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机电工程
机电工程

罗向阳

月刊

1001-4551

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310009

浙江省杭州市大学路高官弄9号

机电工程/Journal Mechanical & Electrical Engineering Magazine北大核心CSTPCD
查看更多>> 《机电工程》杂志系：中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊) ，创刊于1971年，由浙江大学与浙江省机电集团（原浙江省机械工业厅）联合主办，是一份在国内有较高影响力、历史悠久的机电技术领域的专业性科技期刊。以报道机械、仪表技术，机电一体化技术、自动化技术及其应用为特色。《机电工程》杂志是中国机械工程学会优秀期刊，《中国学术期刊（光盘版）检索与评价数据规范》（CAD-CJ）执行规范优秀期刊，浙江省精品科技期刊。 中国学术期刊影响因子年报-自然科学与工程技术2011版显示：复合影响因子为0.748，影响因子列机械工程学科第8位（总计86种）。
正式出版
收录年代

    基于通道信息不平衡度的多元经验模态分解方法

    陆春元焦洪宇卜王辉
    280-288页
    查看更多>>摘要：在轴承多通道振动信号中,由于多通道故障信息不平衡会导致轴承故障诊断精度降低.针对这一问题,提出了一种考虑多通道故障信息不平衡的,基于多元经验模态分解(MEMD)的轴承故障特征提取与诊断方法.首先,分析了传统MEMD随机选择映射方向的缺陷,设计了依据通道间故障信息不平衡度自适应调整映射方向的策略,使分量信号中包含更多故障信息,并基于多元模态分解结果构造了特征空间;然后,基于冗余属性投影法对多通道提取的故障特征进行了融合,得到了多通道融合的本质故障特征;最后,采用反向传播(BP)神经网络进行了故障模式识别,设计了三层神经网络结构,且使用误差反向传播法进行了参数训练,并制定了基于BP神经网络的轴承故障诊断流程.研究结果表明:改进MEMD提取特征的类边界比传统方法更加明确,说明改进方法能够提取更具代表性的故障特征;从诊断精度看,与传统多元模态分解方法、完备集成辛几何分解方法相比,改进MEMD方法的诊断准确率最高,达到了99.5%.实验结果验证了改进方法在多通道故障诊断中是可行的,且从诊断精度上看,其具有一定的先进性.

    轴承故障特征提取与诊断多通道采样信息不平衡多元经验模态分解冗余属性投影反向传播(BP)神经网络特征空间构造本质故障特征

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    金属盒盖自动扣合装置的优化设计及试验

    周可彭来湖徐步都李明华...
    289-301页
    查看更多>>摘要：金属盒盖包装是现代包装工业的重要组成部分,其仍有较多工序停滞于手工制作阶段,其中包装工序尤为突出.因此,针对当前扣合式金属盒盖包装过程中自动化程度低,以及成品质量参差不齐等问题,设计了一种扣合式金属盒盖自动扣合装置.首先,对物料输送过程进行了运动学及动力学模型分析,确定了装置的工作参数范围;然后,使用ADAMS与Simulink对物料进行了运动学与动力学仿真,证明了滑道缓冲结构与上部挡板约束位置是送料过程稳定的关键;最后,为了寻求最优工作参数,选取试验因素以及响应值,进行了Box-Behnken试验以及对比试验.研究结果表明:该模型的决定系数分别为0.989 2 和0.948 7,并确定了各因素显著性顺序以及最佳工作参数组合,且实际响应值与预测结果误差均小于 5%,满足扣合式合盖装置稳定送料、有效扣合的作业需求.该研究可为后续扣合式合盖装置设计提供理论依据,可为企业提供相应的参考模型.

