中国机械工程

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1. 我国中小企业数字化转型的模式与对策

王柏村, 朱凯凌, 薛塬, 白洁, 臧冀原, 谢海波, 杨华勇,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1756-1763. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.013

摘要（671）

PDF （5220KB）（489）

推动中小企业数字化转型对我国制造业的全面提质增效具有重大意义。中小企业在数字化转型中存在成本过高、路径模糊、人才短缺等问题，且缺少数字化转型的分析框架与参考范式,因此构建了中小企业数字化转型的分析框架，明确了实现数字化转型关键因素，通过案例研究归纳提出了中小企业数字化转型的四类基本路径模式。基于上述研究，为我国中小企业的数字化转型提出针对性对策建议，以期推动中小企业数字化、智能化发展。

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2. 融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法

戴佳斌, 张洁, 吴立辉

中国机械工程 2023, 34 (14): 1640-1646. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.001

摘要（591）

PDF （4600KB）（179）

晶圆制造过程中的生产特征数据大规模、特征间复杂关联和特征样本强相关特性导致晶圆加工周期预测效率低与预测精度不高，因此提出了一种融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法。首先，利用Relief-F算法对生产特征数据进行降维处理；然后，基于模糊C均值算法对数据样本进行工艺相似性聚类，并设计并行门控循环单元网络来挖掘晶圆lot特征样本间的强相关特性；最后，设计了双重注意力机制来学习关键特征内部及特征与加工周期的复杂关联信息。实验结果表明，所提出方法能有效缩短预测训练时间，提高预测精度

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3. 采用改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法求解不相关并行机混合流水车间调度问题

郑堃, 练志伟, 顾新艳, 朱长建, 徐慧, 冯雪晴

中国机械工程 2023, 34 (14): 1647-1658，1671. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.002

摘要（591）

PDF （4458KB）（140）

针对不相关并行机的混合流水车间调度问题，提出了改进两点交叉算子(ITPX)的自适应遗传算法。首先，利用精确取点方式提高两点交叉算子的求解性能；其次，论证了基于激素调节的自适应选择概率引导种群的收敛趋势；然后，建立优质染色体池和记忆因子来记录种群迭代的优质解，并实现两种不同区域的交叉。实验结果表明，ITPX可节省优化时间，提高求解性能；自适应概率可增强收敛性；改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法（ITPX-IAGA）可缩短40%以上的求解时间，并提高求解性能。

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4. 基于深度时间卷积神经网络与迁移学习的流程制造工艺过程质量时序关联预测

阴艳超, 施成娟, 邹朝普, 刘孝保

中国机械工程 2023, 34 (14): 1659-1671. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.003

摘要（552）

PDF （13154KB）（126）

针对流程生产多工艺参数时序耦合导致的生产质量难以准确预测的问题，提出了基于深度时间卷积神经网络与迁移学习的生产质量快速高效预测方法。借助序列到序列的学习框架，采用深度时间卷积神经网络和时序注意力机制构成的编码器提取多源关键时序特征，采用残差长短期记忆神经网络构成的解码器挖掘质量时序信息，引入迁移学习解决预测模型对生产质量在线预测适应性的问题。实验表明所提方法的预测精度与稳定性优势显著，且在小样本数据预测时具有较高的预测精度和计算效率。

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5. 智能制造中的人-信息-物理系统协同的人因工程

杨晓楠, 房浩楠, 李建国, 薛庆

中国机械工程 2023, 34 (14): 1710-1722,1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.008

摘要（516）

PDF （5740KB）（291）

人信息物理系统(HCPS)的智能制造理论体系明确了人在智能制造系统的中心地位。从智能制造人机协同的需求出发，基于人机交互鸿沟理论，在行为、意图、认知三个层面讨论了人因工程在“人本智造”中的研究重点。围绕虚实融合场景、多模态人机交互及认知量化等方法，阐述了人因工程在促进HCPS智能融合的重要作用。最后，从实现HCPS集成的智能制造系统出发，提出了“人本智造”的研究方向和学科发展建议。

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6. 曲线焊缝的机器人焊接轨迹规划与高频控制

吴超群, 赵松, 雷艇

中国机械工程 2023, 34 (14): 1723-1728. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.009

摘要（491）

PDF （6070KB）（241）

机器人实时焊缝跟踪系统中，轨迹规划时间及控制延迟过高会影响跟踪精度和焊接质量。针对这一问题，结合B样条曲线插补算法和外部引导运动模块，提出一种用于曲线焊缝的分段式实时轨迹规划与控制方法。首先根据插补时间最优原则将轨迹分段，然后采用三次非均匀B样条插补每段轨迹并得到插补点，最后设计了机器人高频控制器，利用外部引导运动模块以4 ms为周期将插补点依次发送给机器人，引导机器人运动。试验结果表明，该方法在100 ms内即可完成正弦曲线焊缝的规划并引导机器人焊接，跟踪精度控制在±0.2 mm以内，实现了轨迹的快速规划和高频控制。

