中国机械工程

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1. γ-TiAl合金的加工特性及能场辅助技术研究进展

范滔1, 2, 姚倡锋1, 2, 谭靓1, 2

中国机械工程 2025, 36 (04): 636-645. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.001

摘要（1502）

PDF（pc）（25931KB）（73）

γ-TiAl合金密度小、比强度高，具有优异的高温抗氧化性能，在航空航天领域有着广泛的应用潜力，然而，由于其高脆性和低室温塑性，被认为是典型的难加工材料，加工过程中存在高切削力、快速刀具磨损和表面缺陷等挑战。近年来，能场辅助加工技术为解决这些问题提供了新的思路。系统分析了γ-TiAl合金的材料特性、加工特性及表面完整性，并重点探讨了能场辅助加工技术的研究进展，包括在减小切削力、延长刀具寿命及提升表面质量中的应用效果。同时梳理了当前研究的局限性，并提出了未来发展趋势，以期为γ-TiAl合金的高效加工提供理论与技术参考。

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2. 强迫定位装夹对航空复合材料构件几何物理装配性能的影响与协同保障

郭飞燕1, 张永亮2, 刘嘉良1, 张辉2

中国机械工程 2025, 36 (04): 655-670. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.002

摘要（1343）

PDF（pc）（7015KB）（64）

航空用复合材料大尺寸薄壁构件自身成形精度较低、面内翘曲变形大，装配误差累积易在配合连接部位出现不期望的几何间隙与外形超差，在工程中通常采取施加局部装夹力的强迫方式予以被动消减，但此种方法会引发不均衡的装配内应力分布甚至内部损伤等质量问题，直接影响装配结构的飞行服役性能。首先阐述强迫定位装夹原理，解析强迫定位装夹对复合材料弱刚性薄壁件装配几何精度与内应力/损伤等物理性能的影响规律；然后，从分析装配前的强迫装夹工艺参数优化、装配中的工装柔性定位力位调整两方面出发，解析强迫装配力限值设定、几何间隙消减、应力/损伤演化预测、装夹工艺参数优化反求、应力/损伤精准测量等关键技术及其具体实现步骤方法，以实现强迫定位装夹过程中装配变形、内应力和损伤状态等形性指标的耦合分析、主动控制与协同保障；最后，从实际工程应用的角度出发，提出面向复合材料构件高质高效与低成本装配目标的下一步工作重点。

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3. 纳米碳球切削液的润滑性能及机理研究

孙浩1, 蓝启鑫2, 姚斌2, 芦晶晶1, 张金辉2, 潘志榕2, 赵珂馨2

中国机械工程 2025, 36 (04): 715-723. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.008

摘要（1304）

PDF（pc）（8056KB）（28）

探究了纳米碳球切削液应用于难加工航空齿轮钢（15Cr14Co12Mo5Ni2W）切削中纳米碳球粒子对切削液的润滑增强作用。首先构建了金属切削的切削力模型，分析了切削润滑与切削力的关系；进一步，联合摩擦磨损试验和铣削试验，从摩擦因数、磨损量、摩擦表面质量和切削力等方面分析了纳米碳球切削液的润滑性能表现。相比于基础切削液，纳米碳球切削液（纳米碳球质量分数为0.02%）作用下的难加工齿轮钢铣削力减小了10%以上，表面粗糙度减小了15%以上。试验观测结果显示，摩擦接触面上的纳米碳球粒子更容易吸附在表面自由能大的微尖峰区域，并形成一层纳米碳球吸附膜；纳米碳球粒子可以在摩擦界面发挥“微轴承”减摩作用。

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4. 基于离散点云构造径向线的螺旋加工轨迹规划方法

吴江盛, 柴兴亮, 薄其乐, 刘海波, 王永青

中国机械工程 2025, 36 (04): 697-702,714. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.006

摘要（1142）

PDF（pc）（7105KB）（33）

针对基于离散点云难以直接生成高效准确的连续光滑刀位轨迹的问题，提出了在点云上直接构造径向线的方法，通过径向线插值生成螺旋加工轨迹。对于径向线构造，提出了基于特征描述子边界识别方法，提取边界点作为径向线两端点；以点云上两端点之间最优离散测地线作为径向线点集，提出了离散测地线曲率最小化问题，并通过牛顿迭代法求解该问题。在径向线点集的基础上，采用B样条曲线拟合并根据残留高度进行了重采样；提出了径向线插值算法，生成了等残留高度的螺旋加工轨迹。最后，通过实例验证了该方法的有效性，可通过点云数据直接生成螺旋刀位轨迹。

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5. 航空发动机精锻叶片榫头加工夹具设计

张申1, 梁嘉炜2, 吴动波3, 王辉4, 赵兵1, 许立君5, 周奋5

中国机械工程 2025, 36 (04): 703-714. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.007

摘要（1038）

PDF（pc）（9510KB）（52）

航空发动机精锻叶片是典型的复杂曲面薄壁零件，对叶片榫头进行铣削加工时，不仅定位困难而且极易产生变形和振动。针对上述问题，提出了精锻叶片多点夹紧的夹具设计方法，并设计了一种低应力硬装夹工装夹具。利用静力学分析对装夹位置进行优化，对仿形元件材料进行选取，对装夹方式进行优化。通过模态测试试验和振动测试试验测试夹具效果。试验结果表明，采用仿形元件后，系统的低频段幅值减小了50%，高频段幅值减小了75%，一阶共振频率由210 Hz提高至402 Hz，峰值下阻尼比由17.4%提高至25.9%，振动位移信号有效值减小了35%，加工误差范围减小了59%。

