中国机械工程

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1. 面向智能制造的工业工程和精益管理

齐二石, 霍艳芳, 刘洪伟

中国机械工程 2022, 33 (21): 2521-2530. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.21.001

摘要（649）

PDF （4622KB）（370）

回顾了工业工程作为独立的一门工程学科诞生100多年来美日德等工业发达国家的发展路线，探讨了企业管理创新的规律性特征，得到智能制造同样需要工业工程/精益管理(IE/LM)提供管理支持的结论。按照智能制造项目周期，从基础准备、方案选择、融合发展等角度深入剖析了IE/LM在智能制造工程中的作用方式，给出了面向我国企业智能化转型的智能精益管理体系架构，结合案例阐释了智能精益融合的改善思路与方法。最后，结合我国的现实需求给出了面向中国企业转型升级的智能制造管理的关键技术。

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2. 钢轨打磨关键装备及磨石技术发展现状与展望

章武林, 樊小强, 朱旻昊, 段海涛

中国机械工程 2022, 33 (19): 2269-2287. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.001

摘要（493）

PDF （17216KB）（583）

概述了钢轨打磨策略、钢轨打磨技术，并对国内外砂轮式打磨（主动打磨、高速被动打磨）、铣磨等关键装备进行了综述。同时，对于与砂轮式打磨车相配套且起关键切削作用的磨石（砂轮），从组分、成形工艺、结构设计、磨削性能评价方法等方面进行了详细评述，总结出精细的配方设计、科学的评价体系标准等是高性能磨石研制所面临的主要挑战。最后，从绿色化、智能化、标准化等方面对未来磨石技术的发展方向进行了展望。

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3. 轴承沟道表面完整性研究进展

王东峰, 袁巨龙, 王燕霜, 程勇杰, 吕冰海

中国机械工程 2022, 33 (18): 2143-2160. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.001

摘要（350）

PDF （5702KB）（240）

改善沟道工作表面完整性是解决轴承可靠性寿命低、摩擦功耗高、振动噪声不稳定等技术难题的有效手段。在综合调研国内外学者对广义表面完整性研究的基础上，提出了轴承沟道表面完整性特征参数的定义和内涵，阐述了特征参数的意义及对轴承性能影响的机理，简述了轴承沟道表面加工技术的发展现状，详细分析了锻造、车削、热处理、磨削、超精加工等不同加工工艺对轴承沟道表面特征参数的影响规律，给出了相应的控制措施。最后，介绍了提高轴承工作表面完整性的新技术、新工艺、新方法，并对提高轴承沟道工作表面完整性技术进行了总结和展望。

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4. 具备温度感知的船用智能水润滑尾轴承设计及性能验证

薛恩驰, 郭智威, 袁成清,

中国机械工程 2022, 33 (14): 1639-1645. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.001

摘要（313）

PDF （3728KB）（150）

提出了一种船用智能水润滑尾轴承的创新设计方法，以此辅助船舶尾轴系统在苛刻环境下的运行状态监测与性能预测。基于微型嵌入式自供电监测系统和水润滑轴承结构与材料设计，实时采集与分析船舶航行中水润滑轴承的关键性能参数，实现其运行状态辨识、评估与寿命预测。以苛刻工况下轴承内部温度变化特性及其表征为例，利用CBZ-1摩擦磨损试验机进行智能水润滑尾轴承设计方案的可行性验证。试验结果表明，轴承内部温度可以很好地反映其润滑与工作状态，常温水润滑条件下，其初期升温速度为0.1~0.4 ℃/min、末期升温速度为0~0.01 ℃/min、平稳运行时温度为29~33 ℃，而在干摩擦条件下，以上三项数据分别为0.6~1.4 ℃/min、0.03~0.25 ℃/min、36~45 ℃。不同润滑状态下的巨大差异使得通过温度判断轴承润滑状态成为可能，温度监测的实现将大大提高水润滑轴承的可靠性。

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5. 极端环境表面工程及其共性科学问题研究进展

常可可, 陈雷雷, 周若男, 肖雪莲, 王方明, 王立平

中国机械工程 2022, 33 (12): 1388-1417. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.001

摘要（307）

PDF （51339KB）（306）

“三深一极”(深空、深海、深地、极地)典型极端环境的多因素强耦合作用，导致材料腐蚀、磨损、疲劳、断裂等多模式损伤失效共存，给机械系统的高精度、高可靠性和超长寿命服役带来了严峻挑战。表面工程技术是最有效的表面强化和延寿途径之一，相关方法和基础科学问题的研究是极端环境高安全、高可靠机械工程装备结构优化和材料设计的重要支撑。介绍了常用的表面工程技术方法及其在极端环境相关领域中的应用，分析了极端环境表面工程的共性基础科学问题，着重探讨了理论计算方法在解决问题中的实践，评述了极端环境表面工程的发展方向。

