新工科理念下学科交叉机械电子工程人才培养模式探索

围绕新时代国家科技发展对复合型人才的需求,基于拥有的学科资源和学科特色,文中提出了新工科理念下的机械化、信息化和智能化三化融合的学科交叉人才培养体系,详细介绍了“三化融合”的人才培养目标及人才培养模式。实践证明,“三化融合”的机械电子工程专业教学创新人才培养模式可以有效提升复合型人才培养的质量。

《中文核心期刊要目总览》2023年版入编通知

《机械设计》主编先生/女士:我们谨此郑重通知:依据文献计量学的原理和方法,经研究人员对相关文献的检索、统计和分析,以及学科专家评审,贵刊《机械设计》入编《中文核心期刊要目总览》2023年版(即第10版)之机械、仪表工业类的核心期刊。

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主编寄语

衷心祝贺《机械设计》正式创刊40周年。四十年来,在一届又一届编委会及广大作者、读者的支持下,《机械设计》发表了大量的高水平论文,为我国机械设计的研究、应用与拓展起到重要作用,为企业研发产品、设计产品、创新产品提供了有价值的资料。经过四十年的努力《机械设计》已在国内外产生了较重要的影响,是一本深受机械设计领域教师、学生和广大工程技术人员欢迎的学术刊物。希望《机械设计》再接再厉,在从中国制造走向中国创造的过程中发挥更大作用,将作者、读者及从事机械设计的广大专业技术人员融合在一起,一定能将刊物越办越好,知名度越办越高,提供的参考价值越来越大,为我国国民经济和企业的产品研发作出更大贡献!

带式输送机不停机托辊更换车结构设计及特性分析

为提高煤矿带式输送机在更换损坏托辊时的维护效率,减小人工更换产生的安全风险,文中设计了一种可在带式输送机不停机状态下进行托辊更换的更换车。针对不停机更换托辊的工作要求,确定更换车的更换方案,并建立三维模型。采用D-H参数法建立更换车机械手的连杆坐标系,通过MATLAB软件机器人工具箱建立机械手模型,并用蒙特卡洛法确定机械手的工作空间,结果表明,其运动范围满足槽型托辊组3个托辊的更换。采用ADAMS软件对机械手拆卸和安装托辊过程进行仿真,得到损坏托辊和备用托辊的位移曲线,结合夹取结构的运动曲线和运行轨迹,结果表明,机械手的工作过程平稳流畅。采用ANSYS软件对更换车工作中关键受力部件支撑臂和支撑托辊架进行有限元分析,结果表明:两部件强度满足工作要求,保证更换车工作的可靠性。

基于全矢CEEMDAN能量矩和AMHSSA-SVM的滚动轴承故障诊断

为充分利用滚动轴承的故障特征信息,提高故障诊断的准确性和可靠性,文中提出了一种基于全矢自适应噪声完全集成经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)能量矩和自适应多种群混合麻雀搜索算法(Adaptive Multi-population Hybrid Sparrow Search Algorithm,AMHSSA)优化支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的故障诊断方法。首先,采用全矢谱技术融合同源双通道信号;其次,采用CEEMDAN算法处理融合信号,选择相关系数较大的前5阶IMF分量,并计算其能量矩作为支持向量机模型的特征输入;最后,提出AMHSSA算法并优化支持向量机模型的参数,建立AMHSSA-SVM故障诊断模型。对该模型进行测试,结果表明:此模型有效提高了识别准确性,与类似模型对比,进一步证明了其在分类精度和优化时间方面的优越性。

一种适于脉动条件的气液分离器的设计与研究

文中针对在流量脉动条件下,无罩、圆柱状、“柱+锥”状稳涡罩对气液分离器的分离性能及流场特性产生的影响,进行了数值模拟和试验研究,提出了旋流场脉动衰减程度评价指标———脉动衰减率(ηp),其值大小与脉动衰减性能成反比。研究结果显示:在流量脉动条件下,“柱+锥”状稳涡罩对于提高旋流场稳定性的能力最为显著,脉动衰减率为0.01028,分离效率最高可达95.15%;同时,运用高速摄像技术对两相流场中气核运动及变化形态进行可视化观测,掌握了基于流量脉动条件下,旋流场内气核的运移规律,并将其划分为4个阶段(断续阶段、汇聚阶段、融合阶段、最终阶段),发现“柱+锥”状稳涡罩旋流器的气核向中心轴线聚集趋势显著,形成具有向上运动形态的空气柱,对旋流场内脉动流有明显的抑制作用。