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6. 基于模糊线性自抗扰的薄壁件机器人铣削切深控制

石龙, 周鹤翔, 李洲龙

中国机械工程 2025, 36 (04): 671-680. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.003

摘要（946）

PDF（pc）（8675KB）（56）

弱刚性的大型薄壁零件在机器人减薄加工过程中会出现较大的变形和振动，使得工件表面加工质量下降，剩余壁厚精度难以保证。为此，采用音圈电机驱动的随动支撑头进行振动和变形抑制，并提出了基于模糊线性自抗扰控制（FLADRC）的薄壁件机器人铣削切深控制策略。为验证该控制策略的有效性，首先采用MATLAB/Simulink仿真实验平台建立系统控制模型并进行了仿真分析，然后在薄壁件机器人铣削实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明，基于随动支撑头的切深控制策略能够显著抑制薄壁件加工过程中的振动和变形，并有效保证剩余壁厚的精度。此外，相较于传统的模糊PID（FPID）控制，模糊线性自抗扰控制器具有更好的控制效果，在外部干扰的情况下表现出更好的鲁棒性。

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7. 基于参数映射的开式整体叶盘流道铣削路径生成方法

韩江1, 2, 张文强1, 2, 田晓青1, 2, 夏链1, 2

中国机械工程 2025, 36 (04): 688-696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.005

摘要（883）

PDF（pc）（9035KB）（30）

针对整体叶盘类零件流道的粗加工问题，提出了一种变层厚曲面分层的加工策略，并根据整体叶盘类零件流道宽度变化的特点，在任一切削层曲面，利用测地偏移原理确定流道两侧刀具路径边界，确定步长和路径条数，提出了一种沿着流道纵向铣削的走刀路径规划方法。计算了流道边界的刀轴矢量，利用四元数插值计算流道边界中间刀位点的刀轴矢量。计算结果表明，与常规采用叶盘轮毂回转面偏置或叶盘包覆回转面偏置的均匀分层法相比，变层厚曲面分层法可更好地适应包覆回转面至轮毂回转面的曲面变化，保证叶片表面质量，且加工后叶片表面余量较为均匀。最后通过加工实例验证了算法的可行性。

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8. 大功率风机主轴滑动轴承研究现状及发展趋势

朱才朝1, 张荣华1, 宋朝省1, 谭建军1, 杨亮2

中国机械工程 2024, 35 (10): 1711-1721. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.001

摘要（808）

PDF（pc）（4422KB）（454）

风电机组大型化步伐加快，核心零部件的可靠性对风机运行的影响越来越大。滑动轴承具有高承载、长寿命、易维护、可扩展、小体积等优点，对风机主轴承关键零部件的国产安全可靠替代水平提高具有显著作用和很大潜力。分析了大功率风机主轴滚动轴承存在的问题与主轴应用滑动轴承的优势，并详细论述了风机主轴滑动轴承设计、材料、润滑、试验验证等多方面的技术方法和应用现状，总结了大功率风机主轴滑动轴承存在的问题及未来的发展趋势，为大功率风电主轴承数字化设计与产业发展提供参考。

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9. 不等前角变螺旋圆弧立铣刀瞬时铣削力建模与系数标定方法

齐书韬, 李佳奇, 郑书材, 徐金亭, 孙玉文

中国机械工程 2025, 36 (04): 681-687,696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.004

摘要（807）

PDF（pc）（5531KB）（29）

不等前角变螺旋立铣刀可有效抑制加工颤振，提高加工表面质量，并可有效降低刀具崩刃风险，然而，因各齿刀刃几何参数各异，现有模型已难以实现其切削力的准确预测，为此，提出了不等前角变螺旋圆弧立铣刀的切削力精确建模与系数标定新方法。给出了变螺旋圆弧立铣刀切削刃的几何及位置关系表达式，建立了考虑刀具跳动和各齿刃形变化的瞬时未变形切屑厚度计算模型和微元切削力预测模型；提出了切削力系数与跳动参数并行标定的非线性优化方法，并基于线性最小二乘法及斜角切削理论给出了模型参数初值的高效求解算法。实验结果表明，切削力预测的幅值与波形与实测结果具有很好的一致性，预测误差在15%以内，验证了所提方法的有效性。

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10. 薄壁构件渐进式电磁成形技术研究进展

程啸1, 李瑞2, 邹贵生2, 林俊峰1, 3, 于海平1, 3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2092-2105. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.001