    金属包装试验设计方法响应面分析方法Box-Behnken优化设计运动学分析

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    叶片穿孔数对冷却风扇气动性能和噪声性能的影响研究

    王华伟王砾刘汉阳王博...
    302-310页
    查看更多>>摘要：为了降低车用环形冷却风扇的气动噪声,以某款环形冷却风扇叶片结构作为研究对象,设计了叶片穿孔结构,并且采用数值模拟的方法,研究了叶片穿孔数对车用环形冷却风扇气动性能和噪声性能的影响规律.首先,建立了冷却风扇气动及噪声性能计算模型,采用了大涡模拟与福克斯·威廉姆斯和霍金斯(FW-H)方程对其进行了仿真计算,并对结果进行了试验验证;然后,设计了叶片穿孔定位方式,得到了三种叶片穿孔模型,并对其气动及噪声性能进行了计算;最后,对原风扇模型和叶片穿孔模型的流场与声场进行了分析,获得了不同穿孔数对环形冷却风扇性能的影响规律.研究结果表明:穿孔结构可有效降低环形冷却风扇离散频率噪声和总声压级,其中模型B效果最好,其较原风扇模型的A计权总声压级降低4 dB;风量和静压效率随穿孔数量增加而相应降低;分析环形冷却风扇流场及声场分布情况可知,穿孔结构能够有效减少叶尖低速回流区的产生,并且在一定程度上抑制了叶片尾涡脱落,从而降低了穿孔结构风扇的噪声.该研究结果可为后续车用环形冷却风扇的性能优化设计提供新思路.

    环形冷却风扇穿孔结构数值模拟离散噪声涡流噪声福克斯·威廉姆斯和霍金斯方程

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    基于粒子-人工蜂群算法的3RPUPc-UPS并联机构运动学正解研究

    常振振张彦斌张双宋黎明...
    311-318页
    查看更多>>摘要：针对3RPUPc-UPS并联机构运动学正解求解困难的问题,对新型 3RPUPc-UPS并联机构的运动学特性进行了研究,并构建出位置正解求解模型,进而提出了一种基于粒子-人工蜂群算法(P-ABC)的并联机构运动学求解方法.首先,根据机构的拓扑特性,计算得到了方位特征集、自由度和耦合度;然后,根据机构的几何特征,基于姿态变换矩阵和动平台投影方程,建立了机构的运动学逆解方程,并对比了MATLAB和SOLIDWORKDS的仿真结果,验证了逆解分析的正确性;最后,将运动学逆解方程转化为最小化求解问题,构建出了适合优化算法的运动学正解模型,并利用MATLAB的软件交互界面(GUI)功能,开发出用于计算并联机构运动学正解的软件,分别基于粒子群算法(PSO)、人工蜂群算法(ABC)和P-ABC算法,对该并联机构的运动学正解进行了计算.研究结果表明:P-ABC算法单次求解时间在0.5s内,求解误差级别为10-20,相对于ABC算法,运行时间缩短了50.02%;而相对于POS算法,其求解精度提高了10 个数量级.P-ABC算法能够用于求解该并联机构运动学正解,具有计算速度快、精度高的特点,可以为研究并联机构运动学正解提供新方法.

    机构学并联机构位置正解求解模型方位特征集粒子-人工蜂群算法软件交互界面

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    齿轮箱销套螺栓的连接强度分析

    吕旭峰黄杨杨翁海平陈中亚...
    319-326页
    查看更多>>摘要：主轴与齿轮箱的连接是风电机组传动链中的重要结构,销套-螺栓连接形式的传扭结构得到了越来越多的应用,但目前针对销套-螺栓连接结构极限和疲劳强度的研究还较少.为此,建立了销套-螺栓连接结构有限元模型,对极限强度和疲劳强度进行了安全性评估.首先,建立了包含销套、螺栓、主轴以及齿轮箱等部件的有限元模型;然后,校核了各部件在极限扭矩下的极限强度,并分析了不同扭矩下结构的应力情况;最后,提出了考虑非线性应力情况的疲劳强度计算方法,并校核了结构疲劳强度.研究结果表明:销套-螺栓连接结构的传扭可分为三个阶段,第一阶段为外圈螺栓传扭,第二阶段为外圈销套与内圈螺栓传扭,第三阶段为外圈销套与内圈销套传扭;传扭过程中载荷与应力存在明显的非线性关系,疲劳强度分析需要考虑相应的非线性关系;传扭结构应力最大点和疲劳最大点均位于主轴侧销孔,应力为553 MPa,疲劳数值为0.1355,因此,设计时需要重点关注主轴接口的强度情况,保证连接的可靠性.