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6. 高强钢热冲压结构件三维激光切割回弹规律及精度补偿方法

李守港, 刘鹏, 刘祥, 胡志力,

中国机械工程 2022, 33 (22): 2741-2747. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.012

摘要（280）

PDF （7408KB）（32）

为了减小高强钢车身结构件三维激光切割过程中回弹缺陷对切割精度的影响，将热冲压后的高强钢车身构件应用于三维激光切割，研究其回弹特性。以某车型的高强钢车身结构件A柱为研究对象，利用有限元仿真软件AUTOFORM与ABAQUS分别建立了热冲压和激光切割有限元模型，通过数值模拟得到回弹值分布图，揭示了车身结构件在切割后轮廓的回弹规律。根据基于回弹预测的直接补偿方法对轮廓进行补偿以确定最佳切割轮廓，对A柱冲压半成品进行切割试验验证，试验结果表明，所提补偿方法能够将轮廓误差控制在公差范围内，轮廓误差减小约28.5%，型面回弹减小约38.3%，验证了该补偿方法的有效性。

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7. 浅层卷积神经网络融合Transformer的金属缺陷图像识别方法

唐东林, 杨洲, 程衡, 刘铭璇, 周立, 丁超

中国机械工程 2022, 33 (19): 2298-2305，2316. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.003

摘要（275）

PDF （8847KB）（157）

针对金属缺陷识别领域中传统深度学习方法存在参数量多、计算量大的问题，提出了一种浅层卷积神经网络融合Transformer模型的金属缺陷识别方法。利用浅层卷积神经网络学习图像局部信息与位置信息，通过Transformer学习图像全局信息，同时引入通道注意力模块SE关注重要特征通道，实现缺陷图像识别。通过引入公开缺陷数据集验证该方法的有效性，同时利用自建缺陷超声数据集验证所提方法的通用性。实验结果表明，在中小规模数据集上，该方法通用性较强，能够对金属缺陷图像进行有效识别。

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8. 谐波减速器加速寿命试验方法研究

王巧, 杜雪松, 宋朝省, 朱才朝, 孙健铨, 廖德林

中国机械工程 2022, 33 (19): 2317-2324. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.005

摘要（268）

PDF （5879KB）（113）

目前，工程中亟需一种谐波减速器加速寿命试验方法来替代全寿命试验，以减少试验周期和成本。基于加速寿命试验原理，提出了一种基于谐波减速器失效特性的恒定应力加速寿命试验方案，以谐波减速器最易发生失效的柔轮为对象，给出了确定失效判定、加速应力、加速系数、加速模型的方法。在小样本试验数据处理中，通过采用极大似然法和马尔科夫蒙特卡洛法得到了更为准确的威布尔分布参数估计。样机的实验结果表明该方案能有效描述谐波减速器的寿命，其基本额定寿命的可靠度评价标准比中位寿命的评价标准高出62%，有效地评估了谐波减速器的寿命指标，研究结果具有一定的工程应用价值。

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9. 超精密加工误差补偿技术研究综述

陈启迪, 胡小龙, 吝敏, 孙晓霞, 张涛, 周志雄

中国机械工程 2023, 34 (03): 253-268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.001

摘要（267）

PDF （8557KB）（209）

超精密加工技术是高端制造领域的一项关键技术，当前超精密加工已进入纳米尺度，掌握超精密加工误差控制关键技术、保障并提高数控机床的加工精度，已经成为提高加工制造水平的研究热点。系统总结了超精密加工误差补偿技术研究现状及发展趋势，重点介绍了对超精密加工影响最大的几何误差、力诱导误差、热诱导误差及其补偿方法。在此基础上，深入探讨了超精密加工在几何误差分离，切削力、热诱导误差测量与补偿等方面存在的一系列问题，进一步指出超精密加工误差补偿技术还应关注其向高效、高精，通用化，模块化，智能化及柔性化的发展方向。

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10. 2022年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述

叶鑫, 朱明亮, 黄志权,

中国机械工程 2023, 34 (04): 379-386. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.001

摘要（266）

PDF （2658KB）（140）

介绍了2022年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科（工程科学二处）科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况，阐述了学科在落实科学基金改革、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措，展望了2023年的主要工作。

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11. 湿式双离合器拖曳力矩算法及其应用

刘波, 张新桂, 石兴磊, 余子林, 钟振远, 李佳

中国机械工程 2022, 33 (15): 1882-1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.015