摘要（683）

PDF（pc）（12617KB）（134）

随着我国高端制造业的发展，航空航天等众多工业领域对薄壁构件的需求急剧增加。传统的电磁成形凭借其高速率成形特性，已成功应用于某些关键轻质材料薄壁构件的生产制造中，但受到成形线圈和放电设备的限制，难以加工大尺寸、结构复杂的零件。近十几年来，渐进式电磁成形技术逐渐被开发，并应用于大型薄壁构件的加工中，在此期间大量研究成果也随之涌现。在简述电磁成形技术原理及特点的基础上，按照工艺形式将现有渐进式电磁成形技术划分为两大类：渐进式电磁复合成形和渐进式电磁直接成形；针对每类工艺从基本原理、技术方案以及应用成果等方面进行了研究现状阐述；分析了渐进式电磁成形技术目前存在的主要问题，并对渐进式电磁成形技术的未来发展前景和研究方向进行了展望。

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11. 基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化研究

李浩1, 焦彦超1, 张玉彦1, 张昊1, 邢宏文2, 文笑雨1, 王昊琪1, 叶国永1, 管啸2

中国机械工程 2024, 35 (11): 1986-1994. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.010

摘要（564）

PDF（pc）（4789KB）（92）

由于飞机部件尺寸大，装配现场工装分布复杂，导致激光跟踪仪通视不佳，在引导装配或下架检验时需要反复调整激光跟踪仪站位，严重影响了测量稳定性及效率。为解决此问题，提出基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化方法。建立了面向飞机装配的激光跟踪仪测量约束模型，构建了基于飞机装配现场要素精准仿真的数字孪生系统，完成了对激光跟踪仪布站位置的优化，最后通过对数字孪生系统中激光跟踪仪的测量仿真，验证了遗传算法求解激光跟踪仪最佳站位的可行性。研究结果表明，优化后激光跟踪仪对测量点的覆盖率提高了110%，测量点的重合率由11.7%提高到55.5%，激光跟踪仪对测量点的覆盖率和测量点的重合率均有显著提升。

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12. 高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

张迪嘉1, 2, 高路平2, 周少梁2, 高隆隆2, 李宝仁2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1141-1150. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.001

摘要（430）

PDF（pc）（7020KB）（227）

高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高，针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响，设计了交叉对比实验，实验结果表明，伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动，系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

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13. 基于驾驶事件的驾驶风格分类与识别方法研究

秦大同, 陈沫机, 曹宇航, 高迪

中国机械工程 2024, 35 (09): 1534-1541. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.002

摘要（421）

PDF（pc）（6584KB）（149）

针对基于数据统计特征的驾驶风格分类识别方法容易忽略驾驶员在驾驶过程中驾驶风格多样性的问题，提出了一种基于驾驶事件、谱聚类与随机森林相结合的驾驶风格分类识别方法。设计试验采集驾驶数据，进行数据预处理，提取转弯事件和制动事件，经标准化和降维处理后，运用谱聚类算法分别对转弯事件和制动事件进行驾驶风格聚类。采用熵权法赋权得到每位驾驶员的驾驶风格权重，对比5种机器学习算法对驾驶风格识别的精确度，结果表明基于随机森林的驾驶风格识别精确度为92.73%，显著提高了驾驶风格识别准确率。

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14. 矿用钢丝绳捻向攀爬轮式巡检机器人设计

唐超权, 佟秉航, 唐玮, 张岗, 王思远, 汤洪伟, 刘贝, 周公博

中国机械工程 2024, 35 (10): 1732-1739. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.003

摘要（382）

PDF（pc）（6279KB）（215）

针对矿用钢丝绳无人巡检需求，设计研制了一种沿钢丝绳捻向攀爬的巡检机器人。该机器人所需的驱动力约为传统沿轴向攀爬机器人的0.915倍，携带负载3 kg时，其越障高度比轴向攀爬机器人的越障高度大0.6 mm，障碍物高度为3 mm时，它携带的最大负载比轴向攀爬机器人大0.4 kg。模拟深井环境开展了钢丝绳振动工况下的巡检机器人攀爬实验。研究结果表明：在钢丝绳静止状态下，攀爬机器人展现出稳定的攀爬性能，最大攀爬速度达到8.25 m/min，可连续攀爬500 m；在低频大幅振动工况下，机器人攀爬速度高于静止时的速度；在高频小幅振动工况下，钢丝绳振动会导致攀爬速度小幅度波动。

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15. 椭圆横断截面新型双轴柔性铰链设计及分析

魏华贤1, 2, 赵永杰2, 杨楠2, 王奉涛2, 牛小东2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1348-1357. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.002

摘要（363）

PDF（pc）（12837KB）（169）

现有同位正交复合缺口双轴柔铰存在矩形横断截面锐边结构，增大了应力集中效应，且无法通过优化纵向缺口轮廓来消除。为此，提出一类椭圆横断截面新型双轴柔铰。首先以圆弧缺口为对象，构建该类柔铰的参数化结构模型；然后基于卡氏第二定理建立其柔度及最大应力理论模型，通过有限元分析验证模型的有效性，基于此，实现了柔度及应力集中特性分析；最后通过实验测试验证了柔铰的柔度性能。结果表明，椭圆横断截面型双轴柔铰具备两向各异柔度，可从本质上避免锋利锐边结构，降低应力集中效应，与具有相同缺口结构的矩形横断截面型双轴柔铰相比，工作能力可提高47.9%，该类柔铰结构拓展了现有缺口型柔铰的基本类型。

