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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
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    基于动态理论模型的电液伺服加载前馈补偿复合控制系统

    梅鲁海
    1231-1239页
    查看更多>>摘要：针对一般电液伺服系统存在的非预期负载扰动和非线性干扰等问题,为了提高系统的自适应能力和动态响应的品质,减小系统跟踪和输出响应的误差,提出了一种基于动态理论模型的电液伺服加载前馈补偿复合控制方法.首先,阐释了电液伺服试验台的结构组成及其数学模型,分析了系统力矩控制和位置控制的结构关系;然后,论证了自适应前馈补偿复合控制的伺服原理,阐述了以调速理论模型和实际模型的误差函数作为调速依据的前馈补偿和复合控制的原理和方法;最后,进行了系统仿真,同时为了验证基于动态理论模型的自适应前馈补偿复合控制策略的合理性和有效性,对伺服系统进行了加载试验.研究结果表明:采用该复合控制策略可以精确算出对伺服马达进行转速补偿的基准值和调整参数,系统动态响应速度比采用传统闭环控制算法提高了 8%以上;系统控制器自适应能力和抗扰动性能也明显优于采用传统PI闭环控制及模糊PI闭环控制算法的系统;通过对比分析0.2 Hz和0.5 Hz的正弦响应曲线可知,该系统的位置跟踪曲线性能最优,控制精度最高,实际输出值的误差也最小.

    动态理论模型系统自适应能力系统动态响应误差电液伺服控制系统力矩控制位置控制误差函数伺服马达转速补偿

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    复杂曲面机器人磨抛技术研究现状与趋势展望综述

    张伟余新阳张伟中
    1240-1250页
    查看更多>>摘要：在航空、能源、交通、军工等国家战略领域中,针对复杂曲面零件的自动化、高质量和高效率磨抛需求,对近年来国内外工业机器人磨抛加工关键技术及集成系统的研究和应用进展进行了综述.首先,从复杂曲面机器人磨抛机理及工艺优化、磨抛运动轨迹规划、磨削力控制等方面总结了复杂曲面机器人磨抛技术的研究成果;然后,介绍了国内外机器人磨抛集成系统应用现状;最后,分析了复杂曲面机器人磨抛技术的主要问题以及发展趋势,为该技术的发展提供了重要的指导和方向.研究结果表明:当前该技术存在的主要问题包括磨抛机理不够清晰,数学模型不够准确,复杂曲面机器人磨抛轨迹规划效率不高,磨抛力的控制仍不够精准等;另外,磨抛工艺参数优化、机器人力位混合控制、机器人高精度标定与误差补偿、基于数字孪生的机器人磨抛在线监控、机器人磨抛细分应用场景等方面的研究和实践将极大地推动机器人磨抛技术的发展和应用.

    发展趋势抛磨机器人复杂曲面零件磨抛工艺参数优化磨抛在线监控高精度标定与误差补偿磨削力控制磨抛运动轨迹规划

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    交变双轴加载下钛合金微动磨损的仿真及试验研究

    韩怡茗李欣闫贺年杨建伟...
    1251-1259,1268页
    查看更多>>摘要：微动磨损是导致机械连接结构失效的主要形式之一.目前大多数研究都在恒定法向接触载荷工况下开展.然而实际工程中,广泛存在着可变法向载荷和轴向载荷的多轴加载工况,导致目前恒定法向载荷下微动磨损的研究结果不能很好地解释多轴交变加载工况下的微动磨损行为.因此,以钛合金的微动磨损为例,进行了交变双轴加载下微动磨损的仿真分析和试验测试研究.首先,建立了受循环交变双轴加载作用下的微动磨损模型;然后,对不同法向载荷幅值、位移载荷幅值、双轴加载相位差下的微动磨损行为进行了仿真,并根据Q-P曲线分析方法对这些复杂微动情况下的微动磨损机制进行了讨论;最后,在双轴加载的微动磨损试验机上进行了双轴微动磨损试验,验证了该有限元模型磨损形貌的合理性.研究结果表明:交变法向载荷的磨损形貌不同于恒定法向载荷的磨损形貌,交变下法向载荷均值与恒定法向载荷保持不变,交变法向载荷下的磨损深度及宽度均大于恒定法向载荷下的磨损深度及宽度.位移幅值和相位差一定,随着法向载荷幅值的增大,磨损宽度和深度均增加,磨损形貌由"W"型转变为"W+V"型;法向载荷幅值和相位差一定,磨损宽度和深度均随位移幅值的增大而增大;法向载荷幅值和位移幅值一定,改变双轴加载相位差,0°相位差最大磨损深度出现在接触后缘,180°相位差最大磨损深度出现在接触前缘,90°和270°相位差的前、后缘磨损深度极大值接近.