摘要（265）

PDF （5896KB）（58）

以某湿式双离合器总成为研究对象，分析了湿式双离合车辆在空挡（N挡）、驻车（P挡）怠速、蠕行过程中，离合器的输出扭矩变化机理；通过搭建输出扭矩的数学模型，得出了离合器片间隙润滑油膜的当量半径、峰值力矩、临界转速的理论计算公式，阐明了三者相互影响的动态关系；结合实验数据，论证了该模型的准确性，运用该模型可减小输出端扭矩波动、拖曳力矩和临界转速。

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12. 微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用

满佳, 华泽升, 夏荷, 李建勇, 李方义, 李剑峰,

中国机械工程 2022, 33 (15): 1857-1868. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.012

摘要（263）

PDF （9998KB）（49）

以微流控技术为研究对象，介绍了微流控芯片的制备材料及工艺，阐述了微流控技术在生命科学交叉领域的应用，主要从生物检测、体外结构仿生制造及可控释放的药物载体制备三方面展开介绍；从芯片结构设计及制备、功能模块集成、过程调控等方面入手，探讨了所涉及的关键技术；展望了微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用前景。

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13. 激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响

周嘉利, 程延海, 陈永雄, 梁秀兵, 白成杰, 杜望

中国机械工程 2022, 33 (12): 1418-1426，1434. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.002

摘要（256）

PDF （13411KB）（274）

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化，进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题，对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层，并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布，探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明：涂层表面和内部为残余压应力，在涂层基体熔合线处残余应力发生突变，热影响区表现为残余拉应力；激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响，当激光扫描路径为轮廓偏置式、激光功率为1.8 kW、扫描速度为0.02 m/s时，涂层具有最优的残余应力分布和成形质量；残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。

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14. 工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法

卢成伟, 钱博增, 王慧敏, 项四通

中国机械工程 2022, 33 (14): 1646-1653. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.002

摘要（253）

PDF （5495KB）（194）

提出了工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法，将复杂工件进行特征分解，通过灵敏度分析辨识工件分特征下的关键几何误差并补偿，从而提高工件整体加工精度。以某一复杂工件为例，首先，将其分解为平面、斜面、圆柱和圆锥台四个典型特征；然后，基于灵敏度分析分别辨识出各典型特征对应的关键几何误差；最后，分特征地进行误差补偿。在AC双转台五轴数控机床上进行了实验验证，实验结果表明，辨识得到的关键几何误差灵敏度系数之和占比均大于90%，补偿后工件四个典型特征的加工精度提高了20%~30%。研究结果表明，所提方法能有效辨识不同工件分特征下的关键几何误差，从而提高复杂工件的加工精度。

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15. 基于修正Preston方程的百页轮抛光材料去除深度建模

张军锋, 史耀耀, 蔺小军, 吴晓君

中国机械工程 2022, 33 (22): 2711-2716. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.008

摘要（248）

PDF （4289KB）（63）

由于百页轮具有一定的柔性，故实际材料去除深度与名义抛光深度不一致，直接影响抛光效率及表面质量的控制。基于Hertz弹性接触理论建立了抛光接触区抛光压力和切削速度分布函数，并依据修正的Preston方程建立了材料去除深度模型，据此确定了影响材料去除深度的关键抛光工艺参数(磨粒粒度、主轴转速、百页轮变形量和进给速度)，获得了百页轮抛光接触区的材料去除深度分布规律和关键抛光工艺参数对材料去除深度的影响规律。最后，通过模拟仿真和抛光实验验证了所建模型和影响规律的正确性，结果表明，该模型可以较好地预测百页轮柔性抛光的材料去除深度。

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16. 数字孪生车间机器人虚实驱动系统构建方法

刘怀兰, 赵文杰, 李世壮, 岳鹏, 马宝瑞

中国机械工程 2022, 33 (21): 2623-2632. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.21.011

摘要（242）

PDF （2935KB）（170）

针对目前数字孪生车间构建中工业机器人等虚拟实体建模复杂、开发周期长等问题，提出了一种数字孪生车间工业机器人虚实驱动系统的模块化构建方法，即将虚实驱动系统分为设置模型参数的交互层和按功能需求设计配置的控制层，然后将实体工业机器人等抽象为单功能原子模型耦合而成的仿真模型。模块化分层构建虚实驱动系统的方法能快速有效地实现工业机器人等数字孪生虚拟实体的建模，以及工业机器人在虚拟空间中的仿真运行模拟和虚实同步运行。

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17. 极端环境表面工程专辑

中国机械工程 2022, 33 (12): 1-.