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7. 基于Preston-PSO算法的多方向机器人磨抛轨迹生成方法

李佳璇, 李论, 周波, 赵吉宾, 朱光, 王正佳,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1729-1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.010

摘要（464）

PDF （13506KB）（138）

针对机器人磨抛加工过程中的纹理现象，提出一种基于Preston公式和粒子群优化算法的多方向性机器人磨抛加工轨迹生成方法，获得能自适应曲面模型的光顺无拐角、覆盖均匀且具有多方向性的磨抛加工轨迹。仿真与实验证明，与方向平行轨迹的加工效果相比，此算法生成的轨迹能有效抑制表面条形加工纹理的产生，减小加工表面粗糙度，提高表面质量，获得良好的镜面加工效果。

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8. 机器组成概念从近代到现代的演变

张策, 杨廷力, 刘建琴

中国机械工程 2023, 34 (10): 1135-1139. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.001

摘要（423）

PDF （2405KB）（423）

随着生产力的发展，机器在发展，“机器组成”的概念也在演变。现代社会对机器的要求逐步提高，而复杂的机器来源于对传统机器的改造，了解机器的演变是对传统机器进行改造的必要过程。马克思在《资本论》中描述了机器的组成，当时适逢第二次工业革命开始，但其后不过数年，控制系统就加入到机器中，马克思的“机器组成说” 开始被突破；20世纪下半叶，在第三次科技革命中，机电一体化概念出现，电子技术、控制技术和传感器技术等被融入到机械系统中。通过机械的发展历史说明了机器组成概念的演变过程，并提出了更准确的现代机械系统的定义，从而给人以启发，增加对机器本身的了解，对现代机械产品设计者具有指导意义。

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9. 一人多机模式下考虑相似学习效应的车间调度问题

张维存, 顾洪羽

中国机械工程 2023, 34 (14): 1701-1709. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.007

摘要（411）

PDF （4248KB）（153）

考虑作业相似性和人员学习效应的影响，建立了一人多机生产模式下多目标作业车间的调度模型，并设计了基于网格筛选外部档案的遗传算法（GFEAGA）对其进行求解。采用两阶段的编解码方式和改进的N6邻域搜索方法以提高求解效率。为平衡人员负荷，设计了人员的选派方法。基于网格排序筛选非支配个体，以提高解集的多样性。实验验证了GFEAGA求解的高效性和优越性，分析了模型中相似性和学习率的灵敏性。

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10. 基于数据挖掘的注塑产品质量在线故障检测及预测

陈昱, 项薇, 龚川

中国机械工程 2023, 34 (14): 1749-1755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.012

摘要（395）

PDF （1793KB）（142）

注塑件的尺寸精度与注塑工艺参数、注塑过程中各阶段实时条件及实时工况的变化都有关联。开发了一个基于数据挖掘的工件质量诊断模型，利用模内温度、压力、位移等高频传感器采集到的实时数据构建了高维时序特征集，采用三段式特征选择法确定了关键特征子集，并将其用于训练基于LightGBM分类器的质量在线检测模型。基于卷积神经网络长短期记忆网络（CNN-LSTM）的时序模型预测了各特征的未来值，结合分类器完成了产品质量的事前预测。验证结果显示在线检测宏的平均召回率达到89.1%，事前预测宏的平均召回率为81.6%。

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11. 复杂视觉测量系统的标定参数优化及精度评估

孙家乐, 罗晨, 周怡君, 王伟, 张刚

中国机械工程 2023, 34 (14): 1741-1748,1755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.011

摘要（383）

PDF （3739KB）（106）

复杂视觉测量系统存在多种标定误差，且误差的相互耦合直接影响系统测量的精度，因此提高系统标定参数的准确性是保证系统测量精度的关键。提出了一种基于多维角点误差补偿的标定参数优化方法。首先定义多维角点误差函数，建立相应的优化模型，并利用LM算法求解最优的标定参数；然后以系统标定误差优化率来评价参数优化方法对系统标定优化的效果。实验结果表明系统标定误差优化率可达48%，系统测量精度较高，满足测量需求。

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12. 需求扰动作用下的供应链库存系统优化模型

吴迎年, 张晶, 李庆奎, 焦帅,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1672-1682，1700. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.004

