PF分量进行包络谱分析,提取弱信号的故障特征。实例研究结果表明:该方法能够有效地提取出淹没在强噪声中的故障弱信号的特征向量。

    2020年01期 No.347 165-168+172页 [查看摘要][在线阅读][下载 2175K]
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  • 机械弹性储能箱蜗簧内端连接强度分析

    汤敬秋;方涛;段巍;孙辰军;

    蜗卷弹簧是机械弹性储能的关键零部件,其一端与旋转芯轴连接,另一端与储能箱体内壁连接,连接部分的强度直接影响蜗卷弹簧工作的可靠性。针对蜗卷弹簧内端与芯轴的连接,提出了芯轴盒-螺钉组-压块连接方式,通过理论计算、实体建模及有限元分析,得到了连接中各零件的应力及其分布,提出螺钉组连接应力主要集中于螺纹杆接触面周围,连接的最大应力值出现在压块螺钉孔下边缘,而螺钉上的最大应力位于螺杆与蜗簧和压块接触面相切部位。最后通过仿真结果与理论计算结果的比较,验证了分析的正确性。研究成果为储能箱可靠运行提供有力依据。

    2020年01期 No.347 169-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 2618K]
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  • 应用MMR的平行度几何评定

    鲁周抗;黄美发;唐哲敏;宋励;

    当零件的几何公差及其基准同时应用最大实体要求(MMR)时,可使零件在满足可装配性情况下降低其加工成本。然而,在这种情况下如何评定零件的几何误差,现有的物理评定方法是通过物理综合量规来进行评定,存在测量柔性小、制造成本高等问题;现有的数学评定方法仍存在很大的局限性。针对这些问题,根据零件被测要素的平行度公差及其基准同时应用MMR(简称MM平行度公差)时的工程语义以及零件平行度物理检测方法的评定机理,建立了零件相应的虚拟量具以及提出零件MM平行度的数学评定方法。可将该方法拓展到其它类型的MM方位误差的评定中。最后给出所提方法在汽车连杆MM平行度公差评定中的应用,验证了该方法的可行性。

    2020年01期 No.347 173-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1759K]
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  • 操作状态下板式塔自振频率的影响因素

    张平;秦然;张静;吴剑华;

    操作状态下的板式塔发生自振时,板上操作介质产生额外偏心惯性力矩,影响塔体的自振频率。通过对偏心惯性力矩的分析,得到了操作状态下板式塔自振频率的影响因素。对四个板式塔的计算表明,塔板直径大的板式塔应该考虑偏心惯性力矩。直径为2.4m的板式塔,塔板直径增加一倍,塔体一阶自振频率也相应增加一倍。板上介质液面高度增加,塔体自振频率增大。液面高度增加一倍,四个板式塔的一阶和八阶自振频率最大增加分别13.2%和16.2%。板上介质密度增加使塔体的各阶自振频率减小,长径比为13.5的板式塔,介质密度增加一倍,塔体自振频率减小50%。对结构相同的板式塔,操作介质密度对高阶自振频率的影响大于低阶自振频率。

    2020年01期 No.347 177-180+184页 [查看摘要][在线阅读][下载 2330K]
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  • 朴素贝叶斯模型在驾驶员伤情预测中的应用

    陆颖;殷越洲;谢君平;

    先进车辆事故自动呼救(Advanced Automatic Crash Notification,AACN)系统能在车辆发生碰撞事故时及时对驾驶员的受伤情况进行预测,有助于呼救中心做出早期判断并制定更加积极有效的救援方案。首先,选取速度变化量、碰撞方向、驾驶员年龄、驾驶员是否系安全带、驾驶员侧安全气囊是否打开、驾驶员性别作为造成驾驶员伤情的影响因素,利用道路事故数据分析构建贝叶斯网络模型;其次对现有数据进行离散分类处理,然后建立驾驶员伤情预测的算法;最后通过事故数据进行仿真并对所提出的算法的有效性进行验证。结果表明,所建立的驾驶员伤情预测算法的预测准确率较高,可应用于AACN系统向呼救中心传递事故信息。

