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期刊信息/Journal information
工程设计学报
浙江大学 中国机械工程学会
工程设计学报

浙江大学 中国机械工程学会

冯培恩

双月刊

1006-754X

zdgcsj@zju.edu.cn

0571-88272805

310007

杭州市天目山路148号

工程设计学报/Journal Journal of Engineering DesignCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是由浙江大学、中国机械工程学会主办，浙江大学出版社出版的学术性国际合作科技期刊。多年来一直得到国家自然科学基金委员会、德国机器制造协会（VDMA）的资助。学报被美国《剑桥科学文摘(工程技术）》（CSA（T)）、波兰《哥白尼索引》（IC) 、中国科技期刊精品数据库、中国学术期刊（光盘版）、《中国学术期刊文摘》、《中国机械工程文摘》、《工程机械文摘》等十几家数据库收录，入选《中文核心期刊要目总览》2008年版（即第五版）核心期刊、中国科学引文数据库2009--2010年来源期刊、中国科技核心期刊（中国科技论文统计源期刊）。荣获第一届、第二届、第三届中国高校特色科技期刊奖，2007--2008年浙江省优秀科技期刊一等奖。主要读者对象为各种技术产品制造业（以机电产品行业为主）的设计、开发和研究人员。
正式出版
收录年代

    高参数大型游乐设施服役健康管控技术体系设计

    宋伟科赵召王华杰陈哲...
    409-419页
    查看更多>>摘要：高参数大型游乐设施结构型式多样,运动型式复杂,失效模式众多.其服役健康管控涉及风险评价、检测/监测、故障诊断、寿命评估、健康评价、使用管理等多方面.只有建立全面系统的健康管控技术体系,才能从根本上保障设施的运行安全.以高参数大型游乐设施为研究对象,以设备失效、故障和事故为问题导向,设计了系统科学的健康管控技术体系,分别从健康管控指标体系、检测/监测关键技术、健康评价关键技术、健康恢复与保持等四方面分析了有待解决的技术问题和服役健康研究方向.研究结果为全行业开展相关技术研究提供了思路和指导.

    高参数大型游乐设施健康管控健康评价技术体系设计

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    考虑动态时变载荷的滚动轴承可靠性寿命评估方法

    李军星高锐邱明李燕科...
    420-427页
    查看更多>>摘要：载荷是滚动轴承运转过程中不可忽视的因素,不同特征的载荷会对轴承的可靠性产生差异影响.针对滚动轴承实际当量动载荷具有随机时变的特点,提出了一种考虑动态时变载荷的滚动轴承可靠性寿命评估方法,以解决传统方法忽略轴承载荷时变性导致的评估精度较低的问题.利用灰色预测模型,构建了轴承当量动载荷随机时变过程的分析模型,对小样本载荷数据进行预测补充;在此基础之上,提出了基于动态应力—强度干涉模型的轴承可靠性寿命评估方法,得到了动载荷的工作区间,从而获得轴承可靠性寿命区间;进行了圆柱滚子轴承NU206E的可靠性寿命测试,对该方法进行验证.结果表明:与传统方法相比,采用所提出的方法得到的轴承寿命评估值与测试值较接近,精度较高,评估时间较短,且能获得覆盖大部分测试值的寿命区间.结合灰色预测模型和动态应力—强度干涉模型的滚动轴承可靠性寿命评估方法具有良好的工程应用价值,为变载工况下的滚动轴承可靠性评估提供了新的思路.

    滚动轴承可靠性评估灰色预测模型时变应力应力—强度干涉模型

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    考虑质量分布的雨蚀叶片横向振动分析与自抗扰解耦控制

    方春龙王梦君周鹤李松梅...
    428-437页
    查看更多>>摘要：为提升高速耐雨蚀测试装置运行的稳定性与安全性,以其转子-雨蚀叶片系统为研究对象,开展雨蚀叶片的横向振动特性分析.首先,综合考虑雨蚀叶片振动、旋叶连接盘质量偏心及转子不平衡磁拉力的影响,建立转子-雨蚀叶片系统的四自由度横向振动模型.然后,基于Lagrange方程建立转子-雨蚀叶片系统的运动微分方程,并利用Runge-Kutta算法对方程进行数值求解,以观察转子及雨蚀叶片的轴心轨迹与振幅的分布规律.考虑到转子与雨蚀叶片的非线性强耦合关系,采用自抗扰解耦控制方法来抑制雨蚀叶片的横向振动,其中扩张状态观测器的参数采用极点配置和带宽进行调节.最后,通过搭建实验平台来分析采用自抗扰解耦控制前后雨蚀叶片的振动特性,并与数值分析结果进行对比.结果表明,在采用自抗扰解耦控制前转子-雨蚀叶片系统存在振动超标现象,而采用自抗扰解耦控制后雨蚀叶片的横向振动得到了有效抑制,验证了该控制方法的可行性和有效性.研究结果可为后续高速耐雨蚀测试装置的结构优化提供理论参考.