摘要（368）

PDF （7177KB）（82）

针对需求扰动作用下的供应链库存系统，设计了一种改进型滑模控制器与扰动观测器相结合的供应链库存系统优化模型。基于供应链系统产品运营逻辑关系建立了三级网状供应链系统的动态库存模型；设计了基于自适应指数趋近律的改进型滑模控制器和扰动观测器相结合的优化模型。在保证系统稳定的前提下，该优化模型能抑制需求扰动对供应链库存系统的影响。仿真对比实验验证了优化模型的有效性。

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13. 高锁螺母收口、装配及松动过程有限元分析

张京东, 邓博, 桂学文, 李健, 廖日东

中国机械工程 2023, 34 (12): 1387-1394，1406. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.001

摘要（364）

PDF （12625KB）（269）

针对UNJ螺纹高锁螺母开展了有限元建模方法研究，编写了可生成结构化网格的建模程序，并建立了精细的有限元网格模型。对高锁螺母的收口过程、装配过程及受到横向载荷下的松动行为进行了有限元仿真，并通过拧紧试验对仿真得到的锁紧力矩值进行了验证。仿真结果表明：在一定收口量范围内，高锁螺母的最大径向位移量以及锁紧力矩均与收口量近似满足线性关系，且随着收口量的增大，最大径向位移量与锁紧力矩均增大；高锁螺母的锁紧力矩越大对应防松性能越好，然而收口量对防松性能存在最优值，当收口量超过最优值后，继续增大收口量对防松性能的提升效果并不显著。

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14. TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素

王瑞, 赵志敏, 黄晶, 刘鑫, 冀相云, 苏春建

中国机械工程 2023, 34 (10): 1230-1240. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.013

摘要（339）

PDF （11513KB）（76）

为探究TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素，进行Gleeble热模拟实验，获得了TA2、Q235B材料在不同工况下的真实应力与应变。采用数值方法确定了TA2和Q235B的JC本构模型参数，并结合温度、外载荷等边界条件建立了去应力退火的有限元仿真模型，采用热处理实验验证了所建立模型的准确性。结果表明一定的张力载荷可改善应变分布状态，但过大的张力载荷会导致残余应变局部集中，复合比与总厚度均会影响应力分布进而影响应变状态。

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15. 重型磁悬浮转子跌落保护轴承失效机理

李子麟, 时振刚, 铁晓艳, 杨国军, 任文亮, 姚佳康, 王玉明, 王子羲

中国机械工程 2023, 34 (09): 1009-1018. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.001

摘要（334）

PDF （11267KB）（146）

国家重点研发计划《高速精密悬浮轴承》对保护轴承跌落承载能力的要求是：转子质量不小于3000 kg，跌落转速不小于3000 r/min，抗跌落次数不小于10。基于此开展了对保护轴承设计研发及跌落失效机理的研究。提出了两种适用于跌落工况的陶瓷球混合保护轴承方案：满装球无保持架方案和非满装球带保持架方案。搭建了包含动力学、热学在内的转子跌落仿真模型，对不同方案跌落过程的受力和发热过程进行了仿真。将保护轴承安装到试验台架中进行测试，验证了仿真模型的有效性。在测试中发现无保持架保护轴承发生严重失效。对失效轴承的损伤情况进行观察和检测，发现由于滚动体间摩擦因数大，滚动体发生卡死现象，使滚动体与滚道、内圈与转子间发生持续干摩擦，造成内圈严重烧伤与磨损。

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16. 基于SAO的专利数据驱动产品创新设计

林文广, 刘晓东, 肖人彬

中国机械工程 2023, 34 (15): 1765-1777. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.001

摘要（324）

PDF （5241KB）（318）

借助大数据挖掘技术，提出基于主语-谓语-宾语（SAO）的专利数据驱动产品创新设计方法。首先通过语义依存句法挖掘专利文本数据库中的SAO结构，获取产品元件之间的作用关系信息；其次构建面向产品系统的复杂网络知识模型，并引入结构洞理论计算复杂网络中元件约束性系数，以此确定创新目标元件，并借助Word2Vec计算元件语义相似性系数，利用SAO相似性算法计算功能相似性系数；在此基础上，融合推荐算法以及组合矩阵，分别围绕结构创新、功能创新以及功能优化三个方面实现产品创新。最后以具有典型代表性的卫浴花洒产品为例，对所提方法进行了详细的演示，充分证实了所提方法的有效性和先进性。

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17. 摆线针轮多齿啮合特性与承载接触分析方法

王永强, 魏冰阳, 徐家科, 杨建军

中国机械工程 2023, 34 (10): 1151-1158. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.003

摘要（314）

PDF （4467KB）（247）

采用包络法推导了摆线轮齿廓方程并进行了齿面接触分析，获得了齿面接触参数；提出侧隙几何学分析的精确算法，解决了传统侧隙算法只能针对等移距修形的缺陷；采用逐齿消隙法求解变形协调方程，避免了常规啮合分析的误差与不确定性，提高了承载接触分析的计算精度和计算效率。给出了齿面接触分析到承载接触分析的完整计算流程，获得了任意转角位置、不同修形方式的精确载荷参数。