基于CFD-DEM的物料转运过程诱导风流场与产尘因素分析

为了揭示颗粒物料在皮带机转运过程中的粉尘运移规律问题,推导了含有水平初速度的颗粒物料转运过程中的诱导气流方程,并采用CFD-DEM耦合方法对转运过程中的颗粒分布与诱导风流场特性进行了研究,分析了颗粒物料的落料高度、质量流量和初速度对颗粒逸散与诱导气流的影响。结果表明:颗粒在弧形下落阶段速度逐渐提高,挤压碰撞阶段颗粒速度先降低后提高,最后趋于稳定,部分颗粒出现逸散现象;含尘气流在颗粒物料弧形下落阶段和挤压碰撞阶段扩散较为明显;诱导气流速度与颗粒物料质量流量和初始速度呈正比关系,颗粒物料质量流量与诱导气流速度呈幂函数关系,拟合曲线幂指数为0.6~0.74。

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明:转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。

一种新型组合式弯曲型金属阻尼器性能研究

为解决U形阻尼器承载能力低、耗能性差的问题,文中提出了由U形金属板与X形金属板组成的一种新型组合式弯曲型金属阻尼器,基于随动强化模型对阻尼器进行静力循环模拟加载,采用ABAQUS软件进行仿真研究,发现组合式金属阻尼器滞回性能和承载能力均有提高,比U形阻尼器承载能力提高了24%,根据材料屈服强度的理论分析,当X形金属板的材料屈服应力大于307.38 MPa时,组合式金属阻尼器可实现双级屈服效果,仿真中选用Q235B钢U形板和Q345B钢X形板,组合式金属阻尼器取得了较好的双阶段屈服效果。

大气隙外笼型转子磁力耦合器设计及性能研究

采用Halbach单侧聚磁特性,设计出了一种大气隙外笼型转子磁力耦合器(Long Air Gap External-cage Rotor Magnetic Coupler,LAEMC),并分析了其运行特性、调速特性及散热特性,推导出LAEMC电磁转矩解析表达式,据此分析了结构参数对电磁转矩的影响,得出了不同磁化比的Halbach结构对LAEMC电磁转矩的影响规律;根据LAEMC的运行特性,分析了其在离心式负载、恒功率负载及恒转矩负载的调速特性,表明其仅适合离心式负载调速并具有良好的节能效果;在离心式负载转差率为33%处的最大功率损耗点对LAEMC进行热仿真计算,得到永磁体工作温度约为60℃,而通过气隙与之相隔的笼条温度约为360℃,两者温度差达300℃以上,表明所提出的大气隙外笼型转子磁力耦合器———LAEMC在离心式负载上既具有良好的运行特性也具有良好的隔热效果。

基于中国乘员的汽车座椅乘坐姿态舒适性评价分级模型

为研究汽车座椅乘员姿态舒适性问题,针对影响乘员舒适性的矢状面姿态角度指标,文中提出了一种基于中国人群覆盖范围和博弈组合赋权的评价分级方法。首先,采用动作捕捉技术获取乘员各舒适姿态角度,得到角度覆盖的人群范围,从而计算各姿态角度指标得分;采用G1法和熵权法分别计算各指标的主客观权重,基于博弈组合赋权得到各指标的综合最优权重;最终,根据各指标得分及最优权重,按照加权平均方式得到汽车座椅整体姿态舒适性评分;制订5级分级标准获取汽车座椅乘坐姿态舒适性等级。通过被试乘坐汽车座椅的主观体验评分验证建立的分级模型的可行性,为国内智能座舱的座椅姿态调节模式优化设计提供指导和依据。

对称悬架混联轮腿机器人结构设计与参数优化

为了实现机器人在地下空间低能耗的灵活运动,文中设计了一种对称悬架混联轮腿机器人,并针对其腿部参数优化问题,提出了一种基于沙猫群算法的性能均衡优化方法(简称均衡优化方法)。结合对称四边形机构与悬架系统,设计了一种对称悬架混联式轮腿结构,并建立其运动学和动力学模型,分析了腿部杆长对单轮腿运动空间和灵活性指标的影响,预优化确定了腿部初始杆长均为0.3 m。在满足轮腿越障规划空间及高灵活性的基础上,为了实现低能耗,建立了轮腿性能均衡优化评价指标,采用均衡优化方法对腿部杆长进行了优化研究。数值计算结果表明:大腿和小腿杆长最优值分别为0.23 m和0.3 m,该轮腿运动能耗为23.18 J,运动空间为0.1322 m2,灵活性指标变化范围为(0.2,1)。优化后灵活性保持不变,运动空间减小了24.54%,能耗降低了22.60%,验证了该方法合理有效,为轮腿机器人的设计与优化提供了一种新的思路。

运载火箭段间连接螺栓组设计方法

运载火箭形体非常大,为了制造、存储和运输的方便,往往需要将火箭箭体沿特定的面分割开来,分段制造,然后安装使用。各段之间的连接采用螺栓组,但现有螺栓组设计方法大多考虑机器底座的安装和法兰连接,对运载火箭段间连接设计并不方便。文中详细推导了火箭箭体在受弯和轴向拉/压载荷作用时,螺栓最大拉力计算公式和预紧力计算公式,并详细分析了压溃条件,最后,通过实例对文中提出的设计方法进行了验证。