    2020年01期 No.347 181-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 1407K]
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  • Ti6Al4V粉末热等静压致密化的数值模拟

    刘德晖;游东东;黄庆云;

    利用MSC.Marc对Ti6Al4V粉末热等静压致密化进行数值模拟,选用Shima屈服准则,分析了粉末在热等静压过程中颗粒的流动及整体致密化趋势。同时,通过热等静压试验,验证了数值模拟结果的准确性。模拟结果表明:粉末在致密化过程中先受热膨胀后收缩致密;除包套端盖与侧壁夹角处的粉末相对密度较低以外其他区域密度相差不大,部分区域已达全致密。试验表明:压坯的收缩量、相对密度分布与模拟结果基本一致。数值模拟结果合理可靠,可以为成形复杂钛合金构件提供参考。

    2020年01期 No.347 185-187+191页 [查看摘要][在线阅读][下载 3247K]
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  • 基于改进VMD的滚动轴承故障诊断

    任学平;李攀;孙百祎;乔海懋;

    为了降低环境噪声对滚动轴承故障特征信息提取结果的影响,并且提高诊断的准备率,提出了基于改进VMD的滚动轴承故障特征提取方法。首先应用VMD算法对采集的轴承原始信号进行分解,根据能量差曲线确定最佳的分解层数k;然后依据峭度准则,选取峭度值最大的分量作为敏感分量进行后续的分析,最后采用Hilbert算法对选取分量进行解调分析;从最后得到的谱图中便可准确地提取到故障特征频率。通过对仿真和实验室信号的分析,证明了改进VMD算法的有效性与可行性。

    2020年01期 No.347 188-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 2088K]
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  • 基于FLUENT汽车散热器温度场匹配性分析

    兰文奎;李仕生;

    良好的散热系统是发动机工作的重要保证,良好的匹配性是整车高效工作的保证。针对车辆发动机散热器温度场匹配性进行分析,对发动机冷却风量、散热器散热量及水泵的选择计算进行分析,对影响冷却系的重要因素冷却风扇和散热器的选取进行分析,在此基础上对冷却系统的匹配性进行分析,采用FLUENT仿真和冷却系统试验台相结合的方法对获得的最佳工况点进行检验,结果可知:通过风扇入口静压、散热器内部静压损失曲线匹配,获得冷却系统的最佳工况点风量和压强分别为:16.70m3/s和761.48Pa;在最佳工况点,冷却水由入口处的95℃下降到出水管处的大约平均78℃,发动机内冷却水的最低温度为79.4℃,可以满足发动机要求;试验测试结果表明,达到稳定工况时,出口温度恒定在78.4℃左右,试验与仿真结果基本吻合,表明匹配性设计符合要求,误差小于1%,为同类设计提供参考。

    2020年01期 No.347 192-195+200页 [查看摘要][在线阅读][下载 2435K]
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  • 四分头机构的多目标结构优化

    费伊平;杨金堂;周泽;晏远志;

    首先借助ANSYS Workbench对四分头机构进行有限元分析,找出薄弱环节。然后采用加强筋的处理方法分析其对整体结构的影响,并利用拓扑优化确定四分头机构的整体结构形状。针对四分头机构的动态性能对其进行了谐响应分析,找到了其动态薄弱环节为其第一阶固有频率,分析出四分头机构各尺寸参数对其固有频率、自身最大应力、变形以及质量的影响,求解出在满足强度、刚度要求且不发生共振的情况下四分头机构轻量化最优解。优化结果表明:四分头旋转架的第一阶固有频率提高了24.9%,最大位移变形值减小了47.8%,最大等效应力减小了77.9%,质量减小了23%。提高了机构的强度,安全性能,减少了质量,降低了机构的材耗、能耗,节约了成本。

    2020年01期 No.347 196-200页 [查看摘要][在线阅读][下载 2350K]
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  • 智能车辆循迹的自适应神经网络动态面控制

    李磊;