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18. 超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

黄云, 黄建超, 肖贵坚, 刘帅, 林瓯川, 刘振扬

中国机械工程 2024, 35 (01): 2-26. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.001

摘要（314）

PDF （50387KB）（453）

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差，因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素，因此，首先基于超疏水表面作用机制，对超疏水表面织构进行了归纳，旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题；然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结，从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施，为拓展超疏水表面加工体系提供思路；进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段，并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法；最后，展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景，以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。

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19. 分子动力学模拟纳米颗粒添加剂对边界润滑的影响

潘伶, 林国斌, 韩雨晴, 余辉

中国机械工程 2023, 34 (10): 1140-1156. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.002

摘要（306）

PDF （12614KB）（178）

通过试验和模拟的方法研究了不同压力条件下纳米铜颗粒添加剂在正十六烷基础油中的边界润滑行为。建立具有正弦曲面粗糙峰的边界润滑模型，采用分子动力学分别模拟了在25，50，100，200 MPa 4种压力下，含纳米铜颗粒与不含纳米铜颗粒时润滑油沿膜厚方向的密度分布。在润滑体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度，计算出壁面原子与铜颗粒原子的应力、固液界面摩擦力、正压力和摩擦因数。采用微纳米划痕仪测量了含铜颗粒润滑剂的摩擦因数。结果表明：不同压力下两种润滑体系中的十六烷基础油均出现分层现象；纳米粗糙峰直接接触时，接触界面仍存在少量的正十六烷分子，且分子主链的排列方向与剪切方向相同；在200 MPa时铜颗粒使固体壁面的最大应力减小35.3%，提高了润滑体系的承载能力；不含铜颗粒润滑体系润滑油膜在50 MPa时破裂，含铜颗粒润滑体系润滑油膜在200 MPa时破裂；模拟计算的边界润滑状态下两种润滑体系的摩擦因数符合试验测量值。

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20. 基于强化学习算法的水下滑翔机路径跟踪研究

石晴晴, 张润锋, 张连洪, 兰世泉,

中国机械工程 2023, 34 (09): 1100-1110. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.011

摘要（304）

PDF （6340KB）（308）

针对洋流影响下水下滑翔机实际路径与预定路径偏差较大的问题，在传统的长短期记忆网络模型的基础上引入注意力机制，建立了具有长短期记忆与注意力机制的神经网络洋流预测模型；利用深度神经网络生成水下滑翔机运动的动态Q表，并通过强化学习算法选择最优运动姿态，同时考虑洋流的影响，构造了基于深度强化学习的水下滑翔机路径跟踪算法。结果表明，基于注意力机制的长短期记忆网络相较于传统的整合移动平均自回归模型与长短期记忆网络，其洋流预测具有更小的均方误差与均方根误差，具有良好的预测能力；相较于传统的PID控制，深度强化学习模型可使水下滑翔机轨迹均方根误差降低50.9%，显著提高了路径跟踪精度。

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21. 光伏跟踪支架檩条结构高刚性轻量化设计

董小虎, 王士涛, 周德淳

中国机械工程 2023, 34 (10): 1207-1213. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.010

摘要（302）

PDF （5559KB）（250）

在太阳能光伏跟踪支架系统中，冷弯型檩条结构被用于支撑光伏板，安装位置介于主梁与边框之间。首先构建以结构柔顺度最小为设计目标、单元相对密度为设计变量、体积与一阶固有频率为约束的拓扑优化数学模型，基于SIMP法获得檩条结构的最优布局构型，在此基础上，对拓扑优化构型进行工程化设计，并制造加工出相关结构。然后根据太阳能光伏跟踪支架实际服役于不同风速荷载下的环境，设计分步测试载荷工况，分别对优化前后的檩条结构进行静动态仿真分析，由仿真结果可知优化后的檩条结构在抗弯、抗扭性能以及固有频率方面均得到了提高，从而验证了优化设计方法的有效性。最后采用实验测试方法对优化设计后的檩条结构性能进行验证。研究结果表明，在机械性能明显增强的前提下，檩条结构实现了减重8.8%。

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22. 钛合金超声冲击强化研究现状及发展趋势

查旭明, 袁智, 秦浩, 袭琳清, 张涛, 姜峰

中国机械工程 2023, 34 (19): 2269-2287. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.001