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16. 复合波提升仿生机器鱼推进性能研究

罗自荣1, 夏明海1, 殷谦2, 卢钟岳1, 蒋涛1, 朱一鸣1

中国机械工程 2024, 35 (11): 1901-1908. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.001

摘要（361）

PDF（pc）（8473KB）（190）

受地震纵波和横波复合作用具有极大破坏性的启发，提出并设计了一种纵横复合波动新型水下仿生推进器。理论上建立了纵横复合波动运动学模型，开发了物理样机与测试平台，通过计算流体动力学(CFD)仿真和物理试验对比分析推进器在不同纵波幅值叠加下的推进性能。仿真结果表明，纵横复合波动能够显著增大波动鳍的推力和速度，推力均值可提高27.6%，峰值增大幅度大于200%。试验结果表明，推进器在2 Hz频率和20°纵波幅值下的稳态平均速度达到0.761 m/s，相比无纵波时提高约14.7%。该研究结果表明，相较于单一正弦横波，复合波动仿生鱼鳍具有更好的推力和速度性能，为高性能仿生波动机器鱼的研制提供了一种新的推进机理。

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17. 超声振动软化Johnson-Cook模型建立及薄管卷边实验验证

宋鹏飞1, 2, 曹秒艳1, 2, 付敏1, 2, 崔亚硕1, 2, 李云峰1, 2, 刘政1, 2

中国机械工程 2024, 35 (12): 2106-2113，2121. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.002

摘要（334）

PDF（pc）（6974KB）（114）

为准确描述轻质薄壁构件在超声振动辅助成形中的变形行为，以TU1无氧铜和316L不锈钢为对象，开展超声振动法向激励辅助单向拉伸试验。考虑超声振动软化效应，通过引入新的超声软化函数，建立一种超声振动Johnson-Cook模型。开发自定义子程序将模型嵌入有限元软件进行模拟，且与单向拉伸试验和卷边试验进行对比验证。结果表明：数值模型可有效捕捉材料超声振动软化行为，平均绝对比例误差最低可达0.97%。虽然不同材料对超声振动的敏感性不同，但其超声软化率与超声能场密度均符合一种Allometricl函数关系。

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18. 弧形金刚石砂轮机械修整研究进展

陈冰1, 卿光烨1, 郭烨1, 邓朝晖2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1331-1347. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.001

摘要（334）

PDF（pc）（13816KB）（161）

弧形金刚石砂轮因特有的弧形轮廓，常用于陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料光学元件的精密超精密磨削加工。然而，在光学元件磨削加工过程中，由于砂轮与工件表面间的相互作用，砂轮表面受到挤压破坏，长时间磨削后会产生砂轮堵塞、砂轮磨损、砂轮尺寸和形状精度下降等问题，进而降低了磨削后光学元件的表面粗糙度、面形精度和损伤厚度等。修整弧形金刚石砂轮是解决上述问题的有效途径之一，机械修整因具有修整效率高、便于实现等特点，仍是弧形金刚石砂轮在位修整的主要应用方法。对弧形金刚石砂轮的机械修整方法进行了综述，探究了不同修整方法的修整机理与特点，分析了修整效果的评价方法，并对弧形金刚石砂轮机械修整的发展方向进行了展望。

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19. 多闭环厚板折展蜂窝机构的几何设计与性能分析

畅博彦1, 2, 关鑫1, 金国光1, 2, 梁栋1, 2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1156-1167. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.003

摘要（329）

PDF（pc）（14153KB）（133）

基于厚板折纸理论设计出一种单闭环空间折展机构，并用螺旋理论对机构的自由度进行了分析。引入Myard类型约束和Sarrus类型约束，提出将机构自由度降低为1的2种方法，对应得到M型和S型折展蜂窝单元。将2种折展蜂窝单元的运动特征与平面镶嵌原理相结合，构造出M型和S型折展蜂窝机构。研究了设计参数对机构折展率的影响规律，并以提高折展率为目标对机构的结构进行了优化。研究结果表明，M型折展蜂窝机构完全展开后可形成单侧平整的表面；S型折展蜂窝机构的折展率更大。

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20. 应变速率对304不锈钢塑性变形及马氏体转变行为的影响

湛利华1, 2, 赵帅1, 杨有良1, 2, 常志龙3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2132-2138，2168. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.005

摘要（319）

PDF（pc）（5871KB）（122）

为研究0.5 mm厚304不锈钢室温条件下的塑性变形行为及马氏体转变规律，开展0.000 67 s-1、0.002 s-1、0.01 s-1、0.1 s-1及1 s-1五种不同应变速率下的单轴拉伸试验，并通过X射线衍射仪对各样品进行物相分析。结果表明：随着应变速率增大，材料的屈服强度明显上升，表现出应变速率强化效应；由于拉伸过程中塑性功转化为热能，马氏体转变受到抑制，抗拉强度略有减小。在真实应变小于0.27时，不同应变速率下的加工硬化率均呈下降趋势；而在真实应变大于0.27后，低应变速率下材料出现较为显著的二次硬化，这与材料内部的马氏体转变有关。为此，提出将马氏体相变动力学方程(Olson-Cohen方程)引入传统Johnson-Cook模型中,以表征不同应变速率拉伸过程中的二次硬化现象。不同应变速率下流变应力变化实际值与改进后的Johnson-Cook本构模型计算值预测精度分别为3.23%、3.42%、4.13%、4.09%及5.14%，并且改进模型相对于传统的Johnson-Cook模型能够更加准确地描述不同应变速率拉伸过程中的二次硬化阶段。