基于Dynaform的汽车后风窗罩板成形工艺参数优化研究

文中以某汽车后风窗罩板为研究对象,解决其成形过程中的破裂和回弹缺陷。首先,运用Dynaform软件构建了符合实际工况的仿真模型;然后,选择对成形质量影响较大的模具间隙、摩擦因数、压边力和冲压速度作为主要因素,设计了4因素4水平的正交试验方案,并进行了仿真分析;接着,以最大减薄率和回弹作为评价指标进行综合评分,并采用Minitab软件对综合评分进行均值分析,获得了影响成形质量的各因素的主次关系和最优冲压工艺参数组合:摩擦因数为0.085,冲压速度为5000 mm/s,压边力为65 kN,模具间隙为1.15 mm;最后,选用上述工艺参数进行仿真分析和生产验证,产品拉延区域未出现破裂的成形缺陷,左右两端的弧形位置未见明显回弹。

基于形体特征层次分析的概念设计原型评价与演化方法

为对概念设计原型进行定量评价,实现具有形位公差需求的机械零件成形时间与制造质量之间的均衡,提出一种基于形体特征层次分析(Shape Feature Hierarchical Analysis,SFHA)的概念设计原型评价与演化方法。针对概念设计形体的孔和轴的形态特性,采用最大内切圆柱和最小外接圆柱构建特征模型,计算由分层策略所导致偏移的实际轴线位置,推算圆柱度误差大小。进行基于形位公差的自适应分层,在保证圆柱度等公差满足设计需求的情况下尽可能减少所需层数。通过改进粒子群算法进行非凸优化求解,遴选出最优的分层序列。计算特征层次化模型向正平面V(XOZ)和侧平面W(YOZ)的平行正投影面积及绝对梯度变化,实现基于SFHA的概念设计原型特征定量化描述与动态演化。以典型支座零件为例进行验证,采用熔融沉积成形设备进行物理试验,基于高精度结构光三维扫描仪获取原型零件的圆柱度误差,相较于均匀分层方法,所提出的SFHA方法制造时间可减少26.97%。

硬度耦合刚度增强型软体夹持器设计研究

软体夹持器具有良好的顺应性、无损伤和安全的人机交互性能等优点,但由于其材料的特性限制,往往存在刚度不足和夹持力小等问题。文中基于传统的快速气动网络结构,提出了一种硬度耦合结构的刚度增强型软体夹持器的结构方案。首先,结合硅橡胶材料的Yeoh本构模型和静力平衡及虚功原理,建立了刚度增强型软体夹持器的运动学和力学模型,描述了夹持器手指弯曲角度和末端接触力与压强之间的关系;其次,运用ABAQUS软件对不同硬度结构的夹持器进行了有限元分析,制作了夹持器实体,搭建实验台测定了夹持器手指实际变形和末端接触力数据,并通过实际抓取对比试验验证了实际抓取效果。结果表明:相较于传统结构,硬度耦合结构在同为20 kPa的驱动气压下,弯曲角度最大可减小120°;极限压力下,末端接触力最大增加0.1 N;最优设计为05HA结构,抓取物的质量是传统型的3.42倍。

基于支持向量机和证据理论的复杂系统可靠性分析方法

针对复杂系统中存在极限状态方程为隐式情况及参数为认知不确定性的问题,文中提出了一种基于支持向量机和证据理论的高效可靠性分析方法。首先,基于贝叶斯方法和最大熵原理将焦元上的基本概率分配平均分配到焦元中每一个元素以实现证据体精确化;其次,面对多学科系统中极限状态方程为隐式情况,采用支持向量机(SVM)进行显式化处理。在该方法中提出了SVM训练样本抽取策略,并对SVM通过引入马尔可夫蒙特卡洛模拟法(MCMC)进行改进,使其能适用于多学科系统的隐式极限状态方程小失效概率的求解;最后,通过算例分析,表明该方法的精度和计算效率具有较大优势,相比于MCS,该方法抽样2000个样本点精度相对误差仅为3.05%,为复杂系统的可靠性分析提供了一定的参考价值。

基于V形记忆曲线的汽车轮毂造型衍生设计方法

为提高汽车轮毂造型设计的效率,增强品牌造型识别度,提出一种高效的轮毂造型衍生创新设计方法。通过分析轮毂V形记忆曲线的变化规律和特点,总结出两类V形记忆曲线,并根据控制点数量分别进行了定量化表达;以轮毂造型的5个设计要素为基础,提取轮毂骨骼的特征并建立运算法则,构建基于V形记忆曲线的轮毂造型衍生设计方法;通过参数化实现造型构建方案衍生,验证了该方法的可行性。研究结果表明:基于V形记忆曲线的轮毂造型衍生设计方法提高了轮毂设计效率,实现了轮毂造型创新及提升品牌特征延续的设计目标,为同类型产品的创新设计提供参考。