摘要（292）

PDF （36447KB）（221）

梳理、介绍了钛合金超声冲击强化技术的工艺原理与研究进展；统计分析了不同超声冲击工艺参数（静压力、超声振幅和滚压次数）对钛合金表面层性能的影响规律，结果表明不同工艺参数的择优对钛合金性能强化有重要影响，同时各工艺参数也会存在优化临界值，超过临界值反而会降低其服役性能；总结了现阶段超声冲击强化技术在工程应用上面临的难点，并结合智能制造提出超声冲击强化技术未来发展方向。

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23. 高精度微球半径测量模型及圆度评定方法比较

李瑞君, 段刘辉, 赵文楷, 程真英, 范光照

中国机械工程 2023, 34 (10): 1159-1163,1171. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.004

摘要（281）

PDF （3444KB）（148）

提出了一种基于回转轴法和两点法原理的高精度微球半径测量模型，实现了基于半径变化量的微球圆度评定。建立了可以分离主轴跳动误差和计算各测量点对应半径的模型。利用团队开发的基于高精度气浮转台和两个迈克尔逊干涉仪的微球圆度测量系统，对标称直径为300 μm、圆度为250 nm的红宝石球的赤道圆截面进行了扫描测量。将采用所建模型测得的微球半径与采用直径算得的半径进行对比，并通过最小区域法对所测微球圆度进行评定，结果表明：所建模型与传统直径评定方法得到的微球圆度分别为280 nm和403 nm，标准差分别为2 nm和23 nm，所建微球半径测量模型准确可靠，利用所建模型和最小区域法评定出的微球圆度更加准确可靠。所建模型可以方便准确地获得被测微球的半径，可应用于微球圆度准确评定。

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24. 碳纤维增强碳/碳坩埚预制体柔性缠绕成形系统设计与实验研究

王征, 董九志, 陈云军, 蒋秀明,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1184-1190,1198. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.007

摘要（272）

PDF （5668KB）（306）

为解决目前手工增强缠绕碳/碳坩埚预制体无法保证产品一致性及生产效率低下的问题，设计了一种碳纤维增强坩埚预制体柔性缠绕成形系统。基于非测地线法提出了适用于一端平面封头一端椭球封头特殊回转体结构坩埚芯模的线型设计流程，介绍了计算机辅助线型设计的各个模块及实现方法，并对设计线型进行了仿真；根据缠绕特性设计了四自由度专用缠绕机运动机构，基于可编程控制器和触摸屏设计了四自由度缠绕机控制系统，并进行了碳纤维增强缠绕实验。实验结果表明：缠绕机运行稳定，纤维可连续稳定地缠绕在芯模表面，所设计的系统可实现碳纤维增强碳/碳坩埚预制体的自动化缠绕。

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25. 融合稳定性的分布式驱动电动汽车路径跟踪控制策略研究

王姝, 张海川, 赵轩, 宋函锟

中国机械工程 2023, 34 (09): 1035-1044. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.003

摘要（272）

PDF （7528KB）（129）

提出了一种融合车辆稳定性的路径跟踪控制策略，以提高分布式驱动电动汽车在高速、低附着等危险行驶工况下的路径跟踪精度和车辆稳定性，该控制策略包括路径跟踪控制层、稳定性控制器决策层、驱动轮转矩分配层。针对LQR路径跟踪控制器在高速大曲率工况下跟踪精度不足的问题，采用闭环PID矫正驾驶员模型补偿车辆前轮转角，并设计稳定性控制器用以跟踪车辆理想参考模型，基于模型预测控制算法决策出附加横摆力矩，同时以轮胎负荷率最小为目标优化车轮驱动转矩分配。利用自主开发的分布式驱动电动试验车分别在高速高附着和高速低附着双移线工况进行试验。结果表明：相对于只运用闭环PID矫正的LQR路径跟踪控制器进行路径跟踪，车辆在干燥的混凝土路面以90 km/h速度行驶时，融合车辆稳定性的路径跟踪精度的横向均方根误差降低了29.7%；车辆在潮湿沥青路面以70 km/h速度行驶时，均方根误差降低了10.3%。所提控制策略能够提高车辆的路径跟踪精度，满足车辆在危险行驶工况下的横摆稳定性。

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26. 轮腿式可变形车轮设计及整车控制研究

耿雪晴, 吴孟武, 华林,

中国机械工程 2023, 34 (12): 1446-1452. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.007

摘要（270）

PDF （6422KB）（253）

针对当前复杂地形与路况对整车机动性及越障能力的需求，设计了一种轮腿式可变形车轮结构，该车轮结构可在不同地形与路况下进行轮式与腿式的状态转换。介绍了可变形车轮的设计原理并对结构参数进行了计算与优化，分析得到了轮腿式可变形车轮最大变径比。设计了一套简单有效的轮腿式可变形车轮智能变形控制系统，并据此开展整车布局设计，分析整车运动过程。制作并搭建了样车平台，通过实验测试了整车的机动性与越障能力。结果表明该变形车轮可在轮式与腿式状态下快速智能转换，使得整车系统可同时在结构化与非结构化路面稳定行驶，具有较高的机动性与越障能力。