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21. 海洋探测装备收放缆力学性能研究综述

万步炎1, 2, 彭奋飞1, 2, 3, 金永平1, 2 , 刘德顺1, 2 , 彭佑多1, 2

中国机械工程 2024, 35 (09): 1521-1533. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.001

摘要（313）

PDF（pc）（8520KB）（152）

收放缆是维系海底探测装备与船舶的唯一纽带，具备电力、信息传输以及承重等功能，被广泛用于各类收放系统。收放缆的安全可靠性是其核心功能要求，因此开展收放缆力学性能试验是整个收放缆研究的基础。从海洋绞车以及收放缆的种类、失效形式出发，系统总结了收放缆力学性能试验研究动态，展望其未来研究方向。对海洋绞车以及收放缆进行了功能分类并详细分析了收放缆失效的形式以及原因；阐述了收放缆服役环境工况及其力学性能要求与试验研究现状；探讨海洋探测装备收放缆的力学性能研究方向，从极端服役环境对合成纤维收放缆力学性能影响及其机制、多重载荷耦合作用下合成纤维收放缆破坏行为及其机理、收放缆力学性能技术与综合模拟装置等方面进行了展望。

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22. 航空高速齿轮泵齿轮端面摩擦副的润滑特性

陈源1, 熊典峰1, 李运堂1, 高永操2, 李传仓2, 王冰清1, 金杰1

中国机械工程 2024, 35 (07): 1178-1187. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.005

摘要（311）

PDF（pc）（9034KB）（239）

针对航空外啮合齿轮泵齿轮端面摩擦副磨损严重的问题，在齿轮端面开设仿特斯拉阀型槽和椭圆孔组合的新型复合织构以改善润滑特性。基于流体动力润滑理论和有限元仿真计算方法建立齿轮织构端面摩擦副的润滑理论分析模型，分别在有无织构条件下仿真分析了端面液膜内流体的压力分布和速度分布，研究了工况和结构参数对齿轮端面开启性和密封性的影响规律。结果表明：织构产生的流体动压力可使齿轮端面摩擦副非接触运行，对减摩增效具有积极作用；综合考虑齿轮端面摩擦副的开启性和控漏性，织构结构参数即槽深取7~9 μm、高度差取5~6 μm、倾斜角取0°~10°、形状因子取0.4~0.5为宜。

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23. 塑料齿轮传动高承载技术发展与应用

刘怀举, 卢泽华, 朱才朝

中国机械工程 2025, 36 (01): 2-17. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.001

摘要（298）

PDF（pc）（15004KB）（151）

围绕塑料齿轮承载能力及在动力传动领域应用的问题，介绍了塑料齿轮的失效形式与承载能力，给出了目前的材料与工艺水平下塑料齿轮承载的基础数据，从新材料应用、润滑等工况条件改善、材料结构工况协同设计等方面阐述了提高塑料齿轮承载能力的措施，介绍了高承载塑料齿轮在汽车发动机传动、轻型车辆主传动、小型航发附件机匣传动等动力传动场景的应用实践和潜力。

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24. 航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件开发与应用

刘桂源1, 王曾2, 杨子艺2, 胡明珠1, 刘怀举1

中国机械工程 2024, 35 (11): 1938-1947. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.005

摘要（298）

PDF（pc）（12715KB）（109）

附件机匣齿轮传动系统作为航空发动机附件动力传递与驱动的关键基础部件，其传动构型与结构设计繁琐，且涉及元件和系统的设计参数众多，传统基于经验公式与零散程序的设计模式难以满足先进航空装备对高承载、长寿命、轻量化传动系统高效设计要求。为此建立了“构型设计—元件设计—系统分析—系统优化”的航空发动机齿轮传动设计方法，基于C++/Python程序语言开发了航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件。同时依据设计需求，应用所开发软件生成了四种传动构型方案，优选同轴多输出非对称分流构型，以轻量化、高承载为优化目标，基于NSGA-Ⅱ算法开发传动系统多目标优化模型，实现齿轮组减重15.81%，薄弱环节齿轮传动安全性提高2.98%，为新一代航空高端装备齿轮传动设计提供了理论方法和软件工具。

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25. 基于点云的机器人焊缝自动化磨削系统与方法

葛吉民1, 邓朝晖2, 王水仙1, 卓荣锦1, 刘伟1, 陈曦3

中国机械工程 2024, 35 (07): 1253-1262，1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.013

摘要（296）

PDF（pc）（9159KB）（109）

结构件的服役周期和动态性能受焊缝磨削精度和表面一致性的影响，目前，焊缝磨削主要依靠人工或轨迹示教的方式，存在均一性差、效率低、成本高等问题。鉴于此，开发了基于点云的机器人焊缝自动化磨削系统，采用焊缝点云二次精简方法准确获取焊缝表面的全局信息，基于采样点与邻域重心点之间的距离准确提取焊缝宽度、高度及中心线特征。系统提取后的焊缝高度、宽度误差约为0.09 mm和0.2 mm，磨削后焊缝最小残留高度约为0.17 mm，表面粗糙度Ra值可达0.498 μm。