    针对智能汽车的智能循迹控制问题,提出一种自适应神经网络动态面控制算法。该方法解决了传统反步法中的"微分爆炸"现象,考虑到动力学模型中存在的不确定项、外部干扰以及控制输入饱和受限问题,采用RBF径向基函数神经网络对其实现补偿控制。为解决控制过程中可能会出现的代数环问题,预先将RBF中的控制输入项进行低通滤波处理。设计相应的Lyapunov函数证明了闭环系统的所有误差,并将设计的控制算法与无饱和受限情况下的控制算法进行对比,仿真结果进一步验证了该控制算法的有效性和可靠性。

    2020年01期 No.347 201-204页 [查看摘要][在线阅读][下载 1827K]
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  • 重型商用车内高频噪声的预测与分析

    唐荣江;童浙;李申芳;黄莉;

    运用统计能量分析法,建立了车内噪声分析预测SEA模型。采用理论与试验相结合的方法确定了各子系统的模态密度和损耗因子。通过试验测量了各个工况下车身的振动激励与声压激励。输入参数与激励至模型中仿真计算得到的驾驶员头部声腔噪声声压级结果与试验结果对比,最大误差不超过2dB(A),这说明了建立的SEA模型预测车内噪声的准确性。进行能量传递路径分析,找出了噪声贡献最大的子系统,进而提出两种优化降噪方案并仿真,结果显示均能使室内声压级降低1.5dB(A)左右。

    2020年01期 No.347 205-208页 [查看摘要][在线阅读][下载 2620K]
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  • 电动车再生制动系统的仿真及试验研究

    王茹洁;武志斐;

    针对电动自行车续驶里程不足,首先提出模糊控制策略,选取制动强度、蓄电池SOC、轮毂电机转速为输入量,再生制动力占总制动力的比值作为输出量,设计模糊规则和控制器,在Matlab/Simulink中进行仿真。然后制定试验方案并搭建试验台架,分别采集紧急制动、中轻度制动、下长坡制动三种工况下轮毂电机转速和超级电容电压,推导制动能量回收率。最后对比分析三种工况下试验与仿真效果。结果表明:在确保制动安全的条件下,该策略在三种工况下的回收率分别高于试验结果 2.85%、1.54%、2.48%。

    2020年01期 No.347 209-212页 [查看摘要][在线阅读][下载 2434K]
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  • 基于粗糙集的矩形件优化填充排样方法研究

    苗志民;盛步云;萧筝;罗军;

    为了使排样方案更能满足设计者设计意图,符合企业设计规范,研究了一种基于粗糙集的矩形件优化填充排样方法。在实际的排样工作中,综合考虑工件成本、加工时间、施工效率与设计偏好度这些因素的情况下,提出了一种基于粗糙集理论的矩形件综合价值计算方法,将排样多边形区域划分为多个矩形子段,建立矩形件优化填充排样数学模型,采用基于最优子段排样的动态规划算法求解最大价值,以获取最优布置方案。最后,将其成功应用于铝模板智能排摸设计系统开发中,结合实例验证了该方法的有效性。

    2020年01期 No.347 213-216页 [查看摘要][在线阅读][下载 2060K]
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  • 主动传感技术在耐火材料声学传递机理与方法研究中的应用

    王广仁;王志刚;刘昌明;

    在使用声发射检测技术对耐火材料进行检测时,因为只能采集到经传递衰减后的声波信号,而非损伤源信号,故不能准确判断损伤状况。而恢复、获取损伤源信号,首先需要掌握声发射信号在耐火材料中的传递规律。以两种工业用耐火材料为研究对象,使用了主动传感方法模拟发射声发射信号,以幅值相对衰减系数和能量相对衰减系数作为判别指标,研究了应力波在耐火材料中不同传递通道下的传播规律。研究发现:应力波在耐火材料中传递时:信号的能量都比幅值对信号相对衰减响应更明显;相同的传递通道下,不同的传递方向,传递后信号的幅值、能量衰减系数均相同;幅值、能量衰减系数都与传递通道通道长度符合线性关系,线性度很高。

    2020年01期 No.347 217-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 2216K]
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  • 精密钢球传动组合行星盘误差对弹性转角影响分析

