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1. 外圆磨削18CrNiMo7-6力模型及表面完整性研究

王栋, 陈磊, 张志鹏

中国机械工程 2024, 35 (03): 381-393. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.001

摘要（8）

PDF （8185KB）（8）

为了准确和有效地控制磨削参数对磨削力及表面完整性的影响，通过解析法，以磨粒与材料间的塑性变形、压痕理论以及剪切应变效应为理论依据，建立了三阶段的磨削力理论模型。选定棕刚玉砂轮进行磨削试验，探究了磨削参数对磨削力的影响以及磨削参数和磨削力对表面完整性的影响，通过外圆横向磨削正交试验获得了外圆磨削最优工艺参数。结果表明，外圆磨削力模型法向磨削力和切向磨削力的预测平均误差分别为5.56%和7.08%；砂轮径向进给速度fr对磨削力的影响最大，磨削宽度b次之，工件转速nw和砂轮粒度的影响较小；fr和b对残余应力的影响较大，砂轮粒度对表面粗糙度的影响最大；随着磨削力的增大，表面粗糙度值一直增大，残余应力先减小后增大，沿深度方向残余应力最大值先增大后减小，在试验所取参数条件下，影响残余应力的深度分布范围基本在20~40 μm；最优工艺参数组合如下：fr=0.15 mm/min,nw=120 r/min,b=10 mm,砂轮粒度80。

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2. 含Ni量、渗氮层深度及喷丸强化对42CrMo齿轮弯曲疲劳性能影响研究

武忠睿, 陈地发, 吴吉展, 杨玉典, 刘怀举

中国机械工程 2024, 35 (03): 394-404. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.002

摘要（4）

PDF （9652KB）（5）

针对不同含Ni量、渗氮层深度和喷丸强化组合的42CrMo齿轮开展弯曲疲劳试验，探究了不同工艺组合的齿轮弯曲疲劳极限提升效果，为齿轮抗疲劳制造提供工艺指导。基于随机森林算法分析了不同工艺组合齿轮的表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量对弯曲疲劳极限的贡献度，采用多元回归建立了考虑表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量的齿轮弯曲疲劳极限预测公式。预测值与试验值相比，最大误差可以控制在7.80%以内，为工程应用中快速、低成本评估齿轮弯曲疲劳极限提供了理论依据。

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3. 压电纤维致动柔性结构的仿鱼体波振动特性及流场分布研究

温志伟, 娄军强, 陈特欢, 崔玉国, 魏燕定, 李国平

中国机械工程 2024, 35 (03): 405-413. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.003

摘要（4）

PDF （12167KB）（8）

提出利用压电纤维(MFC)致动柔性结构的二阶振动模态来模仿鲹科鱼类的鱼体波运动。基于假设模态法求解智能柔性结构的前三阶振型，实验测得水下柔性结构的二阶振型，验证了智能柔性结构的二阶振型逼近鲹科鲈鱼的鱼体波。采用计算流体动力学(CFD)分析了柔性结构周围流线及压力分布情况，结果表明：二阶振动行为下，柔性结构节点前后流线方向相反；两侧流场始终存在两组高、低压集中区域，且节点前后的压力集中区域分布相反;柔性结构两侧始终存在正压梯度，其中向前的压力分量为柔性结构提供持续的推进力，而节点前后压力分量产生的侧向力方向相反，部分抵消，增强了柔性结构的侧向稳定性。研究结果为水下仿生推进器的设计和性能分析提供了重要参考。

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4. 基于n阶剪切变形理论的表面梯度脱碳汽车前轴弯曲分析

袁荣富, 吴敏, 胡泽启, 冯玮, 王荣诚, 徐敬,

中国机械工程 2024, 35 (03): 414-426. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.004

摘要（1）

PDF （10392KB）（4）

汽车前轴在热锻和热处理过程中，材料的表面会发生一定深度的脱碳，脱碳层的力学性能随脱碳深度呈梯度变化，影响了前轴在载荷下的弯曲性能。利用分段函数构建两侧表面功能梯度变化、内部性能均匀的简支夹芯梁，根据n阶剪切变形理论研究梁在两点载荷作用下的弯曲行为。利用虚功原理推导出位移场控制方程，采用Navier解析方法得到简支边界条件下梁的弯曲行为，并与相关文献中的实例进行比较。结果表明：n阶剪切变形理论具有良好的精度与可靠性；梁的挠度与转角随脱碳指数k的增大而增大，并于k≈10处达到准稳态；脱碳深度大于5 mm时，脱碳层厚度对梁弯曲时产生应力的影响比梁的高度变化带来的影响更大；两侧脱碳深度不对称时，物理中性面发生迁移；梁的弯曲挠度与转角随梁的厚度、宽度的增大而减小，但梁的厚度变化的影响更大。