摘要（241）

PDF （181211KB）（519）

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18. 小轴交角面齿轮副齿面展成与啮合特性分析

周如传, 吴文敏, 冯曼曼, 郭辉, 蔺彦虎

中国机械工程 2023, 34 (06): 631-640. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.001

摘要（237）

PDF （6100KB）（170）

为了增强直升机传动系统中小角度齿轮传动副的啮合性能，对小轴交角面齿轮副进行齿面几何与啮合特性研究。建立了小轴交角面齿轮副展成坐标系，并基于齿轮啮合原理推导了其齿面方程。基于蜗杆推导了拓扑修形的圆柱齿轮齿面方程，并将该圆柱齿轮应用到小轴交角面齿轮副中。进行了轮齿接触分析，并研究了安装误差对啮合的影响规律。为评价小轴交角面齿轮副的传动性能，进行了应力计算分析，并与锥形渐开线-圆柱齿轮副进行了对比。研究结果表明：相对于圆柱齿轮齿向修形，拓扑修形可有效避免小轴交角面齿轮副的边缘接触，减小接触应力和弯曲应力；相同参数下，小轴交角面齿轮副的接触应力和弯曲应力均比锥形渐开线齿轮-圆柱齿轮副小约27%。

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19. 基于运动性能分析的仿人机械臂尺度优化

孙鹏, 李研彪, 张聪, 单晓杭, 岳义, 韦宝琛

中国机械工程 2022, 33 (19): 2331-2340. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.007

摘要（235）

PDF （10626KB）（301）

针对多关节串联机构耦合影响末端执行器运动性能的问题，分析了串并混联机构的运动特性，提出了实现可视化设计的多参数平面模型。基于旋量理论，分别建立了串联、并联关节的运动传递矩阵，并设定了相应性能指标。在此基础上，根据多参数平面模型，通过三维可视化图形，进一步揭示了参数尺度、关节转角空间、性能指标之间的耦合关系，最终确定了参数取值、关节的优质转角范围和指标分布情况。优化结果表明：肩关节、腕关节的全域性能指标分别为0.78、0.67，肘关节的全域条件数为2.38。该混联构型具有与人体手臂关节相类似的功能，可充分发挥串联、并联机构的综合优势。

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20. Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具裂纹愈合性能研究

张帅, 陈照强, 肖光春, 衣明东, 张静婕, 周婷婷, 许崇海

中国机械工程 2022, 33 (19): 2288-2297. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.002

摘要（235）

PDF （14085KB）（188）

针对陶瓷刀具对裂纹敏感的问题，在Si3N4/TiC陶瓷刀具材料基体中添加ZrSi2裂纹愈合剂，使陶瓷刀具具有了裂纹自愈合能力。当ZrSi2的体积分数为10%时，Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具材料具有较好的综合性能，其抗弯强度为815 MPa，断裂韧性为8.06 MPa·m1/2，维氏硬度为15.91 GPa，并且其相对密度可以达到99.72%。通过维氏硬度计在陶瓷刀具材料表面引入裂纹，研究了以ZrSi2为愈合剂的Si3N4/TiC基陶瓷材料裂纹的最佳愈合参数和愈合机理。研究表明：添加ZrSi2体积分数为10%的Si3N4/TiC/ZrSi2预制裂纹试样，在空气气氛中800 ℃热处理60 min后，其抗弯强度可以恢复到光滑试样的92.02%，试样表面长度为300～350 μm的裂纹完全愈合，并且试样表面形成了一层以ZrO2和SiO2为主要成分的氧化层。分析陶瓷刀具材料的裂纹愈合机理表明：在空气热处理过程中，部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2优先与氧气发生反应生成ZrO2、SiO2，这两种氧化物愈合了材料表面的裂纹，恢复了裂纹试样的强度。同时在切削过程中，部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2的氧化产物ZrO2和SiO2 可以及时修复裂纹，提高刀具的耐磨性。

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21. 新型涡流槽密封泄漏特性与动力特性研究

姜金裕, 孙丹, 赵欢, 张国臣, 李玉, 温帅方

中国机械工程 2022, 33 (19): 2306-2316. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.004

摘要（233）

PDF （13329KB）（100）

提出一种密封入口周向均匀设置有涡流槽的新型密封结构，建立了传统迷宫密封与新型涡流槽密封泄漏特性及动力特性求解模型，在实验验证数值计算方法准确性的基础上，通过比较分析了传统迷宫密封与新型涡流槽密封在不同进出口压比、预旋比工况下的泄漏特性与动力特性，研究了新型涡流槽结构对密封泄漏特性及动力特性的影响机理。研究结果表明：随着涡流槽数量的增加，涡流槽密封的泄漏量逐渐降低；在同一压比下，不同涡流槽数新型密封的泄漏量之间差值随着压比的增大而增大。当压比为6时，64涡流槽的新型密封较传统迷宫密封，泄漏量下降了3.37%；在高预旋比的工况下，不同涡流槽数量密封的切向气流力均与转子涡动方向相反，起到抑制转子涡动的作用，且随着涡流槽数量的增加，切向气流力也随着增大；随着转子涡动频率的增大，三种不同涡流槽数量密封的交叉刚度先减小到负值然后增大到正值。涡流槽密封的有效阻尼均高于传统迷宫密封，新型涡流槽密封可以提高转子系统的稳定性。