    风电机组传动链机械强度极限强度疲劳强度齿轮箱销套螺栓连接非线性拟合

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    考虑AGV运输和机器转速的作业车间绿色调度研究

    李峥峰张东方丁其聪张国辉...
    327-336页
    查看更多>>摘要：在车间实际生产中,机器在加工状态和空载状态下都需要消耗能量,且机器在不同转速下的能耗也不同.此外,随着自动导引车(AGV)在车间的广泛应用,其能耗也不可忽略,因此对考虑AGV和机器转速的作业车间绿色调度问题进行研究具有重要意义.完工时间不仅被认为是表示车间生产效率的指标,而且在一定程度上意味着机器空载能耗的减少、机器利用率的提高.为此,对考虑AGV运输和机器转速的作业车间完工时间和能耗优化问题进行了研究.首先,对作业车间机器的能耗、AGV能耗进行了分析,探讨了AGV、工件和机器之间的工艺约束,建立了考虑AGV运输和机器转速的作业车间绿色调度模型;然后,采用两阶段优化的方式分别对完工时间和车间总能耗进行了优化,在第一阶段,机器以最高转速进行了加工,采用改进麻雀搜索算法对其最大完工时间进行了优化;在第二阶段,在保证第一阶段优化得到的完工时间最小值不变的前提下,提出了一种间隙档位调整策略,通过降低部分工序的机器转速来降低车间能源消耗,实现对车间总能耗的优化;最后,采用标准用例对算法进行了仿真实验.研究结果表明:在第一阶段采用改进麻雀搜索算法,提高了种群质量,加快了算法的收敛速度,算法具有较强的跳出局部最优能力;第二阶段在保证完工时间的基础上,采取间隙档位调整策略来降低能耗,通过10 个用例测试表明能耗可减少1.13%～5.18%.该结果验证了考虑AGV和机器转速绿色调度模型的正确性以及改进麻雀算法的有效性.

    作业车间完工时间能耗优化问题绿色调度麻雀搜索算法机器转速间隙档位调整策略自动导引车

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    基于数字孪生的加工生产线虚实交互技术研究

    周高伟沙杰刘梦园鲁庆洋...
    337-344页
    查看更多>>摘要：针对传统加工生产线运行过程中设备数据采集困难和可视化程度低的问题,研究了数字孪生(DT)技术在加工生产线虚实交互方面的应用问题.首先,以某电机外壳加工生产线为例,分析了生产线的加工流程,设计了虚实交互技术的总体框架,并提出了具体的方法;然后,对加工生产线进行了数字孪生体建模,对模型中的关键要素,几何、物理、行为属性及通讯接口的构建进行了详细的阐述;最后,采用过程控制的对象链接和嵌入(OPC)技术进行了加工生产线中多源异构数据的采集与处理,完成了实时数据间的映射.研究结果表明:采用虚实交互技术可以完成物理生产线与数字孪生体间的实时映射;电机外壳加工生产线中机械臂虚实交互的可靠性为99.95%,可满足精确性要求;采用服务模块能够更加直观、有效地反映生产线的实际加工状态,可满足加工过程信息动态可视化要求,证明了该方案具有可行性和有效性.