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5. 隧道环境内无人驾驶车辆目标-决策两级信息融合感知策略

王茂森, 鲍久圣, 谢厚抗, 刘同冈, 阴妍, 章全利

中国机械工程 2024, 35 (03): 427-437. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.005

摘要（2）

PDF （4400KB）（4）

基于隧道内的特殊行驶环境和无人驾驶感知需求，选择合适的传感器及硬件搭建试验车辆，构建了毫米波雷达与摄像头多传感器融合的感知系统；基于YOLOv4目标级信息融合算法和改进D-S证据理论决策级信息融合算法，提出了一种“目标决策”两级信息融合策略；最后，在城市道路隧道环境内开展了感知信息两级融合验证试验，试验结果表明：相比单一的摄像头或毫米波雷达感知效果，基于摄像头与毫米波雷达传感器感知ROI区域关联实现的目标级融合结果可以提高9.51%的识别准确率，弥补了单一传感器在隧道环境内感知技术的不足；基于目标级融合感知结果，利用改进后的D-S证据理论算法再进行决策级融合，相比于单一的目标级融合结果，误检率降低了3.61%，显著提高了检测精度。采取多传感器感知信息目标决策两级融合策略能够满足隧道特殊环境内无人驾驶车辆可靠感知需求，为推动无人驾驶技术落地应用提供了理论与技术支撑。

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6. 基于参数映射的叶轮粗加工椭圆摆线轨迹优化

韩飞燕, 顾志成, 赵一鹏, 张传伟

中国机械工程 2024, 35 (03): 438-444，456. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.006

摘要（1）

PDF （17907KB）（6）

为了提高复杂曲面叶轮流道开槽加工效率，提出了一种曲面粗加工摆线轨迹规划方法。首先确定流道的可加工区域并进行参数化;然后在该参数域建立以最小加工时间为优化目标的椭圆摆线轨迹关键参数的数学模型，通过区间缩小法求解出满足加工要求的最佳椭圆短半轴长度与行距，从而获得参数域摆线轨迹;最后将参数域的轨迹映射至物理域来获取走刀路径。为了验证所提轨迹规划方法的高效性和有效性，以某叶轮为对象，计算了流道椭圆摆线开粗加工轨迹，并将所提方法的计算时间与传统行切法轨迹计算时间进行对比，发现计算效率提高了19.4%。此外，摆线流道开粗和行切法流道开粗的仿真加工对比结果证明，相同参数设置下所提方法的加工效率比传统行切法的加工效率高22.4%。实际摆线铣削开粗结果表明，叶轮流道切痕形状与摆线轨迹一致，表面残留满足粗加工要求，证明所提方法是有效可行的。

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7. 球形纳米颗粒在镍基合金纳米流体微量润滑磨削界面摩擦学机制的分子动力学研究

张宇, 王德祥, 郭峰, 栗心明,

中国机械工程 2024, 35 (03): 445-456. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.007

摘要（4）

PDF （17778KB）（6）

以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（［BMIM］BF4离子液）作为纳米流体基液，以氧化铝和铜纳米颗粒分别作为高硬度类和低硬度类球形纳米颗粒的代表，用分子动力学模拟方法研究了球形纳米颗粒在镍基合金纳米流体微量润滑磨削界面减摩抗磨的摩擦学机理，并进一步揭示了纳米流体在砂轮磨粒/工件磨削界面润滑成膜的摩擦学机制。研究结果表明，在镍基合金纳米流体微量润滑磨削加工中，砂轮磨粒/工件磨削界面形成了边界润滑膜。由于铜纳米颗粒硬度远低于砂轮磨粒及镍基合金工件，会在磨粒/工件界面出现压缩、剪切、铺展和分离等一系列摩擦学行为，并形成一层固体润滑膜，这层固体膜通过减小磨粒工件之间的直接接触面积来减小切向磨削力，相较于微量润滑工况可使切向磨削力减小4.6%。由于氧化铝纳米颗粒硬度高于镍基合金工件，故在磨削过程中仍能保持原本的球形纳米结构，会在磨粒/工件界面出现滑移、滚动和抛光三种摩擦学行为，抛光划痕可增大离子液体的浸润面积，并减小磨粒工件之间的直接接触面积，“类滚珠”的滚动行为可将磨粒工件之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而使切向磨削力较微量润滑工况减小6.6%。