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26. 汽车结构可靠性分析与优化设计研究进展

张磊1, 2, 3, 孙学涛1, 2, 陈洁1, 2, 孙远波3, 郭佳佳1, 2, 郑杰1, 2

中国机械工程 2024, 35 (11): 1948-1962，1970. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.006

摘要（295）

PDF（pc）（2504KB）（143）

为研究汽车结构的可靠性，对机械结构分析和设计中的不确定性进行总结，从结构参数不确定性、材料性能参数不确定性和载荷不确定性3方面分析了汽车结构设计变量及其参数的不确定性；对概率可靠性分析和非概率可靠性分析方法的研究进展进行了梳理和综述；列举了可靠性分析方法在汽车结构中的应用；对可靠性的数学模型与算法进行梳理，重点研究了可靠性优化设计在汽车轻量化及耐撞性等方面的应用，并指出了汽车结构可靠性分析与优化设计中的发展趋势。

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27. 摆轮活齿传动系统的几何参数约束研究

卫锐1, 金贺荣1, 2, 3, 杨泽宇1, 陈涛1, 宜亚丽1

中国机械工程 2024, 35 (10): 1722-1731,1739. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.002

摘要（286）

PDF（pc）（9450KB）（130）

针对传统摆动活齿传动存在的尺寸链长、关键构件结构薄弱等问题，提出了一种摆轮活齿传动构型及其齿形设计方法和参数选取策略。将摆轮活齿传动机构进行等效化处理，采用拓扑分析构建等效连杆矢量传递模型，基于共轭啮合原理推导出激波器和中心轮共轭齿廓矢量方程，以避免运动干涉、齿廓顶切为约束条件，将传动压力角作为评判依据，制定摆幅系数及激波器基圆半径参数选取策略，并依据优选参数和两组对比参数分别进行齿形设计与性能分析。研究结果表明：设计的摆轮活齿齿形连续、运转无卡顿；相比于两组对比参数，采用优选参数的摆轮活齿在相同负载工况下激波器活齿啮合力峰值分别降低37.09%和28.28%，验证了设计策略的有效性。研究成果可为摆轮活齿齿形设计及参数选取提供理论参考。

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28. 基于多源小波变换神经网络的旋转机械轴承故障诊断

郭海宇1, 邹圣公1, 张晓光2, 3, 4, 陆凡凡2, 陈洋2, 王涵2, 徐新志2

中国机械工程 2024, 35 (11): 2026-2034. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.014

摘要（285）

PDF（pc）（5837KB）（63）

针对旋转机械轴承故障诊断中故障样本稀缺，以及传统模型在小样本条件下容易过拟合及泛化能力差的问题，提出一种多源小波时频变换卷积神经网络。针对单支振动传感器采集的高频数据，设计基于小波变换的时频卷积层，用于融合小波系数的实部与虚部，其中实部对应振动信号的幅值信息，虚部对应相位信息。与仅考虑实部的卷积层相比，该卷积层能够提取完整的时频特征。利用时频卷积层分别对同一设备上的多支传感器采集的高频数据进行特征提取，并将提取到的多个特征进行级联。设计基于轻量深度可分离卷积的密集模块对级联特征进行更深层次的特征提取，用于实现故障分类。利用凯斯西储大学滚动轴承数据集验证模型的有效性，准确率为98.5%。将模型应用于回转窑、皮带机和篦冷风机的轴承故障诊断，平均准确率达97.19%。

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29. 基于正交试验的金属薄壁材料激光切割工艺优化

翟兆阳1, 李欣欣1, 张延超1, 刘忠明2, 杜春华1, 张华明3

中国机械工程 2024, 35 (07): 1279-1289. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.016

摘要（284）

PDF（pc）（28888KB）（113）

激光切割后，金属薄壁类零件的材料基体与下方的支撑板易产生粘连，严重影响切割质量。采用光纤激光对304不锈钢和GH605高温合金薄板进行切割实验，分析了激光切割不同材料发生粘连的机理。采用单因素试验法分析了激光切割工艺参数对热影响区及毛刺堆积量的影响规律。加工结果显示，在加入微连工艺的前提下，激光功率为165 W，切割速度为5 m/min，辅助气体压力为1.2 MPa时，切缝边缘光滑、无变形及残留黏附现象。

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30. 激光选区熔化成形大尺寸薄壁件变形控制仿真与试验研究

张珞1, 刘明明2, 陈锐敏1, 但鹏1, 郭楠1

中国机械工程 2024, 35 (09): 1653-1658，1709. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.015

摘要（281）

PDF（pc）（8799KB）（106）

采用Simufact Additive软件对典型大尺寸薄壁件——排气管进行了增材制造过程工艺仿真分析。结果显示，无约束下的排气管零件在激光选区熔化（SLM）成形后具有较高的残余应力，并存在较大变形；后处理释放了零件残余应力，但零件整体形变量进一步增至3.5 mm，最大形变量高达9 mm。通过引入具有高比强度、高比刚度的晶格结构作为控形辅助结构，设计了一种既具有足够抵抗变形能力又能够后处理去除的晶格工艺方案：单元格类型为QuadDiametral，杆径1.3 mm，杆长19 mm，晶格区域宽度约60 mm。晶格约束下的排气管零件SLM成形试验结果与数值模拟结果相当吻合，三维扫描云图结果显示，零件整体变形量在1 mm左右，最大变形量不超过2.5 mm，满足零件的使用要求。上述结果验证了晶格结构用于SLM成形大尺寸薄壁件变形控制的有效性。