    数字孪生虚实交互数字孪生体构建实时数据过程控制的对象链接和嵌入数据采集

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    钛合金材料超声滚压加工的仿真分析与实验研究

    马骏
    345-352页
    查看更多>>摘要：采用普通滚压加工工艺对钛合金材料进行加工时,存在因低频冲击造成的工件残余应力分布不均匀和表面硬度低等问题,为此,开展了钛合金材料超声振动滚压工艺仿真及实验研究.首先,从理论层面分析了超声滚压加工的运动学及动力学特性,找出了影响超声滚压加工性能的相关因素;然后,采用ABAQUS有限元软件建立了钛合金材料的仿真模型,分析了超声滚压对残余应力的影响及强化机理;最后,设计了钛合金工件的超声滚压实验,研究了不同参数指标对工件加工质量的影响,并根据实验结果对仿真模型和残余应力结果进行了验证.研究结果表明:随着静载荷和超声振幅的增加,工件表面残余应力分布相对均匀且趋于平稳,表面粗糙度呈现先降低后增加的趋势,表面硬度随强化层深度的增加逐渐降低;在振幅为20 μm时,工件表面质量和性能相对较好,此时残余应力均值为849 MPa,表面粗糙度均值为0.1 μm.该实验结果与仿真分析结果一致,验证了所建模型的可靠性,可为滚压制造工艺参数的选取提供参考.

    难加工材料材料表面强化技术超声振动滚压工艺残余应力表面硬度表面粗糙度ABAQUS

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    基于IQPSO-EKF的多传感器融合姿态测量方法研究

    胡启国王磊马鉴望任渝荣...
    353-363页
    查看更多>>摘要：为解决自动化竖井掘进设备的定位调姿精度对竖井、孔桩挖掘效率与质量的影响,提出了一种基于改进量子粒子群(IQPSO)-扩展卡尔曼滤波(EKF)的姿态测量算法,以提高微机电系统(MEMS)传感器测量精度.首先,对MEMS传感器数据进行了预处理(除噪、滤波、校准等);然后,参考现有飞行器的坐标系,建立了姿态解算模型,通过姿态角数学模型及运动学分析,构建了EFK状态方程,针对EKF方法参数估计不准确的问题,以分段混沌映射优化初始种群,引入平均位置最优值来避免陷入局部最优的IQPSO-EFK算法,优化EKF的系统、测量噪声的协方差参数;最后,对改进算法和三组姿态误差估计进行了对比实验.研究结果表明:对比三种典型目标函数,IQPSO-EFK相较于普通粒子群算法(QPSO-EFK)具有更强的寻优能力与收敛精度;对比三组旋转速度姿态测量误差,基于IQPSO-EKF算法的姿态测量方法在测量误差时比真实测量误差减少了约86.3%,比扩展卡尔曼滤波减少了约68.7%,比普通粒子群算法减少了约28.2%,证明该算法有效地提高了MEMS传感器测量精度.

    竖井掘进角度测量仪器姿态测量微机电系统传感器多传感器融合改进量子粒子群-扩展卡尔曼滤波

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    基于累加式实时串并联变换算法的机械故障声学监测方法

    祝洲杰杨金林毛鹏峰
    364-370页
    查看更多>>摘要：针对基于物联网(IoT)的冲压机床故障监测问题,为了降低冲压机床故障监测的计算复杂度,并提高其低频识别的精度,提出了一种无需机器学习技术的实时性机械故障声学监测方法,即基于累加式实时串并联变换算法的机械故障声学监测方法.首先,研究了物联网场景中冲压机床声学低频分析的必要性,并给出了声学信号的表达式;然后,针对频率轴上多个周期信号重叠导致参数估计较为困难的问题,提出了一种累加式实时串并联变换算法,将输入的采样序列馈入多个具有不同输出端口的串并转换器,从累加的波形中检测出最大绝对值,并进行了比较;最后,通过样本时隙划分,将累加式实时串并联变换算法应用于机械故障监测;通过仿真和冲压机床实机测试,对累加式实时串并联变换算法和实时性机械故障声学监测方法的有效性进行了验证.研究结果表明:在无需大量信号样本的情况下,使用累加式实时串并联变换算法有利于提高低频带的识别精度;在直方图相关性方面,累加式实时串并联变换算法和Morlet小波变换具有相同的性能,且均明显优于短时傅立叶变换;同时,尽管累加式实时串并联变换算法需要的加法总数比Morlet小波变换多2.5 倍,但是乘法总数减少了20447%,大幅减少了计算的复杂度.

    机械故障监测冲压机床累加式实时串并联变换算法串并转换器低频识别精度计算复杂度

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