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8. 带后掠桨尖旋翼/螺旋桨的悬停气弹特性分析

黄薇, 池骋

中国机械工程 2024, 35 (02): 191-200. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.001

摘要（37）

PDF （9640KB）（69）

针对旋翼/螺旋桨的大负扭和后掠桨尖设计在桨叶内部所带来的严重应力应变集中问题，结合三维结构动力学模型、旋翼气动模型和旋翼配平方法，对复合材料旋翼/螺旋桨进行了综合建模与气弹载荷分析，并通过悬停实验验证了综合模型的准确性。对比分析了无负扭、大负扭和大负扭带后掠桨尖的桨叶气弹特性，发现大负扭导致桨叶应力集中区域扩大，后掠桨尖使桨尖过渡区域的应力集中区域扩大，集中程度加剧。

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9. 聚碳酸酯超低温冷却车削表面形貌试验研究

包锐, 刘阔, 张杰, 韩灵生, 李建明, 左月帅, 刘海波, 王永青

中国机械工程 2024, 35 (02): 201-207. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.002

摘要（35）

PDF （9197KB）（33）

针对聚碳酸酯加工时存在的耐热性差、变形、溶胀等问题，分别在干切削、水冷和超低温冷却条件下进行了聚碳酸酯的车削试验，并分析了材料加工表面的形貌，从分子链弛豫时间、银纹产生和脆韧性转变的角度解释了加工表面形貌的差异。研究发现，聚碳酸酯干切削表面产生大量粗大银纹，水冷切削表面产生大量细密银纹，超低温冷却切削表面银纹较少，因此超低温冷却对提高聚碳酸酯的加工质量具有积极作用。

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10. 碳化钨粉末表面涂层改性金刚石粉末的涂层工艺及机理

许左琳, 黄传真, 刘含莲, 刘盾

中国机械工程 2024, 35 (02): 208-214. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.003

摘要（27）

PDF （8885KB）（27）

粉末表面涂层技术能赋予粉末新的物理化学性质，电泳沉积技术能在改性碳化钨（WC）粉末表面涂层改性金刚石粉末。通过不同表征手段分析了金刚石的核壳结构及金刚石粉末与WC粉末间的包覆情况，研究了金刚石粉末含量对涂层效果的影响，比较了不同包覆工艺下粉末间的结合强度。结果表明，WC粉末质量与金刚石粉末质量的比为6∶1时，涂层效果最佳，改性后粉末间的强结合力来自COO-W、C-O-W等共价键形成的化学吸附与范德华力形成的物理吸附。

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11. 基于S变换双阈值法的汽车零部件载荷谱加速编辑

姚凌云, 林勇杰, 李丽,

中国机械工程 2024, 35 (02): 215-220. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.004

摘要（35）

PDF （2538KB）（42）

针对S变换编辑法加速编辑效果不佳的问题，提出了一种基于S变换双阈值编辑方法。该方法先对载荷谱进行S变换以获取最大幅值谱，在以双阈值识别并保留的幅值谱片段为依据保留对应的载荷谱片段后，再将其拼接成加速后的载荷谱，最后对比分析S变换双阈值编辑法与S变换编辑法编辑的加速谱的统计参数、功率谱密度、穿级计数和疲劳仿真结果。研究结果表明，S变换双阈值编辑法可明显压缩原始载荷时间，且其压缩效率高于S变换编辑法，转向节的疲劳损伤和寿命分析误差更小，适用于汽车零部件载荷谱加速编辑研究。

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12. 喷油润滑聚醚醚酮的接触疲劳性能

吴若, 魏沛堂, 谢怀杰, 边疆, 卢泽华, 刘怀举

中国机械工程 2024, 35 (02): 221-228. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.005