    转子-雨蚀叶片系统横向振动数值分析自抗扰解耦控制

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    基于张拉整体结构的可变形移动机器人的设计与实验研究

    张淏杨琪连宾宾孙涛...
    438-445页
    查看更多>>摘要：移动机器人可以代替人进入火灾、地震现场等高危环境进行地形探索及伤员搜寻等工作,然而大多数机器人难以同时适应障碍、直角墙壁、墙面过渡等多种复杂地形,且其控制系统相对复杂,需要外部能源输入.为此,设计了一款具有多种功能、控制相对简单且无系留的可变形移动机器人.首先,将二杆四索张拉整体结构作为基本单元,设计了可实现弯曲变形的张拉整体结构躯干;其次,基于吸附力及结构参数的分析,设计了负压吸附装置,并将它与可变形躯干结合,形成了机器人整体结构;接着,对机器人进行运动学分析,获得了机器人位姿与电机转角的映射关系,并据此规划了机器人墙面过渡、从墙面穿越狭小空间及翻转上台阶的步态;最后,完成了机器人样机的研制,并针对不同地形开展了机器人运动实验,验证了机器人步态规划的合理性.研究结果为多功能移动机器人的设计与制造提供了一定的参考价值.

    张拉整体结构负压吸附可变形机器人

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    中国科学引文数据库(CSCD)来源期刊收录证书

    中国科学院文献情报中心中国科学引文数据库
    445页
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    新型水冷壁机器人设计及其电永磁轮研究

    张博洋冯永利黄金凤黄宝旺...
    446-455页
    查看更多>>摘要：火力发电厂的锅炉水冷壁需要定期检测和清扫,采用水冷壁机器人可以提高检测和清扫的效率.针对水冷壁面复杂的工作环境,研发了一种新型水冷壁机器人.对机器人的结构和工作原理进行了介绍;为了保证机器人在水冷壁面运动灵活且有可靠的吸力,设计了一款电永磁轮;通过Maxwell仿真并结合实验得出了使电永磁轮充/退磁所需的电流激励以及轮子吸力,设计了电永磁轮充/退磁电路;介绍了机器人本体的控制系统,搭建了机器人横向行走实验平台,对机器人运动的协同性和稳定性进行了验证.实验结果表明:机器人内、外腿依次交替吸附并前移,实现了抬腿、迈步、落腿等步态,运动稳定;机器人落腿时磁力产生,抬腿时磁力消失,机器人兼具吸附稳定性和运动灵活性;电永磁轮结构简单,体积小,质量小,耗电少,可提供150 N左右的吸力.研究结果为爬壁机器人在水冷壁清扫和检测中的应用提供了参考.

    水冷壁机器人电永磁磁吸力充/退磁电路

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    基于支重轮-履带-地面多体耦合的履带机器人振动响应研究

    宋佳琪张宏王景宇殷国珠...
    456-464页
    查看更多>>摘要：构建支重轮-履带-地面多体耦合系统是研究履带机器人行驶平顺性的重要环节.以单侧五支重轮履带机器人为研究对象,在非线性悬挂系统模型以及考虑履带滤波作用的路面激励的基础上,建立了履带机器人振动理论估算模型.然后,基于履带机器人在不同等级路面及不同行驶速度工况下的仿真实验,利用均方根值定量分析了行驶速度、路面激励对机器人车体及其支重轮垂向振动的影响.最后,通过开展外路实验来验证七自由度半车的振动理论估算模型和动力学仿真模型.结果表明:随着行驶速度和路面不平度的提高,履带机器人车体的垂向振动近似呈线性增大,履带对路面激励有滤波作用.履带机器人车体质心及支重轮1,3,5的垂向振动加速度对路面激励最为敏感,车体垂向振动加速度功率谱密度幅值在频率为19 Hz左右时最大.由于支重轮5靠近驱动段,履带与主动轮啮合产生的多边形效应使其垂向振动相对于其他支重轮偏大.理论建模、仿真分析及外路实验相结合的方法为履带机器人在不同路况下的振动响应特性研究提供了新思路.