    安子军;姜威;张悦;王清华;

    针对实时无隙精密钢球传动组合行星盘特殊的结构,在分析接触点弹性转角产生机理并考虑导向槽尺寸误差、导向钢球尺寸误差与导向槽分布圆径向误差的基础上,建立了接触点处力学模型,利用力矩平衡方程以及接触点处刚度系数推导实际接触角和弹性转角表达式,利用MATLAB对其进行精确求解,并分析了三种误差变化对实际接触角和弹性转角的影响,通过对三种误差灵敏度分析,得到误差灵敏度变化规律。结果表明,导向钢球尺寸误差对弹性转角影响最为明显,其余两种误差影响非常小。研究结果为组合行星盘的设计和机构整体的精度计算提供理论依据。

    2020年01期 No.347 221-224页 [查看摘要][在线阅读][下载 2457K]
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  • 宽行加工中行宽与主曲率的关系研究

    贾英杰;陈志同;

    高计算效率及高光顺性是宽行加工技术中的重要研究内容。插值最窄行宽处的最优位姿获得其他刀位位姿的方法,是提高宽行加工的计算效率及刀轨光顺性的有效途径,因此最窄行宽位置的确定问题是宽行加工中的必要研究问题。选择中点法为刀位优化方法,通过理论分析得出设计曲面的局部曲率分布决定了行宽的结论,使用实验方法对行宽和主曲率的关系进行研究,给出了依据主曲率预判最窄行宽位置的方法。首先对行宽和最大主曲率及最小主曲率的关系进行单因素分析,并绘制关系曲线。其次在主曲率坐标系中绘制行宽的等高线云图,同时分析得出行宽与最大主曲率与最小主曲率的差值呈负相关。最终通过实例验证了该结论。

    2020年01期 No.347 225-227+232页 [查看摘要][在线阅读][下载 2000K]
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  • Magnus效应下的前缘旋转圆柱参数设计

    曹阳;戚嘉伟;吴国庆;李锦义;

    通过数值仿真方法研究了一种前缘附加旋转圆柱的NACA0015翼型气动性能,分析了圆柱与主体间间隙大小及圆心距离前缘位置两个主要参数对翼型升阻比的影响,获得了一组具有最佳气动特性的旋转圆柱参数,并利用此翼型建立了二维基于Magnus效应的H型垂直轴风力机模型。基于滑移网格技术,选用Spalart-Allmaras方程湍流模型和基于压力隐式的SIMPLE算法对风轮流场进行非定常数值模拟研究。制作了风机模型并进行测试,验证了前缘旋转圆柱对风力机性能有一定的提升作用。

    2020年01期 No.347 228-232页 [查看摘要][在线阅读][下载 3114K]
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机器人

  • 考虑能耗与负载因素的机器人仿生轨迹规划方法研究

    杨冬;李继强;董跃巍;沈永旺;

    提出一种基于仿生学理念的机器人运动轨迹规划方法。通过对人体上肢在举哑铃过程的分析以及对人体上肢进行运动学及动力学的模型建立,得到人体上肢的运动特征点信息。采用五次多项式插值法对轨迹进行规划研究并加入人体上肢手臂的运动特征点信息,最终确定考虑能耗及负载因素的仿生轨迹规划的基本方法。通过运动学、动力学分析及实验对比,确定最优轨迹。最后进行仿真和实验验证此仿人轨迹规划方法的正确性和优越性。

    2020年01期 No.347 233-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 3060K]
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  • 一种攀爬清洁机器人底盘优化设计研究

    高永祥;

    为提高平地楼道两用攀爬清洁机器人底盘刚度、强度和稳定性,减小结构重量,总结了平地清扫和不同楼梯角度下的攀爬清扫四种典型工况的工作特征。分析了攀爬清洁机器人的组成和工作原理,建立了各典型工况下工作载荷的数学模型。采用拓扑优化的优化设计方法,对机器人底盘结构进行优化设计,得到了底盘的最佳材料分布。基于空间钢架的有限元分析法,获得了底盘钢架的最大弯矩、最大扭矩、剪力和最大变形,并建立了底盘理论力学模型。采用了一种多目标自适应混沌粒子群优化算法(MACPSO),以底盘重量、最大应力和最大变形为目标函数,对底盘的主要参数进行优化设计。优化结果表明:攀爬清洁机器人底盘质量减小了54.2%,最大应力降低了17.5%,最大变形减小了28.5%,底盘质心位置前移了9.85%,提高了整机的刚强度和稳定性。