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27. 基于数字孪生的铸造工艺过程环境影响评价方法

谷振宇, 何仪, 李东洋

中国机械工程 2023, 34 (12): 1465-1475. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.009

摘要（268）

PDF （4109KB）（200）

围绕铸造企业开展工艺过程环境影响与碳排放评价的新需求，针对工艺过程动态评价中动态数据的一致性与动态数据处理问题，以铸造工艺过程为研究对象，将数字孪生技术引入铸造工艺过程环境影响与碳排放的评价中，构建了面向环境影响评价的铸造工艺过程数字孪生模型，并将其融合到生命周期评价的基本过程中，提出了基于数字孪生的铸造工艺环境影响评价方法。通过由孪生模型向实例模型和实例孪生体的演化，保证了工艺过程数据结构的一致性，同时通过生成不同阶段的实例孪生体实现动态场景数据的承载，实现了工艺过程动态数据的处理。最后，以某铸造企业3.5 t运输机V法线铸造工艺过程为例，展示了所提方法在工艺过程环境影响评价中的应用。

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28. 抑制磨削振纹的多目标磨削工艺参数优化

李国龙, 朱国华, 蒋林, 陶一杰, 贾亚超

中国机械工程 2023, 34 (09): 1086-1092. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.009

摘要（265）

PDF （2038KB）（144）

针对蜗杆砂轮磨削齿轮经常出现振纹的问题，采用某型新能源汽车用斜齿轮，通过正交设计实验的方法，探究了磨削工艺参数（砂轮线速度、砂轮轴向进给速度、砂轮径向进给量）对加工振动和齿面粗糙度的影响。采用多元二次回归的方法建立了以减小振动和齿面粗糙度为目标的多目标优化数学模型，采用遗传算法优化了磨削工艺参数。结果表明，优化后的工艺参数可在保持稳定的齿面粗糙度精度的同时大大削弱磨削中的振动，有效防止了振纹的产生，延长了机床的使用寿命。

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29. 仿生六足机器人柔顺腿研究

王伟, 韦浪, 刘富盛, 王国顺

中国机械工程 2023, 34 (17): 2089-2094. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.008

摘要（263）

PDF （6492KB）（172）

为探索弧形腿柔顺性对仿生六足机器人运动性能的具体影响，首先使用伪刚体模型描述弧形腿的变形特征，并给出了刚度的数学表达；然后基于该刚度模型，在Webots仿真环境中构建虚拟样机，通过设定弧形腿不同的刚度，分析了仿生六足机器人在运动速度、能量消耗等方面的变化；最后通过制作不同刚度的弧形腿在物理样机中进行了验证。研究结果表明，弧形腿的柔顺性可以用伪刚体模型准确描述，它可提高仿生六足机器人的运动速度并减小能量消耗。

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30. 超硬磨粒可控排布砂轮研究进展

陈冰, 郭烨, 邓朝晖

中国机械工程 2023, 34 (09): 1019-1034. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.002

摘要（261）

PDF （16342KB）（140）

在磨削加工过程中，砂轮上磨粒的分布、排布方式影响着磨粒与工件材料的相互作用形式、磨削痕迹分布次序及材料去除特性等，进而决定着磨削表面形貌、亚表面质量、磨削力等。相对于磨粒随机分布的砂轮，通过合理调整有序化砂轮表面上磨粒的位置和分布方式，有助于使砂轮表面磨粒受力均匀、容屑空间大小合理，从而减小加工过程中的磨削力，降低磨削温度，提高磨具的寿命及磨削性能。目前，相比磨粒簇和结构化等有序砂轮，磨粒有序化砂轮的研究是发展较早、相关理论较多、相对成熟的研究方向。综述了超硬磨粒可控排布砂轮制备的研究现状，探讨了磨粒定向排布、叶序排布与其他排布超硬磨粒可控排布砂轮的理论及应用现状，展望了超硬磨粒可控排布砂轮未来的研究方向。

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31. 基于NDO的永磁同步电动机自适应分数阶滑模控制

赵希梅, 王超, 金鸿雁

中国机械工程 2023, 34 (09): 1093-1099,1119. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.010