摘要（24）

PDF （12856KB）（35）

聚醚醚酮(PEEK)是一种高强度、耐热的工程塑料，但其接触疲劳基础数据的缺失制约了它在重载场合下的高可靠、长寿命服役。开展了喷油润滑下的PEEK滚子滚动接触疲劳试验与PEEK齿轮接触疲劳试验，绘制了接触疲劳S-N曲线。对比发现，PEEK滚子滚动接触疲劳极限比齿轮接触疲劳极限高14%，接触压力135 MPa下的滚子滚动接触疲劳寿命比齿轮接触疲劳寿命长58%，进而提出PEEK的滚子齿轮接触疲劳寿命转换公式。

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13. 水压泵柱塞密封性能实验装置的设计#br#

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罗龙君, 贺小峰, 刘珣, 张洽璇, 黄贺文

中国机械工程 2024, 35 (02): 229-235. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.006

摘要（19）

PDF （4818KB）（38）

为解决油水分离式柱塞泵的柱塞与缸套的密封可靠性及选型设计问题，研制了模拟水压柱塞泵实际运行工况的柱塞密封性能实验装置及其加载系统，并对实验装置进行了动平衡设计。在建立实验装置加载系统的仿真模型后，通过仿真对比确定了合理的加载方式。该实验装置的加载实验和稳定性实验表明，实验装置运行稳定可靠，且容积效率在合理范围内。

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14. 单向陶瓷基复合材料C/SiC变角度顺逆磨的对比试验

张立峰, 王梓旭, 张旺通, 邓云飞, 隋翯, 郭志永

中国机械工程 2024, 35 (02): 235-243. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.007

摘要（17）

PDF （10419KB）（29）

通过正十二边形磨削轨迹测试方法研究了单向C/SiC的磨削力和加工表面质量的影响机制。研究发现，相较于顺磨，逆磨的切向磨削力减小10%～25%，法向磨削力减小30%～50%，表面粗糙度减小25%～65%;纤维磨削角对磨削特性具有显著影响，顺纤维磨削时，磨削力由大到小的纤维磨削角排序为60°、30°、90°、0°,逆纤维磨削时的排序为120°、90°、150°、180°;加工表面粗糙度Sa由大到小的纤维磨削角排序为0°、150°、120°、30°、60°、90°;C/SiC磨削加工时，材料的变形回弹效应较明显。对比了不同纤维磨削角下的表面微观形貌，提出了磨削材料去除模型。

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15. 基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

岳建锋, 龙新宇, 黄云龙, 郭嘉龙, 刘文吉

中国机械工程 2024, 35 (02): 244-250，259. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.008

摘要（14）

PDF （7386KB）（18）

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况，构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下，进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性，采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响，显著提高模型的识别精度，采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%，实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

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16. 复合螺旋磨粒流流场特性的研究

袁巧玲, 丁杰, 孔凡志, 文东辉, 齐欢

中国机械工程 2024, 35 (02): 251-259. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.009

摘要（13）

PDF （11835KB）（21）

针对无摩擦铝合金气缸表面阳极氧化膜的精密加工问题，提出复合螺旋磨粒流抛光方法。建立了抛光过程中颗粒与壁面碰撞的仿真模型，分析了磨粒各向速度对抛光的影响，揭示了复合螺旋磨粒流抛光的加工机理。仿真结果表明：复合螺旋运动改变了磨粒运动轨迹，磨粒叠加了旋转速度后，增大了磨粒的有效应力；壁面的有效塑性变形随螺旋槽转速的增大而增大。粒子图像测速观测实验结果表明，复合螺旋运动提高了磨粒旋转速度，增大了流场的涡旋量。加工实验结果表明，复合螺旋磨粒流抛光不仅对铝合金氧化膜破坏较少，且可以有效提高工件的表面质量。

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17. 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（310）

PDF （50387KB）（451）

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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18. 氢电-锂电通勤飞机分布式推进系统匹配设计

王宇, 伍庭佳, 李湘, 余雄庆,

中国机械工程 2024, 35 (01): 27-35. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.002

摘要（108）

PDF （6663KB）（96）

针对通勤类飞机总体设计参数和飞行任务剖面需求，根据氢电锂电推进系统架构方案，提出了推进系统参数匹配方法和能源动态平衡管理策略。以19座级通勤飞机作为验证对象，对其动力装置和储备能源进行了选型和管理研究。根据选型的分布式推进气动布局方案，进一步采用全析因试验设计方法分析了螺旋桨转向对飞机气动特性的影响，获得了有利于飞机巡航状态的螺旋桨转向配置方案。

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19. 无传动间隙的3K行星齿轮减速器设计

王慰军, 杨桂林, 杜庆皓, 陈庆盈,

中国机械工程 2024, 35 (01): 36-44,55. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.003