    2020年01期 No.347 237-242+247页 [查看摘要][在线阅读][下载 3946K]
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  • 机器人末端打磨执行器设计与开发

    夏海渤;刘占磊;李睿;王浩;

    轨道交通车辆车体人工打磨方式存在诸多弊端,通过研究机器人打磨等核心技术,设计并开发了一种集成恒力控制装置的机器人末端打磨执行器。从打磨执行器功能需求出发设计了基本结构;具体阐述了打磨执行器接触力恒力控制组件的工作原理以及吸尘组件的设计过程;对打磨执行器框架进行静动态特性分析,验证了结构的合理性;最后通过打磨执行器可行性验证实验对该打磨执行器恒力控制和吸尘效果进行了评估,实验结果表明接触力恒力控制组件可以保证打磨过程中打磨执行器与工件接触面的法向力基本恒定,补偿作用明显。打磨执行器吸尘效果良好,保证了车间清洁,能够满足轨道交通车辆车体表面打磨制造要求。

    2020年01期 No.347 243-247页 [查看摘要][在线阅读][下载 3399K]
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  • 吉他演奏机器人的机械结构设计

    郭峰;钱黎明;沈煜;张雨凌;

    设计的吉他自动演奏机器人,根据仿生学原理设计演奏机构,并完成各演奏机构的运动学和动力学分析。在此基础上,为各机构选用合适的驱动装置。演奏机构由压弦机构、拨弦机构、变速机构和消音机构构成,通过Pro/e三维仿真后,由3D打印机打印完成。根据系统设计要求,选取气动系统作为压弦机构、拨弦机构、变速机构和消音机构的驱动装置。通过对其进行基本动作、音符以及乐谱演奏的测试,所设计的吉他演奏机器人能准确无误的完成演奏要求。

    2020年01期 No.347 248-250+255页 [查看摘要][在线阅读][下载 2789K]
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  • 混沌狼群围捕算法的车间机器人导航路径规划

    周璟;

    为了提高车间内机器人导航规划的实时性、减少导航路径长度,提出了混沌狼群围捕算法。建立了工作环境的矢量模型与路径的适应度函数;在狼群围捕算法基础上,使用Tent混沌映射改进了狼群初始化方法,使狼群初始分布更加均匀,有利于算法初期对整个工作区域的遍历式搜索;鉴于levy飞行长时间短距离来回搜索与偶尔长距离搜索相互穿插的特点,将其应用于改进围捕步长,有利于算法长期的细致搜索并保持跳出局部极值的能力;借鉴遗传思想改进狼群进化方法,将算法向收敛的方向进行引导;基于以上改进,提出了混沌狼群围捕算法。在车间环境下进行仿真验证,与传统狼群围捕算法相比,混沌狼群围捕算法的导航规划用时减少了37.5%,最优导航路径长度减少了16.7%。

    2020年01期 No.347 251-255页 [查看摘要][在线阅读][下载 2670K]
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  • 磁吸附轮式擦窗机器人动力学建模与仿真

    孙立新;李峰亮;董鹏;王小旭;

    针对磁吸附轮式双面擦窗机器人(WCWR)进行动力学建模。分析其在匀速运动情况下,不发生倾覆和不同程度打滑情况下所需最小磁力,并对最小磁力与机器人航向角建模,研究磁力与位姿关系。引入车辆动力学理论,对单个驱动轮进行受力分析,并研究车轮打滑现象,同时引入滑转率概念,由此建立滑转率、航向角与车轮扭矩关系式,并进行建模仿真,以此来研究与设计驱动系统。从而为磁吸附轮式擦窗机器人(WCWR)在打滑情况下的设计提供理论基础。并以此理论为基础选择合适磁力与扭矩进行设计与实验检测理论准确性。