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22. 织构化可控界面对汽轮机调节阀泄漏影响规律及机制

廖毅弘, 张桂明, 许静

中国机械工程 2022, 33 (12): 1427-1434. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.003

摘要（228）

PDF （5452KB）（96）

基于流体润滑理论，应用有限元法计算了汽轮机调节阀压力分布及泄漏量，分析了织构化可控界面对调节阀泄漏影响的规律，明确了织构化调节阀的作用机理，实现了界面调控。结果表明：所设计的亲水、疏水织构满足预期的润湿性能；微凹坑流体动压润滑效果较差，动压平衡织构具备动压楔形效应，存在明显的涡流，有效改善了阀杆阀套间隙动压润滑效应，但动压平衡织构增大了上下壁面的联通面积，不利于密封。织构的减漏率影响从大到小依次为：疏水织构、组合织构、亲水织构、动压平衡织构。当调节阀所受压力超过3.5 MPa时，减漏率变化变得平缓。动压效应、密封坝效应以及凹槽内涡流能量交换与能量耗散的协同，使得组合织构在提高阀杆稳定性及降低泄漏方面优于其他织构。

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23. 面向核心问题的系统原因识别方法与创新设计研究

杨桄, 李文强, 万昌富,

中国机械工程 2022, 33 (15): 1810-1820. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.007

摘要（228）

PDF （6499KB）（66）

针对传统的创新设计方法在解决多冲突问题时，通常只能解决某一对冲突的现状，提出一种面向核心问题的系统原因识别方法，该方法可实现对多冲突问题的求解。通过质量屋获得产品设计中的冲突关系并从中选取核心问题，采用根因分析法获得各核心问题的系统原因；建立核心问题与系统原因间的关系网络图，采用最佳最差法获得各系统原因的重要度并依次开展创新设计；通过对系统原因的求解从而实现对多组冲突问题的求解。以浮置板隔振器设计为例，验证了该方法的可行性与有效性。

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24. 航空发动机套齿连接结构刚度特性仿真分析及试验研究

李伦绪, 陈果, 杨默晗

中国机械工程 2022, 33 (18): 2249-2257. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.012

摘要（227）

PDF （8900KB）（90）

以航空发动机低压转子套齿连接结构为研究对象，分析了套齿连接结构弯曲刚度非线性特征及其产生机理，建立了考虑齿面接触的套齿连接结构实体有限元模型，进行了套齿连接结构静刚度试验，通过仿真和试验研究了套齿连接结构刚度非线性变化规律，讨论了配合间隙、拧紧力矩和扭矩对弯曲刚度的影响规律。研究结果表明，由于定位面的接触状态和受力情况不同，套齿连接结构的弯曲刚度变化主要分为两个阶段，具有分段非线性特征;套齿连接结构弯曲刚度对定位面的配合间隙较为敏感，减小定位面配合间隙可以有效提高结构的弯曲刚度；拧紧力矩对弯曲刚度的影响较小；在小载荷状态下，扭矩对弯曲刚度的影响十分明显。

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25. MoS2/WS2复合薄膜的环境适应性和摩擦学性能

范昕, 任思明, 王海新, 蒲吉斌

中国机械工程 2022, 33 (12): 1468-1476. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.008

摘要（222）

PDF （20638KB）（33）

湿热大气环境对MoS2润滑薄膜的摩擦学性能有严重的劣化作用。采用非平衡磁控溅射技术成功制备了WS2掺杂MoS2复合薄膜，研究发现，MoS2基体中掺入少量WS2可以诱导MoS2沿（002）晶面择优生长，薄膜结构变得更加致密，显著抑制腐蚀介质的渗透和扩散，使MoS2/WS2复合薄膜展现出高盐雾耐蚀性、小摩擦因数和低磨损率。成分优化的MoS2-1.6%WS2（原子分数）复合薄膜在经历4天的盐雾试验后仅表层被氧化，仍能保持0.16的小摩擦因数和3.80 × 10-6 mm3/（N·m）的低磨损率。

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26. 多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法

陈东宁, 胡彦龙, 姚成玉, 王宽通, 马雷,

中国机械工程 2022, 33 (19): 2340-2346. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.008