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31. MoSe₂/石墨烯不锈钢自润滑材料的减摩机理

燕松山1, 肖正力1, 毛娅1, 胡瑞2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1151-1155. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.002

摘要（280）

PDF（pc）（9756KB）（119）

为克服不锈钢摩擦副零件摩擦因数大、易磨损的不足,利用粉末冶金不锈钢基体贯通孔隙特征和异质结纳米润滑剂超滑效应，采用真空浸渍和水热合成两步法工艺制备出了MoSe2/石墨烯不锈钢自润滑材料，并对其摩擦学特性与减摩机理进行了研究。研究发现：摩擦过程中，加入到基体孔隙的MoSe2/石墨烯异质结润滑剂在摩擦表面形成了均匀润滑膜，显著减小了摩擦副的摩擦因数和磨损率。在常温、载荷40 N、转速100 r/min工况下，MoSe2/石墨烯不锈钢自润滑材料的摩擦因数低至0.106，磨损率降至6.45×10-5 mm3/(N·m),与不锈钢基体相比，其摩擦因数和磨损率分别降低了86%和93%。

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32. 面向柔性作业车间生产调度的深度强化学习方法

祝正宇1, 郭具涛2, 吕佑龙3, 左丽玲1, 张洁3

中国机械工程 2024, 35 (11): 2007-2014，2034. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.012

摘要（277）

PDF（pc）（4565KB）（76）

针对多品种、小批量生产模式下柔性作业车间生产调度问题，以最小化订单总拖期时间为优化目标，提出一种基于组合规则和强化学习的智能调度方法。将柔性作业车间生产调度问题转换为马尔可夫决策过程，根据问题特点与优化目标，利用7种特征表征车间状态，设计6种组合式规则作为动作库，通过改进后的深度Q网络（DQN）算法对该问题进行求解。以航天结构件加工车间为案例，分别在5种不同规模大小的算例中，与其他常见的规则式方法进行对比，验证了所提方法缩短任务交付期的可行性和有效性。

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33. 基于可变阶陷波算法的混合动力汽车阶次噪声主动控制

周雪莲1, 贺岩松1, 苏宏健2, 林伟雄2, 郭林2, 傅小宇1

中国机械工程 2024, 35 (11): 2082-2089. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.020

摘要（275）

PDF（pc）（5720KB）（48）

针对混合动力汽车发动机多工作转速下阶次丰富且变化所导致的并联加速工况主动降噪效果下降问题，提出了一种可变阶陷波FxLMS算法，并建立相应的多通道发动机噪声主动控制系统。在MATLAB/Simulink中针对某七座混动MPV车搭建多通道发动机噪声主动控制仿真模型，使用实车声学路径、各工况车内噪声及发动机转速信号，对两种陷波FxLMS算法进行降噪仿真和比较，仿真结果表明，可变阶陷波FxLMS算法可以针对各充电转速点特定的阶次进行降噪，相比于传统的陷波FxLMS算法，主驾及第三排左、右耳4个位置处的总体降噪量分别提高了28.5%、60%、50%及50%。通过实车试验验证了在70~100 km/h加速工况下采用可变阶陷波FxLMS算法的发动机主动噪声控制系统的降噪效果，该系统对2阶、5阶、5.5阶、6阶、6.5阶、7阶和8阶的发动机噪声均表现出良好抑制作用。

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34. 铝锂合金回弹预测的机器学习及有限元仿真与实验

惠生猛1, 毛晓博4, 湛利华1, 2, 3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2114-2121. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.003

摘要（272）

PDF（pc）（4522KB）（118）

分别在180 ℃、190 ℃和200 ℃温度的不同应力条件下对2195铝锂合金进行蠕变时效试验，利用MATLAB软件拟合得到本构方程，并将本构方程整合到非线性有限元软件MSC.Marc中，构建了2195铝锂合金瓜瓣蠕变时效成形的有限元模型，模型以时间、应力和温度为输入参数，回弹半径为关键输出参数。为提高预测精度与效率，对比分析了多种机器学习回归模型，最终选定岭回归模型作为预测工具，实现了对不同工艺条件下回弹半径的快速准确预测。通过1∶1实验验证，实验构件回弹型面与目标型面的相对误差为0.9%，证明了模型的高预测精度和实用价值。

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35. 具有紧时、高能耗特征的混合流水车间多目标调度优化问题

常大亮1, 2, 3, 史海波1, 2, 刘昶1, 2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1269-1278. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.015

摘要（271）

PDF（pc）（2723KB）（86）

针对具有紧时、高能耗工序特征的混合流水车间调度问题，以优化产品暴露时间、最大完工时间和能源消耗为目标，建立混合流水车间调度模型，并提出一种改进的多目标粒子群算法进行有效求解。首先构建了基于ISDE指标的档案维护策略及局部邻域搜索策略，辅助算法跃出局部极值及减少生产阻塞。之后，提出一种基于模糊理论的决策分析方法选取最优调度方案。最后，通过仿真实验验证提出的多目标调度模型与算法的可行性和优越性。