    2020年01期 No.347 256-259页 [查看摘要][在线阅读][下载 2295K]
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  • 机器人自主开门作业研究

    王雪竹;杜佳;张美玲;陈少南;

    针对移动作业机器人开门过程的定位和规划控制问题,提出一种实用可靠的机器人自主开门作业方法。首先使用二维激光扫描仪辨识门所在直线,结合单目手眼相机对门把手图像的识别,获取门把手的三维坐标,然后对机械臂设计力位混合控制方法,控制机器人以柔顺模式按压门把手打开门,并在开门过程中通过辨识门轴位置完成机器人定位,从而完成整个开门轨迹。实验表明,该方法能够使用较少的传感器实现机器人精确定位,并完成自主开门任务。

    2020年01期 No.347 260-262+266页 [查看摘要][在线阅读][下载 2627K]
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  • 贝塞尔曲线融合ACO的移动机器人路径规划

    徐梁;高宏力;宋兴国;

    针对基本蚁群算法(ACO)收敛速度慢的特点,提出了一种移动机器人路径规划的蚁群优化改进算法。通过限制信息素的取值范围,扩大了搜索结果,从而避免了算法过早收敛,同时还提出了一种信息素挥发系数自适应调节的改进蚁群算法方略,意图通过自适应的调整信息素挥发系数来提高算法的全局性和算法的收敛速度。针对在栅格环境中蚁群算法规划出来的路径折线多,转角大的特点,提出了用贝塞尔曲线优化路径的方法。仿真结果显示,经过优化过后的平滑路径更加适合移动机器人的运行情况,在任意随机给定的环境中,算法能够迅速找出最优路径。

    2020年01期 No.347 263-266页 [查看摘要][在线阅读][下载 2895K]
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  • 基于SFPM的遥操作工程机器人双目视觉定位

    李超伟;李笑;郭彦泽;

    为解决遥操作工程机器人作业过程中视频图像传输的时延问题,建立了基于双目视觉的遥操作工程机器人定位系统,提出一种基于单特征点匹配(SFPM)的双目立体视觉定位方法。通过对机器人抓手和抓取物上的单特征点的特征检测和立体匹配,实现特征点的三维信息恢复,并将获取的二者空间坐标和相对距离实时反馈给操作者,为远程遥控机器人逼近并抓取目标物提供判断依据。实验表明:该方法能够对目标物实现快速准确定位,定位精度满足工程作业要求,可为遥操作工程机器人的视觉提示系统设计提供技术参考。

    2020年01期 No.347 267-269+273页 [查看摘要][在线阅读][下载 2482K]
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  • 双履带式巡检机器人翻越圆管能力分析

    邹树梁;刘昌福;王湘江;张德;

    对双履带式巡检机器人翻越圆管障碍过程进行了运动规划,考虑机器人越障过程中的几何约束、滑移稳定性条件和倾翻稳定性条件,对机器人翻越圆管障碍的各个阶段进行越障能力的理论分析,为双履带式巡检机器人翻越圆管能力提供理论分析依据;设计了一台双履带式巡检机器人样机,选取直径D=60mm钢制圆管为障碍,对越障模型进行数值仿真分析和实验研究,得到了各阶段的最大高度值,并确定了机器人能成功翻越圆管障碍的最大高度值。

    2020年01期 No.347 270-273页 [查看摘要][在线阅读][下载 2379K]
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  • 3-RRRU并联机器人运动学建模与误差分析

    赵新华;栾倩倩;赵磊;刘凉;

    针对3-RRRU并联机器人控制精度问题,基于空间矢量法建立运动学正解模型以及误差模型,详细分析了机器人各结构误差源对控制精度的影响。仿真结果表明:驱动角度误差分布在0.001°~0.01°时,第一支链的驱动角误差对被控终端的精度影响最大为84.2um;连杆加工误差在0.01mm~0.1mm变化时,靠近动平台的被动杆为0.1mm时对被控终端精度影响最大,其最大误差值为137.2um;静、动平台的外接圆半径加工误差为0.1mm时,机器人终端最大误差为568.4um。因此,对于线性连杆加工误差和角度误差源,连杆加工误差对多支链、多连杆机器人精度的影响高于角度误差,且静、动平台的加工误差对机器人的终端控制精度影响最大,为后续机器人结构的最优化设计提供了理论依据。