    履带机器人多体耦合支重轮垂向振动响应特性

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    基于折纸的被动触发双稳态机器人手设计

    李河舟方杰钱武黄龙...
    465-472页
    查看更多>>摘要：传统机器人手通常需要驱动器连续地提供保持抓握状态的扭矩或力.若驱动器失效,则机器人手无法稳定地抓取物体.针对上述问题,提出了一种基于折纸的被动触发双稳态机器人手.该机器人手由具有单自由度的抓握机构和具有双稳态特性的驱动机构组成.基于抓握机构和驱动机构的运动学模型,结合抓握状态的要求对机器人手的结构进行了设计,可通过设置扭转弹簧的刚度参数来实现对能量壁垒的灵活调整.最后,通过开展跌落捕获实验来验证所设计机器人手的抓握性能.结果表明,当跌落高度为400 mm时,机器人手的抓握运动未被触发;当跌落高度为440 mm时,机器人手成功抓握物体;当跌落高度为480 mm时,机器人手虽被触发了抓握运动但未能抓住物体.实验结果不仅验证了机器人手在无驱动条件下稳定抓取特定大小物体的能力,还揭示了不同外部冲击下能量壁垒的存在.基于折纸的被动触发双稳态机器人手在被动式和自适应机器人中具有潜在应用前景.

    机器人手双稳态特性抓握机构驱动机构被动触发

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    基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂设计

    周亮温涛胡俊峰周浩...
    473-482页
    查看更多>>摘要：为实现连续体机械臂的多模态运动,解决现有机械臂只能实现单一弯曲或旋转的问题,设计了一种基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂.将滚动接触模块作为连续体机械臂弯曲模块的骨架结构,并在弯曲模块内安装旋转模块,以形成具备独立弯曲和旋转运动的多自由度机械臂.采用分段常曲率法建立连续体机械臂的运动学模型,对其刚度性能、弯曲性能和旋转性能进行了分析.制备了连续体机械臂样机,并开展机械臂拧松瓶盖、开启风扇以及在三维空间内避开障碍物抓取目标物体等实验.实验结果表明,利用连续体机械臂的弯曲与旋转组合运动可完成复杂空间环境下的不同任务,体现了复合运动模式的优势.所设计的连续体机械臂具备多模态运动,可为多自由度连续体机械臂的设计提供新思路,拓展了连续体机械臂的应用场景.

    柔性连续体机械臂单模块滚动接触多模态运动

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    欠驱动型ROV改进设计与纵倾优化

    许哲代威曹宇李永国...
    483-490页
    查看更多>>摘要：针对无人遥控潜水器(remotely operated vehicle,ROV)在高速航行时因受流场作用而导致纵倾幅值、纵倾角度变化较大的问题,提出通过搭配选择扩展底盘和尾翼结构参数的方法来实现欠驱动型ROV的零纵倾或微纵倾高速运动.基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM),通过壁面自适应细化算法,结合ROV的结构参数进行六自由度仿真实验,以模拟ROV的航行运动.对扩展底盘和尾翼高度不同的ROV分别进行数值分析,得到扩展底盘、尾翼的结构参数与ROV纵倾幅值、纵倾角度的关系.通过对航行表现相似的ROV的旋转力矩进行比较,确定了在相同扩展底盘条件下ROV的稳定性与尾翼高度的关系.开展了扩展底盘和尾翼结构优化正交实验,利用遗传算法对不同实验方案下ROV的纵倾数据进行了拟合处理.结合实际需求确定了扩展底盘和尾翼的高度,并通过实际测试验证了ROV纵倾优化设计方案的正确性.结果表明,合理搭配扩展底盘和尾翼的结构可有效减小欠驱动型ROV的纵倾幅值,从而实现ROV在无幅值补偿时的微纵倾航行运动.研究结果可为相关水下装置纵倾运动的改进提供参考.

    无人遥控潜水器格子玻尔兹曼方法纵倾六自由度仿真结构优化

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