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36. 气动人工肌肉驱动的可变瞬心外骨骼设计与研究

黎朝阳1, 罗天洪2, 马翔宇2, 方尚晨1, 王珂3

中国机械工程 2024, 35 (10): 1783-1792. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.008

摘要（270）

PDF（pc）（5557KB）（108）

针对现有下肢外骨骼结构与躯体匹配度较低的问题，通过在现有反四边形关节的基础上引入额外的自由度，提出了一种气动人工肌肉驱动的新型可变瞬心人工膝关节。结合可变瞬心外骨骼的运动学分析对其瞬心轨迹方程进行了求解，并采用粒子群算法对膝关节结构进行了优化设计；采用模糊PID控制器对其运动进行了仿真与分析，并进行了实验研究。研究结果表明：提出的新型可变瞬心人工膝关节的瞬心轨迹与人体关节理想瞬心轨迹具有更好的匹配度，为具有人机相容性结构的优化设计提供参考与经验支持。

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37. 基于改进三元模型的波纹管型气动软体驱动器神经网络滑模控制

吕播阳1, 2, 3, 孟庆鑫1, 2, 3, 肖怀1, 2, 3, 赖旭芝1, 2, 3, 王亚午1, 2, 3, 吴敏1, 2, 3

中国机械工程 2024, 35 (08): 1414-1425. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.010

摘要（267）

PDF（pc）（9660KB）（89）

针对一款波纹管型气动软体驱动器，提出了一种基于改进三元模型的滑模控制方法，并使用RBF神经网络补偿扰动以实现该型驱动器在竖直方向上对期望轨迹的跟踪控制。首先搭建波纹管型气动软体驱动器实验平台，测试并分析该驱动器的动态特性,基于上述动态特性提出波纹管型气动软体驱动器的改进三元模型；然后利用采集到的实验数据，基于最小二乘算法对其进行参数辨识，从而获得所提模型的参数；进而结合改进三元模型设计滑模控制器，使用RBF神经网络对集总扰动进行补偿，并利用Lyapunov方法分析系统的稳定性；最后通过一系列实验验证了所提方法的有效性。

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38. 高速激光熔覆马氏体不锈钢涂层与电镀层性能对比与研究

王井1, 2, 艾超1, 员霄2, 朱迅2, 郭飞2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1480-1488. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.016

摘要（263）

PDF（pc）（15117KB）（83）

为对比研究不同液压缸服役工况下高速激光熔覆涂层替代电镀硬铬层的可行性，分别制备了马氏体不锈钢熔覆层XG-1、XG-2和电镀硬铬涂层，开展了三种涂层组织、硬度、腐蚀性能及模拟不同工况（划伤磨损、干砂摩擦磨损、滑动摩擦磨损）下磨损性能测试，探讨了涂层失效行为及其应用工况。结果表明：XG-1、XG-2涂层微观组织致密且均匀，平均显微硬度为720.5 HV、653 HV；电镀硬铬涂层分布孔隙和裂纹等缺陷，自腐蚀电流密度为10.45 μA/cm2，耐腐蚀性能最差；三种磨损形式下电镀硬铬涂层均发生了开裂及剥落，高速激光熔覆涂层表现出更优异的耐磨性能，适用于活塞杆易拉伤、外界富集硬质颗粒污染物、大侧向载荷等液压缸服役工况。

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39. 基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断

邹筱瑜1, 3, 孙国庆1, 王忠宾1, 3, 潘杰2, 刘新华1, 3, 李鑫1, 3

中国机械工程 2024, 35 (08): 1405-1413，1448. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.009

摘要（261）

PDF（pc）（9001KB）（79）

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题，考虑单一模态下故障诊断的局限性，提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法，对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络在不同模块中区分性地嵌入不同注意力机制，实现多维度关键故障特征提取。最后通过钻机实验台数据集和凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明：所提方法能自动提取丰富的钻机轴承故障特征，比仅在时域或时频域分析具有更高的准确率和抗噪能力。

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40. 载荷对油膜界面滑移及弹流润滑特性的影响研究

郭闯, 赵二辉, 权龙, 汪成文

中国机械工程 2024, 35 (09): 1567-1574. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.006

摘要（258）

PDF（pc）（9210KB）（70）

为探究恶劣工况下机械传动系统中摩擦副润滑失效的形成和演变机理，建立考虑油膜界面滑移的点接触弹流润滑模型，进行仿真计算，并开展双色光干涉弹流润滑试验，研究载荷对弹流润滑中油膜界面滑移的影响，进而研究界面滑移状态下卷吸速度、流体动压、油膜厚度、滑移参数等随载荷的变化特性。研究结果表明：随着载荷的增大，界面滑移幅度和滑移范围均显著增大，滑移区域卷吸速度明显下降,滑移区域动压分布趋于均匀，滑移区域产生膜厚堆积并出现入口凹陷特征，滑移区域形状逐渐呈“半月牙形”特征。

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