摘要（260）

PDF （3665KB）（123）

针对永磁同步电动机（PMSM）驱动的高档数控机床进给系统易受参数变化、外部扰动等不确定性因素影响的问题，设计了一种基于非线性干扰观测器（NDO）的自适应分数阶滑模控制（AFOSMC）方法。建立了含有不确定性的PMSM动态数学模型。将自适应控制与分数阶滑模控制（FOSMC）相结合，抑制了整数阶滑模控制的抖振现象，且能实时调整切换增益，提高了系统的控制精度。然而，外部干扰会对系统产生极大的影响，因此采用NDO实时辨识外部干扰，将观测值作为前馈补偿引入AFOSMC中，以提高控制器的抗干扰能力。实验结果表明，基于NDO的AFOSMC方法有效地削弱了抖振现象，提高了进给系统的跟踪性能和抗扰能力。

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32. 轮毂电机驱动越野车原地转向控制

付翔, 刘泽轩, 刘道远, 李东园,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1251-1259. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.015

摘要（260）

PDF （6293KB）（327）

针对基于阿克曼转向的越野车最小转弯半径大、转向机动性不足的问题，利用轮毂电机驱动车辆转矩独立可控的优势，开发了路面自适应的原地转向控制策略。构建整车七自由度原地转向动力学模型，阐释原地转向过程中纵横向耦合运动轮胎力的演变规律，建立原地转向阻力矩和横摆力矩随车轮滑转率、路面附着系数变化的量化模型。以转向动力响应性为优化目标设计了不同附着条件下的横摆角速度期望轨迹，并以各轮滑转率安全阈值作为稳定性约束以减小转向中心偏移量，执行层基于模型预测算法进行横摆角速度的跟踪控制，同时引入自适应滑模控制器反馈调节车轮滑转率以确保纵横向运动的稳定性。仿真测试与实车试验表明，开发的原地转向控制策略在高、中、低附路面下均实现了期望原地转向轨迹的精确跟踪，并将转向中心偏移量限制在500 mm以内，提高了越野车原地转向灵活性和横向稳定性，实现了“既快又稳”的原地转向。

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33. 机翼蒙皮铺层顺序和材料布局协同优化

彭翔, 江浩浩, 郭玉良, 李吉泉, 易兵, 姜少飞,

中国机械工程 2023, 34 (12): 1415-1424,1435. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.004

摘要（259）

PDF （11856KB）（85）

为了实现机翼蒙皮的轻量化和减振设计，将混杂复合材料引入到机翼蒙皮中，提出了机翼蒙皮铺层顺序和材料布局协同优化设计方法。将机翼蒙皮的铺层顺序和材料布局作为优化设计变量，建立了以成本为约束，蒙皮质量和位移最小化、频率最大化为目标的协同优化模型，利用搭建的通用化机翼蒙皮优化设计框架，使用非支配排序遗传算法-Ⅱ（NSGA-Ⅱ）实现了蒙皮内部结构的优化设计。与铝合金机翼蒙皮、初始结构方案蒙皮的性能对比表明，协同优化后的机翼蒙皮结构在不增加成本的条件下，综合性能显著提高，验证了方法的有效性。

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34. 考虑设备预防性维护的开放车间调度问题

朱传军, 冯诗健, 张超勇, 金亮亮, 王林琳

中国机械工程 2023, 34 (14): 1693-1700. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.006

摘要（258）

PDF （2203KB）（139）

依据实际生产车间的运行情况，建立了带设备预防性维护的开放车间调度模型，并设计一种混合遗传禁忌搜索算法来求解该问题。根据问题的特点，设计了混合算法的遗传编码、解码、改进交叉和变异等操作，以及禁忌搜索算法的邻域结构，使算法在集中搜索与分散搜索中达到平衡。所提算法在开放车间调度Taillard基准实例和带预防性维护的开放车间调度案例中的应用验证了其高效性和有效性。

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35. 重载工况下行星齿轮传动啮合偏载分析

谭建军, 李浩, 杨书益, 朱才朝, 宋朝省, 孙章栋

中国机械工程 2023, 34 (13): 1513-1524. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.001

摘要（255）

PDF （24327KB）（250）

为了深入研究重载行星齿轮传动多柔体变形下齿面载荷分布规律，提出一种计入结构柔性与齿轮副动态接触的行星齿轮传动耦合动力学建模方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象，根据内齿圈、行星架结构及其边界特征，采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿、行星架耦合点与弹性支撑之间的关联关系，利用齿轮副动态承载接触作为界面协调条件将各构件进行耦合，建立行星齿轮传动耦合动力学模型，分析了啮合偏载现象以及结构参数对啮合特性的影响。研究结果表明，作用在行星轮上的合弯矩以及行星架销轴非对称结构变形是造成啮合偏载的主要原因，系统共振会加剧啮合偏载程度；在共振区附近，齿轮动态啮合刚度与静态啮合刚度存在较大差异；增加销轴刚性、增大螺旋角可以改善啮合偏载程度，减小共振区系统振动，但在低转速区不利于系统减振，而增大行星架连接板刚性可以保持低转速区系统振动状态，同时减小共振区系统振动。