摘要（124）

PDF （10399KB）（171）

3K行星齿轮减速器的啮合齿轮副存在齿侧间隙，使得传动链中引入了传动间隙，导致传动精度降低以及换向冲击。为消除3K行星齿轮减速器的传动间隙，利用3K行星齿轮传动中行星架不参与力矩传递的特性，提出了一种柔性行星架以消除传动间隙，并通过仿真分析验证了所提消隙机构的有效性。通过配齿及效率优化实现了高效的正向和反向传动。研制样机并进行了传动精度、滞回特性、正弦响应误差、正向传动效率、反向传动效率以及反向启动扭矩测试，结果验证了所提柔性行星架对消除3K行星齿轮减速器传动间隙、提高传动精度和传动效率以及提高反向传动性能的有效性。

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20. 重复使用飞行器分布式连接结构振动及疲劳研究

沈民民, 史锐, 郭鹏飞, 杨旸, 杨晓东, 杨继厚

中国机械工程 2024, 35 (01): 45-55. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.004

摘要（94）

PDF （9287KB）（87）

准确计算重复使用飞行器与发动机之间分布式连接结构的振动特性及疲劳寿命是确保航天运输系统安全运行的前提和基础。以分布式连接结构为研究对象，用实验验证了有限元仿真方法的可行性，从时域和频域探究了分布式连接结构的振动特性，计算了不同工况下分布式连接结构的疲劳寿命。研究结果表明，连接结构滞回曲线的有限元结果与实验结果吻合较好；在不同激励频率的循环载荷作用下，连接螺栓发生应力增长或应力衰减，出现疲劳效应；分布式连接结构在第1、第5阶固有频率处激发较大的响应；降低激励幅度能够极大延长连接结构疲劳寿命，增大螺栓预紧力也能够延长疲劳寿命，但增大激励频率只能够稍微缩短时间寿命，周期寿命仍在同一量级上；引入热和蠕变影响之后，分布式连接结构最多只能承受5次热循环载荷。

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21. 外肢体机器人驱动单元低速死区自适应补偿方法

陈重远, 陈珂, 刘浩, 欧阳小平,

中国机械工程 2024, 35 (01): 56-66. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.005

摘要（110）

PDF （10271KB）（99）

为提高外肢体机器人高功率密度驱动单元的控制精度，提出一种低速死区自适应补偿方法。首先基于最小二乘系统辨识与阻尼辨识方法建立驱动单元模型，然后提出驱动单元的计算力矩控制方法，最后提出驱动单元的低速死区自适应补偿方法，并进行了实验验证。研究结果表明，与传统PID控制方法相比，采用计算力矩控制方法后驱动单元最大角度跟踪误差减小了约53%，平均角度跟踪误差减小了约38%；在计算力矩控制方法的基础上，采用低速死区自适应补偿方法后，驱动单元最大角度跟踪误差减小了约45%，平均角度跟踪误差减小了约60%，驱动单元的控制精度得到了显著提高。

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22. 镍基高温合金的热机械疲劳寿命预测模型研究

崔海涛, 钱春华

中国机械工程 2024, 35 (01): 67-73,82. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.006

摘要（88）

PDF （2443KB）（73）

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200～450 ℃及400～650 ℃条件下的同相位热机械疲劳（TMF）试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能，提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型，并结合试验数据确定模型参数；采用GH4169、IN718、DD8三种高温合金对该模型的TMF寿命预测能力进行评估，结果表明，提出的寿命模型预测精度高于TMF寿命预测常用的Manson-Coffin模型和Ostergren模型。

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23. 小模数齿轮传动的时变啮合刚度计算方法

胡波, 安锦运, 尹来容, 周长江

中国机械工程 2024, 35 (01): 74-82. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.007

摘要（84）

PDF （10849KB）（185）

小模数齿轮传动中心距较小，其动态性能对中心距误差非常敏感，且中间级齿轮常被设计在固定轴上高速旋转，齿轮中心孔与轴之间存在间隙,考虑这些特征，建立了中心距误差与轴孔配合间隙影响下的齿轮啮合特性参数与时变啮合刚度计算模型，研究了二者对啮合刚度的影响规律。研究结果表明：中心距误差会改变齿轮副的重合度与啮合刚度；轴孔配合间隙使实际中心距围绕理论中心距上下周期性波动，导致整个周期内啮合刚度强化区域与弱化区域共存；中心距误差与轴孔配合间隙的影响在不同的转角范围内存在既有相互叠加又有相互削弱的现象，这一现象使得各轮齿的啮合刚度有差异，存在诱发更大振动与不同噪声的风险。