    机械结构疲劳破坏微动磨损形貌双轴加载柱面/平面接触模型交变法向载荷能量模型Q-P曲线分析方法

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    基于改进YOLOv8的风电叶片表面损伤检测与识别方法

    吴博阳毛胜轲林特宇任浩杰...
    1260-1268页
    查看更多>>摘要：针对风电叶片极易出现损伤和故障,且制造和维护成本高昂等问题,提出了一种基于改进YOLOv8 模型的风电叶片表面损伤检测与识别方法.首先,将现场拍摄到的高清叶片图像作为实验数据集,并将其按比例随机划分为训练集、验证集和测试集;然后,在YOLOv8 模型中引入了动态数据增强算法Mosaic、Mixup及离线数据增强算法Albumentations,对训练数据集进行了扩充,解决了模型在有限数据集下的泛化性问题;最后,使用卷积注意力模块(CBAM)和梯度协调机制(GHM)/Focal loss算法等手段加强了模型的损伤检测能力,改进了样本分布不均衡问题,建立了一种先进的风电叶片表面损伤检测与识别方法,提升了YOLOv8 模型对叶片损伤的检测精度.研究结果表明:改进后的YOLOv8 模型在计算量和参数量都较低的情况下,其平均精度(AP)、平均召回率(AR)都超越了同等配置下的快速区域卷积神经网络(Faster R-CNN)模型.改进后的YOLOv8 模型在交并比(IoU)阈值为0.5 时的AP和AR分别达到了73.2%和58.8%,验证了该方法在风电叶片损伤检测方面具有一定的可靠性和有效性.

    风电叶片损伤识别YOLOv8目标检测数据增强算法卷积注意力模块梯度协调机制平均精度平均召回率快速区域卷积神经网络交并比

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    考虑图像采集的退役零件SfM三维重建精度研究

    岳星宇张秀芬何宇奇
    1269-1275页
    查看更多>>摘要：运动恢复结构(SfM)是一种单目多视图三维重建技术.针对SfM多视图三维重建的速度及质量问题,提出了一种考虑图像采集的退役零件SfM三维重建精度优化方法.首先,构建了图像采集试验平台,以导靴和凸轮轴瓦盖为试验对象,选取图像质量、图像数量、拍摄距离及视角数量4 个对重建质量有影响的参数为影响因素,每种因素取3 个水平,设计了正交试验;然后,根据试验设计方案,对两个试验对象分别进行了9 组图像采集,并用Reality Capture软件对其进行了三维建模;最后,根据重建点云和模型的准确性、重建的完整性与重建效率3 个指标,对重建结果进行了评价,并进行了正交试验,通过极差分析获得了最优参数组合.研究结果表明:图像数量与视角数量对三维重建质量影响显著,拍摄距离与图像质量对三维重建质量影响不显著.该研究结果可为提高图像三维重建速度及质量提供参考.

    单目多视图三维重建质量三维重建速度运动恢复结构正交试验图像数量视角数量

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    点阵结构单元力学性能及在结构轻量化设计中的应用

    申会鹏张天宇李行雨韩春阳...
    1276-1284页
    查看更多>>摘要：针对特定功能点阵结构实现结构轻量化设计的问题,利用拓扑优化方法,构建了点阵结构单元构型.首先,从实际载荷工况特征出发,构建了初始设计模型,根据拓扑优化思想,设计出了符合力学性能特性的创新点阵结构单元谱;其次,采用有限元分析方法,获取了点阵结构单元的力学性能,提出了以比刚度为指标的单元性能评价方法,得到了点阵结构的力学性能规律;然后,建立了典型点阵结构单元比例试件,进行了力学实验分析,通过实验数据对比,对点阵结构单元性能规律的准确性进行了验证;最后,将点阵结构性能规律应用于汽车发动机连杆的结构轻量化设计中,通过分析汽车发动机连杆的载荷特征来匹配点阵结构单元谱,填充了相应的点阵结构.研究结果表明:填充后的连杆体积减少了 45%,而比刚度提高了 90%,验证了点阵结构单元数据库的有效性和实用性.该点阵结构单元数据库能够为复杂零件的结构轻量化设计提供有力的科学依据.

    点阵结构力学性能数值模拟实验测试轻量化设计

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    涡轮动力模拟器甩油盘热流模型与流场特性研究

    吴福章段雪峰刘砚黎旭康...
    1285-1292,1308页
    查看更多>>摘要：甩油盘作为涡轮动力模拟器(TPS)的重要零件,能有效地促进模拟器内循环系统润滑油的回流,提高轴承的润滑性并降低系统温升,为整机安全可靠运行提供了基础性保障.为了解决TPS内循环系统润滑油的回流问题,对TPS甩油盘及其内部循环流道进行了研究.首先,确定了涡轮动力模拟器轴承发热量及散热系数随转速的变化、甩油盘内部流体控制方程和边界条件;然后,构建了一类TPS甩油盘及其内部循环流道的完整内循环热流模型,并对比了轴承处温度仿真结果与实验结果以确保模型的合理性;最后,数值仿真得到了不同转速下内部循环流道的温度场、压力场和速度场.研究结果表明:转速增加能显著引发系统内最高温度上升,甩油盘作用下的内循环流场温度变化较为平稳,典型工况条件下仿真与实验得到的最高温度相对误差最大为12.3%,表明了热流模型的合理性.研究结果对于指导TPS甩油盘结构设计和提高整机运行安全稳定性具有重要的价值.