摘要（221）

PDF （4440KB）（82）

贝叶斯网络分析方法是可靠性分析的重要方法，但传统贝叶斯网络分析方法局限于分析单因素影响，当系统可靠性受多因素影响时会产生较大分析偏差。为此，提出多维动态贝叶斯网络分析方法，借助单位阶跃函数与冲激函数进行贝叶斯网络时间连续化构造，建立根节点受多因素影响时系统的失效概率分布函数。在此基础上，对传统重要度分析方法进行多维扩展，提出多维动态贝叶斯网络重要度分析方法。通过对斗轮机张紧机构液压系统进行工程实例分析，并与离散时间贝叶斯网络分析方法分析结果对比，验证了多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法的可行性和优越性，为系统改进与薄弱环节识别提供了更为准确的量化依据。

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27. 基于多传感器信息融合的车辆高精度定位技术

师小波, 赵丁选, 孔志飞, 倪涛, 赵小龙, 郭庆贺

中国机械工程 2022, 33 (19): 2381-2387. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.013

摘要（220）

PDF （3204KB）（121）

为解决多轴应急救援车辆在复杂环境行驶时的定位误差问题，设计了一种基于多信息融合的组合定位系统，该定位系统主要由前端里程计和后端优化模型组成。首先完成三轴车运动学建模，推导出基于惯性测量单元的运动学预测方程和基于全球定位系统的运动学观测方程，通过Kalman滤波器进行状态更新，完成前端里程计的构建；然后设计了基于迭代最近点匹配算法的外参标定工具，并构建了特征点云匹配模型，完成后端模型优化；最后进行了仿真与实验，研究结果表明，该系统定位误差为±3.45 cm，角度误差为±0.10°，准确性、稳定性均得到了很大的提高。

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28. 航空涡轮轴发动机复杂转子的动力学建模方法

王龙凯, 王艾伦, 尹伊君, 金淼, 衡星

中国机械工程 2022, 33 (13): 1513-1520. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.001

摘要（219）

PDF （6544KB）（240）

为建立涡轮轴发动机复杂转子的动力学模型，基于有限元法和分段线性拟合，采用子结构法对复杂结构进行建模，在对系统自由度进行缩减后，推导出转子系统的运动方程。采用理论分析和试验验证了模型的有效性，分析了燃气发生器转子的振动特性。研究结果表明：建立的模型能显著降低整个系统的复杂度，在保证求解精度前提下，可大幅缩短求解时间。

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29. 一种基于数字孪生的重型数控机床碰撞检测方法

江雪梅, 袁子航, 娄平, 张小梅, 严俊伟, 胡辑伟,

中国机械工程 2022, 33 (22): 2647-2654，2663. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.001

摘要（219）

PDF （10716KB）（130）

目前数控机床碰撞检测通常利用系统的仿真功能对加工G代码进行检测，仅考虑数控机床加工过程中加工轨迹上刀具与理想状况下的工作台、夹具之间是否有干涉现象，难以满足开放式重型数控机床动态的加工环境、装夹方式以及刀具尺寸变化等实际情况。将数字孪生引入重型数控机床碰撞检测，构建了感知演化预测反馈的碰撞检测框架，即通过构建数控机床的数字孪生体，动态感知工件、夹具、刀具等加工要素，并感知数据驱动孪生模型演化，从而预测数控机床加工过程中潜在的干涉现象，提高了机床加工效率，避免加工过程的潜在危害。将所提方法应用于重型数控龙门镗铣机床ZK5520的碰撞检测，证明了其有效性与可行性。

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30. 水陆两栖六足机器人的设计与性能评估

王宇, 周爽, 李亚鑫

中国机械工程 2022, 33 (17): 2079-2086. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.009

摘要（218）

PDF （7080KB）（122）

为提高机器人两栖环境下的运动性能，同时降低其运动机构在水陆间切换的机械复杂性与控制难度，提出了一款复合运动肢的水陆两栖六足机器人。对机器人进行陆地和水下的运动规划，解决了机器人适应不同坡度斜坡地形的稳定性问题；通过配置矢量推进器的位姿，实现了机器人多自由度的水下运动。ADAMS下机器人爬行运动的仿真结果在验证机械设计合理的前提下也表明机器人在不同坡度的斜坡爬行具有较好的稳定性。为进一步评估机器人的运动性能，搭建了机器人样机，在测试机器人斜坡爬行性能的同时，验证了机器人在水下可实现包括直行、旋转、上浮和下潜的多自由度运动。实验结果表明，机器人在陆地与水下均具有良好的运动性能。