    2020年01期 No.347 274-276+280页 [查看摘要][在线阅读][下载 2331K]
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  • 多工况下平地机应力分析及试验研究

    吕辉;朱茂桃;

    运用Patran软件建立平地机整机有限元模型,并进行几种典型工况下的强度分析。根据应力云图及位移云图对机架强度进行评价。采用Ds-Net数据采集系统,选取多个测试点,对平地机进行一种典型工况下静态应力测试。将试验结果与理论分析结果进行对比,验证模型的可靠性。将有限元方法应用于平地机的设计阶段,极大的缩短了产品的开发周期,降低了开发成本,也为掌握并积累平地机有限元的分析方法和经验、为今后人们将有限元法应用到平地机设计中提供依据,对其他类似结构的设计改进也具有一定的参考价值。

    2020年01期 No.347 277-280页 [查看摘要][在线阅读][下载 3272K]
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管理与综述

  • 基于客户特征的产品环境需求预测方法研究

    张雷;李璟;袁远;秦旭;

    针对产品绿色设计中客户需求的模糊性和不确定性,提出了一种基于客户特征的产品环境需求预测方法。通过建立客户环境需求采集模版获取客户信息,采用感性工学及语义差异方法对客户环境需求进行规范化表达,构建了人工神经网络模型挖掘客户特征与客户环境需求之间的关系,帮助企业预测具有不同特征客户的环境需求,采用信息增益量化了各个客户特征对客户环境需求的影响程度。最后以某冰箱企业的客户环境需求分析为例,应用MATLAB进行仿真研究,验证了方法的可行性与有效性。

    2020年01期 No.347 281-284页 [查看摘要][在线阅读][下载 1937K]
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  • 挖泥船监控界面的颜色编码实验研究

    钱丽娜;倪福生;吴晓莉;蒋爽;

    针对信息界面的颜色编码问题,通过眼动实验研究了7种颜色编码在不同任务水平、不同界面复杂度下的影响情况。实验采用某绞吸挖泥船定位监控界面的模拟环境,提取界面的主要相关因素,以反应时间和正确率作为绩效指标,评价和分析被试对不同颜色编码的反应。实验结果表明,不同任务水平对颜色编码的影响呈现不同的趋势,高任务水平下颜色编码的影响最为显著;界面的复杂度对颜色编码影响显著,不同复杂度界面的颜色编码存在一定的差异;任务水平与界面复杂度对颜色编码的影响具有内在关联性,实际设计时需要综合两者关系考虑颜色编码的选择。

    2020年01期 No.347 285-287+292页 [查看摘要][在线阅读][下载 2302K]
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  • 深度学习在表面质量检测方面的应用

    肖书浩;吴蕾;何为;彭煜;

    基于深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)的深度学习(Deep Learning,DL)在图像识别、语音识别和文本分析等领域取得了巨大成功。但是深度学习在工业领域的应用遇到训练样本数量不够和训练算力不足的困难。将深度神经网络的迁移学习(Transfer Learning)应用到工业产品表面质量检测,解决了深度学习样本和算力不足的问题,其准确率达到了99.8%,超过了传统机器学习算法和没有迁移学习的卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)。构造的深度神经网络分为两部分:前面为已经训练好的深度神经网络GoogLeNet,后面部分为识别表面缺陷专用层,训练的时候只需要训练后面部分。

    2020年01期 No.347 288-292页 [查看摘要][在线阅读][下载 2725K]
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  • 汽车智能启停系统控制策略及节能减排分析

    李刚;吴青青;余宗胜;刘前结;