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24. 一种基于自适应Kriging集成模型的结构可靠性分析方法

高进, 崔海冰, 樊涛, 李昂, 杜尊峰

中国机械工程 2024, 35 (01): 83-92. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.008

摘要（90）

PDF （4853KB）（72）

基于Kriging模型的复杂结构可靠性分析结果高度依赖于Kriging模型的拟合精度，在构建Kriging模型的过程中，不同相关函数和回归函数的选择均会影响模型精度。为解决模型的不确定性对可靠性分析结果的影响，同时兼顾计算效率和精度，基于Kriging模型和蒙特卡罗模拟（MCS）方法，提出了一种结合自适应集成策略和主动学习函数的结构可靠度计算方法。该方法考虑Kriging模型的建模不确定性，将多种Kriging模型组合，构建了一种综合考虑样本点贡献和样本点距离的主动学习函数，通过主动学习函数迭代更新集成Kriging模型直至满足收敛条件，最后通过构建的集成Kriging模型和MCS方法进行结构可靠性分析。数值算例和工程算例结果验证了所提方法的有效性，该方法与其他主要方法相比稳健性更好，在保证计算精度的同时，计算效率更高。

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25. 采用径向转向架的大轴重内燃机车曲线通过研究

王波, 罗世辉, 马卫华, 王晨, 曲天威, 雷成

中国机械工程 2024, 35 (01): 93-101,143. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.009

摘要（53）

PDF （9214KB）（42）

为探究径向转向架在33 t轴重内燃机车的可行性，从径向转向架的概念、结构和原理出发，为大轴重内燃机车提供了一种径向转向架方案。在多体动力学软件中建立动力学模型，对比研究了采用径向转向架和传统转向架的重载机车通过曲线时导向轮对的黏着系数、蠕滑率和磨耗功。通过计算分析发现,与传统转向架相比，径向转向架可以减少车轮的滑动量，提高机车通过曲线时的黏着利用率，降低轮轨磨耗和左右车轮的不一致磨耗，降低轮对镟修频率，该结论可为今后我国研制大轴重高黏着内燃机车提供一定参考。

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26. 单边双针双线摆动缝合轨迹设计及实验验证

高子乔, 董九志, 陈云军, 蒋秀明,

中国机械工程 2024, 35 (01): 102-108. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.010

摘要（54）

PDF （6351KB）（77）

针对单边双针双线缝合头插刺机构无法缝制3 mm以上厚度预制体的问题，提出一种不对称的8字形运动轨迹并对插刺机构的运动轨迹进行了设计。首先，基于单边双针双线缝合工艺对插刺机构运动学进行分析，确定摆动插刺机构各构件的尺寸；其次，在ADAMS中构建机构模型并进行轨迹分析；最后，通过实验样机进行缝合实验。实验结果表明，设计的缝合机构可将实际缝合厚度不足3 mm提高到8 mm，并在缝合过程中形成稳定线环，验证了不对称8字形缝合工艺及摆动插刺机构的可靠性。

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27. 地铁小半径曲线钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨成因分析

王志强, 雷震宇

中国机械工程 2023, 34 (24): 2899-2908. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.001