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31. 成形法双面磨削拓扑修形误差齿面对齿轮传动的影响

李彦, 汪中厚, 刘雷, 刁鑫伟, 王学军

中国机械工程 2022, 33 (14): 1661-1669,1679. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.004

摘要（214）

PDF （8340KB）（66）

附加径向运动方式的斜齿轮双面磨削方法具有小批量多品种加工的特性与机构可靠的优点，但在加工时会出现无法避免的齿面扭曲现象，导致加工齿面与理论齿面存在原理性误差，针对该现象对斜齿轮性能的影响进行了量化研究。以数值方法计算得到双面磨削方法的误差齿面模型，将该误差齿面与理论齿面进行对比,采用齿面接触分析方法（TCA）计算获得不同齿面下的传动误差和接触斑点。结果表明，齿形扭曲对左齿面性能影响较小，左齿面可基本实现理论修形效果，齿向扭曲现象导致右齿面性能发生了明显劣化；合适的修形方式与轴交角可以使左右齿面传动误差差异缩小在15%左右。

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32. 抗水氧腐蚀致密环境障涂层研究进展

董琳, 杨冠军, 张小锋, 刘梅军, 周克崧, 李璞, 朱昌发, 徐向毅, 刘坤

中国机械工程 2022, 33 (12): 1459-1467. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.007

摘要（213）

PDF （8550KB）（60）

环境障涂层（EBCs）涂敷在碳化硅陶瓷基复合材料（SiC-CMCs）表面，能够有效隔绝发动机腐蚀环境，避免基体的快速腐蚀失效，成为SiC-CMCs材料在航空航天发动机热端部件应用的关键。然而，涂层内不可避免地存在贯通孔隙，导致EBCs在发动机高温水氧环境下快速腐蚀失效。从EBCs材料特性、制备工艺及工艺参数等方面总结了国内外研究进展，阐述了孔隙结构对涂层抗高温水氧腐蚀性能的影响规律，分析了等离子体法制备的涂层中孔隙的形成机制，总结了提高涂层致密性的方法，并展望了获得高抗水氧腐蚀的致密EBCs的后续重点研究方向。

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33. 一种基于工具坐标系的机器人运动学参数标定方法

高文斌, 褚亚杰, 余晓流,

中国机械工程 2022, 33 (18): 2183-2189. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.004

摘要（213）

PDF （4758KB）（105）

机器人末端执行器位姿误差在基础坐标系中表示时，误差模型中包含姿态误差与位置矢量的乘积项，影响了参数标定识别精度。以工具坐标系为参考系，给出一种基于指数积公式包含关节约束条件的机器人位姿误差标定模型，避免了姿态误差与位置矢量的乘积项对参数标定识别精度的影响。以UR5机器人为标定对象，采用LeciaAT960-MR激光跟踪仪为测量设备，进行参数标定试验。试验结果表明，经参数标定后UR5机器人位置误差模和姿态误差模的平均值分别减小了91.07%和89.16%。

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34. 基于增材制造各向异性的强度约束拓扑优化

何智成, 杨丁丁, 姜潮, 伍毅, 江和昕

中国机械工程 2022, 33 (19): 2372-2380，2393. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.012

摘要（213）

PDF （6452KB）（110）

增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能，为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求，提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数，通过权重因子构建了包含失效系数约束的目标函数。详细求解了优化灵敏度公式，并采用敏度归一化等数值方法稳定优化历程。典型算例表明，所提方法可有效抑制高失效风险区域以保证结构强度，且在材料各向异性强度假设下可获得更优于von-Mesis应力相关设计的结果。此外，优化结果高度依赖于各向异性程度与材料堆叠角度参数的变化，因此合理的调整将有助于优化结构性能。

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35. 电弧铣削加工间隙电压预测模型的建立与研究

张瑾, 韩福柱,

中国机械工程 2022, 33 (16): 1891-1896. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.001

摘要（212）

PDF （4167KB）（107）

针对电弧铣削加工过程中极间间隙难以直接测量的问题，通过极间间隙电压的变化判断极间间隙的变化，采用系统辨识理论确定间隙电压预测模型的结构和模型参数，对该预测模型的建立方法进行了详细阐述，对预测模型的拟合程度进行了实验验证。实验结果表明，预测模型的拟合精度随着拟合时间的延长而降低，因此，采用递推最小二乘方法进行间隙电压的在线预测，在线预测的平均误差为6.82%，结果表明所建模型能够稳定、有效地超前一步预测间隙电压，并且模型在线辨识的参数少，模型预测的精度高。

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36. 双支链六自由度并联机构尺度设计与性能分析

谢志江, 程清, 丁军, 何苗, 范乃吉, 吴小勇

中国机械工程 2022, 33 (14): 1680-1690. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.006