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36. 负载条件下RV减速器动态传动误差分析与试验

许立新, 夏晨, 杨博

中国机械工程 2023, 34 (18): 2143-2152. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.001

摘要（254）

PDF （8485KB）（191）

目前RV减速器传动精度出厂标定值是在空载条件下检测的，难以反映扭矩加载条件下的真实精度性能，为有效揭示负载作用下RV减速器动态传动误差特性，考虑关键传动件几何形状与位置度多源误差因素影响，提出了两曲柄轴标准型RV减速器接触多体系统动力学理论模型。在建模中，针对RV减速器传动结构特点，首先完成整机动力学参数化建模架构设计，然后针对第一级渐开线齿轮传动、第二级摆线针轮传动以及多组转臂轴承和支承轴承部分，提出详细的动态接触分析方法；在此基础上，以RV20E减速器为对象，探讨扭矩负载作用下减速器动态传动误差特性。研究结果表明，随着负载扭矩的增大，减速器传动误差幅值不断增大，但幅值增长率逐渐减小；相比于空载情况，额定扭矩下的减速器传动误差计算增幅为73.1%，试验测试增幅为58.9%。

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37. 基于磨削热变形分析的切入式外圆磨削去除率的修正模型与实验研究

迟玉伦, 武子轩

中国机械工程 2023, 34 (15): 1778-1788. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.002

摘要（252）

PDF （13452KB）（174）

为解决切入式外圆磨削加工中磨削热变形引起的传统磨削去除率模型与实际磨削偏差较大的问题，基于磨削热变形机理分析，对传统切入式外圆磨削去除率模型进行了修正。通过分析切入式外圆磨削过程中砂轮与工件的磨削热变形量及热变形速率，确定了修正函数，建立了基于磨削热变形的切入式外圆磨削材料去除率修正模型，并通过磨削实验对模型进行了验证。结果表明，修正模型具有更高的准确性。

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38. 考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制

闵德垒, 童汝亭, 危银涛

中国机械工程 2023, 34 (21): 2521-2530. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.001

摘要（250）

PDF （7794KB）（211）

基于非线性轮胎模型提出横摆角速度的一种准确计算方法，并将其用于车辆稳定性控制。轮胎的非线性采用刷子模型进行表征，通过摄动分析得到等效稳定性因数，进而得到稳态横摆角速度的精确解析解。对解析解存在性的分析表明轮胎非线性会对车辆稳定性产生影响。实车试验和基于车辆模型的控制仿真表明，考虑轮胎非线性可有效提高作为目标参量的稳态横摆角速度的计算精度，提高车辆稳定性的控制效果。

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39. RV减速机摆线齿轮接触应力数值分析方法与试验

黄襄茂

中国机械工程 2023, 34 (24): 3015-3023. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.013

摘要（249）

PDF （8857KB）（144）

计及摆线齿轮齿面弹性变形及侧隙计算了在特定载荷下摆线齿轮齿面的有效接触区域及其周向载荷分布，利用力平衡方程和变形协调方程建立了摆线齿轮齿宽方向的接触应力数学模型并给出计算步骤和流程图。该数学模型为非线性方程组，通过求解该非线性方程组完成了摆线齿轮齿宽方向的接触应力分布和接触宽度的计算。利用接触应力数学模型及计算步骤仿真分析了摆线齿轮理想状态和安装误差的接触齿宽及接触应力分布, 结合试验和仿真结果验证所提方法的正确性和可行性。

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40. 激光辅助水射流微铣削单晶β-Ga2O3衬底的实验研究

田龙, 黄传真, 刘盾, 姚鹏, 刘含莲, 刘雪飞

中国机械工程 2023, 34 (13): 1559-1567. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.005

摘要（249）

PDF （7739KB）（178）

氧化镓（β-Ga2O3）是一种新型高性能半导体材料，由于其易解理、高脆性、导热性差和各向异性等特点，在传统的精密加工和激光加工过程中易产生微裂纹，这极大地制约了氧化镓单晶的应用。激光辅助水射流加工集成了激光加工效率高、精度高以及水射流加工不产生热损伤的优势，能实现硬脆材料的近无热损伤加工，在半导体晶圆加工领域具有良好的应用前景。对激光辅助水射流微铣削单晶β-Ga2O3衬底进行了全因素实验研究，结果表明，工艺参数对微槽深度和微槽底部表面粗糙度具有显著影响，通过工艺参数优化，激光辅助水射流加工能获得低表面损伤、底部平整且表面粗糙度低（Ra<1 μm）的微槽。

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