    传统汽车存在两点不足:减速制动时,反复的摩擦制动会损伤制动器,且动能无法回收;怠速时发动机空转耗能,尾气排放加剧。另外,考虑到蓄电池充放电慢,吸收制动能量有限,而超级电容可迅速充放电,故提出一种基于逻辑门限值的启停控制策略:先分析启停系统的工作原理、蓄电池与超级电容组成的复合电源的特点;然后确定启停系统及能量回馈的整体结构及其控制策略;最后在ADVISOR软件上建立具有复合电源的系统模型。仿真结果表明:该控制策略能有效避免发动机怠速空转耗能,降低尾气排放,实现制动能量回收,且复合电源比单一电源的制动回收率更高。

    2020年01期 No.347 293-295+299页 [查看摘要][在线阅读][下载 2566K]
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  • 粒子群优化三维模型相似性评价

    闫洁;孙静懿;韩文军;

    为了更好的度量三维CAD模型以实现面向设计领域的典型模型结构信息的智能重用,提出了基于粒子群算法优化的三维CAD模型典型结构挖掘和相似性评价方法。算法首先由组成模型各面的边的数目构造相似性评价矩阵,然后以此为描述体,通过粒子群算法搜索两模型的面最优匹配序列,最后根据搜索到的面最优序列提取并计算面相似度,进而对模型整体的相似度进行计算。通用ESB模型库实验结果表明,与已有算法相比,所提算法可以更准确地描述三维模型的典型结构相似性,有助于典型结构的准确挖掘和设计重用。

    2020年01期 No.347 296-299页 [查看摘要][在线阅读][下载 2304K]
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  • 听觉频带声能量对车内声品质客观评价影响研究

    周云阳;孙跃东;王岩松;冯天培;

    响度、尖锐度等心理声学客观参量常作为声学特征建立车辆噪声品质客观评价模型。考虑人耳听觉多频带滤波特性,研究听觉频带声能量对声品质客观评价的影响。建立基于频带声能量的汽车车内噪声品质客观量化模型,提高声品质识别的精度和稳定性。采集汽车匀速车内噪声并进行综合烦躁度主观评价试验,建立小波包耳蜗滤波器组提取听觉特征频带内声能量,利用支持向量机建立频带能量与主观评价结果之间的回归模型。交叉验证结果表明,相比于建立的基于心理声学客观参量综合烦躁度模型,建立的人耳听觉特征频带能量综合烦躁度客观评价模型预测的误差均值和误差方差更小,车内噪声品质评价的精度、稳定性均有提高。

    2020年01期 No.347 300-304页 [查看摘要][在线阅读][下载 2517K]
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  • 沈阳中泽智能装备有限公司

    <正>沈阳中泽智能装备有限公司成立于2014年9月份,注册资金1000万,经营范围为:智能机器人、工业机械自动化设备及配套设备的生产、销售、安装、技术开发、技术咨询、技术转让,自营和代理各类商品和技术的进出口,但国家限定公司经营或禁止进出口的商品和技术除外。沈阳中泽智能装备有限公司专注于民用、车用空调设备的研发设计和生产安装,有强大的技术

    2020年01期 No.347 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 2584K]
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  • 投稿须知

    本刊编缉部;

    <正>一、基本要求1、稿件须有省市级及以上基金项目或攻关项目支持;知网查重率不能高于10%;内容符合栏目:理论方法与研究、先进制造技术、数控与自动化、数字化设计与制造、机器人技术、管理与综述。投稿注明栏目名称。2、第一作者应具备基本条件:A."985"高校的博(硕)士研究生;B."211"高校具有硕士学位的教师;

    2020年01期 No.347 304页 [查看摘要][在线阅读][下载 1923K]
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  • 2020年度《机械设计与制造》征订活动全面启动…

    <正>尊敬的广大读者:2020年度《机械设计与制造》杂志征订工作已经开始,为了更好地开展这项工作,现将具体征订事宜说明如下:本刊为大16开月刊,全年12期,定价为35元/期,420元/年。面对企事业单位、各大院校和个人每个月均可接受订阅。

    2020年01期 No.347 306页 [查看摘要][在线阅读][下载 2879K]
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