摘要（209）

PDF （11334KB）（126）

提出了一种新型六自由度并联机构，该机构由两条运动支链组成，每条支链各包含一个主动球副。与常规六自由度并联机构相比，支链数目的减少可有效增大机构工作空间。基于封闭矢量法求得所提机构的运动学位置逆解，在此基础上分析了机构输入与输出的速度映射关系，建立了机构雅可比矩阵。以工作空间和全域灵巧度为性能评价指标，借助性能图谱法完成了机构尺度设计，基于该尺度参数，对特定工作姿态下的工作空间、灵巧度、承载性能及刚度性能进行了全面研究。最后，搭建了3D打印样机，并对其典型应用场景进行了分析。

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37. 一类1T2R并联机构拓扑结构综合及优选

汪满新, 李兰彬, 李正亮, 刘海涛, 黄田

中国机械工程 2022, 33 (20): 2395-2402. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.20.001

摘要（209）

PDF （6266KB）（130）

研究了一类1T2R并联机构拓扑结构综合和优选。应用平面机构的组成原理和约束特性，将1T2R并联机构拓扑结构视为由一条串接一转动副的1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成。统筹考虑机构位姿能力恰当性、支链结构力学合理性、机器人模块可重构性、位置逆解简易性和动平台结构紧凑性等准则，完成1T2R并联机构拓扑结构优选及性能验证。在此基础上，提出一种可继承Tricept机器人优点的新型五自由度混联机器人模块，该模块具有与Tricept机器人完全相同的运动学性能，且绝大部分部件可与Tricept机器人互换。

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38. 基于数字孪生的电主轴热特性研究

徐荣飞, 范开国

中国机械工程 2022, 33 (16): 1965-1971. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.010

摘要（209）

PDF （5079KB）（126）

为提高热特性有限元分析精度，提出了基于数字孪生的电主轴热特性分析方法。搭建基于IoT数据采集系统的电主轴热特性数字孪生物理空间，设计开发基于Java、ANSYS、MATLAB联合编程的热特性数字孪生系统，提出了基于关键测温点温度的热边界条件修正模型，实现了物理空间与虚拟空间的数据映射及热特性数字孪生。实验结果表明，热特性数字孪生体的温度精度达98%，热变形精度达95%，有效提高了热特性有限元分析精度。

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39. 基于改进非支配排序遗传算法的多目标柔性作业车间低碳调度

姜一啸, 吉卫喜, 何鑫, 苏璇

中国机械工程 2022, 33 (21): 2564-2577. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.21.006

摘要（208）

PDF （6637KB）（120）

为解决以设备能耗、刀具磨损和切削液消耗为碳排放来源，能耗和人工费用为加工成本的多目标柔性作业车间低碳调度问题，建立以最小化碳排放量、最长完工时间和加工成本为目标的低碳调度模型，提出一种改进带精英策略的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）并进行求解。首先通过基于Tent混沌映射的编码与融合了层次分析法（AHP）的贪婪解码来动态调整染色体组成，提高初始种群质量；然后提出了一种基于遗传参数的自适应遗传策略，根据种群进化阶段与种群非支配状态动态调整交叉、变异率；最后设计了一种基于外部档案集的改进精英保留策略，提高了算法后期的种群多样性并保留了进化过程中的优质个体。通过标准调度算例与实际案例验证了改进算法的有效性。

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40. 弱刚性构件磁流变抛光变形机理与抑制技术研究

潘博, 康仁科, 贺增旭, 李凯隆, 张云飞, 黄文, 郭江

中国机械工程 2022, 33 (18): 2190-2196. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.005

摘要（207）

PDF （5442KB）（69）

弱刚性平面构件对应力极其敏感，加工后平面度难以保证，为解决该问题，提出通过磁流变抛光工艺改善工件的平面度。通过有限元仿真，阐明弱刚性构件磁流变抛光变形的机理，提出残余应力的不对称释放是造成工件变形的主要原因，并建立加工过程中工件变形预测模型。仿真结果表明，采用单面加工时，变形为9.5 μm；采用翻面加工时，变形为0.7 μm。根据仿真中工件变形的情况，提出了翻面加工的策略，并通过实验进行验证。实验结果表明，单面加工时，工件变形严重，而采用翻面加工时，变形会产生回复现象，从而使得工件平面度得到有效收敛。进而，提出了弱刚性构件磁流变修形抑制技术，即通过翻面等量材料去除实现工件表面残余应力的对称释放，并在200 mm、厚2 mm的纯铜弱刚性平面构件上应用该技术，两个面的平面度PV值分别从4.6 μm和5.9 μm降低到2.0 μm。

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