    涡轮动力模拟器甩油盘热流模型流场特性温度场

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    叶顶间隙对离心压气机性能的影响机理研究

    甘新海王超刘佳敏崔文豪...
    1293-1300页
    查看更多>>摘要：为明确叶顶间隙对离心压气机性能影响的机理,采用数值模拟方法对不同叶顶间隙尺寸下的离心压气机叶顶泄漏涡和流动损失进行了研究.首先,对实验结果与数值计算结果进行了对比,验证了数值模拟的可靠性;然后,分析了不同叶顶间隙下压气机等熵效率及压比的变化趋势;最后,对内部流动特性进行了分析,阐述了不同间隙下叶轮内部涡结构变化形态、泄漏流流线分布及沿流动方向的熵变化规律,揭示了不同叶顶间隙对压气机性能的影响机理.研究结果表明:叶顶间隙比从0.018 增加到0.054 时,全工况范围内效率下降最大变化量分别为0.7%、0.6%、0.4%及0.2%,压比整体下降幅度保持在0.3%左右.叶顶泄漏流与主流掺混形成叶顶泄漏涡和叶顶分离涡,其中叶顶泄漏涡是主要损失来源.随着叶顶间隙比增大,靠近叶片前缘20%流向范围内的流动损失变化较小,靠近叶片尾缘40%范围内的损失增大.叶顶间隙比增加导致泄漏涡尺寸增大从而降低有效过流面积,是造成压气机性能下降的主要原因.

    气体压缩机离心压气机熵变化规律数值模拟方法压缩机气动性能泄漏涡流动损失内部流动特性

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    四轴水平振动输送机的物料速度仿真分析与实验

    王少臣潘宏涛王永涛李佳辉...
    1301-1308页
    查看更多>>摘要：针对当前四轴水平振动输送机的物料速度随输送机偏心轴相位角变化规律不明确的问题,以某钢厂水平振动输送机的参数为基础,对机体与物料速度进行了理论推导和仿真分析.首先,推导了机体激振力与机体速度的通用公式,并对3 种初始相位角对应的机体速度进行了仿真,分析了初始相位角对机体速度的影响规律;然后,对机体速度和物料速度进行了对比仿真,并研究了物料起始运动时间、初始相位角以及角频率对物料速度的影响规律;最后,采用仿真软件分析了固定高速轴(或低速轴)的初始相位角时,物料稳态平均速度随低速轴(或高速轴)相位角变化的规律,并对相关内容进行了实验验证.研究结果表明:输送机4 个偏心轴以及齿轮等相关部件组装完成后,物料的稳态平均速度不随任一个偏心轴质心相位角的变化而变化;在输送机稳定运行时,物料的稳态平均速度与其加入料槽内的先后顺序无关;此外,针对某一机型的最佳物料速度,在高速轴(或低速轴)的初始相位角不同时,两种轴的相位角差也可能不同,单纯指定相位角差3π/4、π/2 或3π/2 等特定角度以利于物料输送的方案是不合理的,应该同时规定高低速偏心轴的相位角.

    振动(往复)输送机输送机偏心轴相位角角频率四轴水平振动机体速度与物料速度物料稳态平均速度

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    一种前臂内外旋震颤抑制装置结构设计

    刘洪昆侯瑞麟袁泽浩王扬威...
    1309-1316页
    查看更多>>摘要：针对外骨骼机器人在仿生性、便携性及人机交互性上的问题,在分析人体前臂进行内外旋过程中尺-桡骨运动机理的基础上,提出了一种利用形状记忆合金(SMA)弹簧驱动的人体前臂可穿戴的柔性外骨骼装置.首先,根据人体在发生静止性震颤时前臂肌肉中旋前圆肌、旋前方肌、旋后肌的运动机理,利用软件SolidWorks设计出了一种符合人体生物力学的外骨骼装置;然后,根据SMA弹簧收缩力与轴向拉伸长度的关系,对SMA弹簧进行了通电加热,弹簧产生的收缩力带动外骨骼装置完成对静止性震颤的被动抑制;最后,通过电机带动木质假手震动来模拟患者的发病状态,并借助Vicon动态捕捉系统记录前臂表面所贴附荧光球的运动数据.研究结果表明:前臂内外旋的角度有明显的下降,当分别将SMA弹簧拉伸至100 mm和120 mm时,其内外旋角度绝对平均值分别平均下降了45.07%和61.39%,该外骨骼装置可有效控制患者在震颤过程中的病症.该外骨骼的仿生性和柔顺性符合人体前臂的运动特性,其轻质、便携性可提高日常生活活动中的辅助效果,为上肢康复医疗领域提供新的视角和方法.

    可穿戴医疗设备柔性外骨骼装置弹簧驱动装置震颤抑制特性形状记忆合金(SMA)SolidWorks仿生性运动捕捉

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