摘要（219）

PDF （10660KB）（207）

为探究地铁小半径曲线钢弹簧浮置板轨道上的波磨成因，从轮轨黏滑振动层面阐释了钢轨波磨的形成过程。首先，依据线路基本情况建立了轮对浮置板轨道三维有限元模型；然后，利用上述模型分析了轮轨接触黏滑特征和钢轨纵向磨耗特性以量化波磨的发生趋势；最后，基于复模态理论，研究了轮轨系统的固有振动属性与波磨形成的关系。结果显示，在轮对运行过程中，内侧轮轨黏滑分布呈现周期性变化，说明内侧轮轨系统发生了周期性的黏滑振动，进而可能导致内轨出现周期性的波状磨耗，最终形成钢轨波磨；外侧轮轨黏滑分布总体上未有明显变化，说明外侧轮轨系统未出现黏滑振动，从而不易形成钢轨波磨。在钢轨纵向上，内轨滑移量明显大于外轨滑移量，表明内轨纵向磨耗程度更大；在钢轨横向上，内外侧钢轨滑移量相差不大，表明内外侧钢轨横向磨耗程度相近。内外侧钢轨纵横向滑移云图分布均表现出了一定程度的周期性，尤其是内轨纵向滑移云图，其波长28 mm与实测波磨波长25 mm相近，这与内侧轮轨界面接触黏滑状态的周期特性相呼应，从而进一步说明了内轨更容易发生严重的周期性磨耗，即钢轨波磨。综合轮轨接触黏滑与磨耗特征及轮轨系统振动特性分析结果，可以得出实测地铁小半径曲线浮置板轨道上的内轨波磨是由664.1 Hz和665.8 Hz对应的轮轨系统不稳定振型诱发的黏滑振动所致，且该不稳定振型均表现为内轮相对于轨道的弯曲振动。参数敏感性分析表明适当地增大扣件和钢弹簧的垂向刚度能够对波磨控制起到积极作用。

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28. 高压螺纹插装式溢流阀综合性能优化

陈俊翔, 孔祥东, 许克龙, 艾超,

中国机械工程 2023, 34 (24): 2909-2919,2926. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.002

摘要（177）

PDF （4914KB）（129）

针对影响高压螺纹插装式溢流阀不同性能间的结构参数存在耦合、难以进行综合性能优化的问题，提出一种多目标粒子群算法对其综合性能进行结构优化。基于高压螺纹插装式溢流阀的结构特征建立启闭特性、调压偏差和稳定性数学模型，基于一阶灵敏度分析结构参数对其动态响应的影响规律，根据结构与性能间映射关系，以开启率、调压偏差、稳定性、动态响应性性能提升为优化目标，以耦合结构参数为变量，建立综合性能优化模型，通过粒子群算法以Pareto集的形式得到耦合结构参数最优解。实验结果表明：优化后的高压螺纹插装式溢流阀压力振摆降低22.7%、开启率提高1.5%、压力流量梯度降低14.58%、阀前压力超调量降低14.1%、响应时间缩短9.52%。

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29. 刀具磨损对Allvac 718Plus高温合金铣削加工表面完整性及疲劳性能的影响

勾睿杰, 张晓峰, 张鸿滨, 姚俊, 李勋

中国机械工程 2023, 34 (24): 2920-2926. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.003

摘要（179）

PDF （4539KB）（138）

基于Allvac 718Plus高温合金铣削刀具磨损规律，研究了刀具磨损对铣削精加工表面完整性各指标的影响规律，并结合具体的试件疲劳性能测试实验分析了刀具磨损对试件疲劳性能的影响规律和作用机理，得出Allvac 718Plus材料精铣参数下刀具后刀面磨损量的控制范围不超过0.15 mm，获得了影响试件疲劳性能的主要影响因素。相关研究成果为控制Allvac 718Plus试件精加工的表面完整性和刀具磨损量提供了参考。

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30. 基于标称齿轮当量载荷的聚合物齿轮齿面承载能力评价方法

胡新磊, 刘怀举, 魏沛堂, 卢泽华, 廖常军, 朱加赞

中国机械工程 2023, 34 (24): 2927-2935. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.004

摘要（148）

PDF （6709KB）（91）

目前，聚合物齿轮主要沿用金属齿轮齿面承载能力评价方法，未能综合考虑聚合物齿轮材料属性、润滑状态和应力条件等多因素的影响，导致工程实际中聚合物齿轮材料选择、强度设计和齿面承载能力评估时严重依赖工程经验，限制了高承载精益设计。提出了基于标称齿轮当量载荷的聚合物齿轮齿面承载能力评价方法，获取了不同润滑状态、齿轮材料、加工方式等在内的共169组、6000余小时聚合物齿轮耐久试验数据。研究结果表明，油润滑可显著提高塑料齿轮的齿面承载能力，且油润滑下PEEK（聚醚醚酮）齿轮相比POM（聚甲醛）和PA66（聚酰胺）齿轮的齿面承载能力高30%以上，为聚合物齿轮主动设计和动力传递应用提供了评价方法和基础数据支撑。

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31. 基于硼酸溶液的电火花加工机理分析及实验研究

郑倩, 张亚欧, 高强, 卢军成, 杨翔钧, 赵万生,

中国机械工程 2023, 34 (24): 2936-2945. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.005

摘要（128）

PDF （16363KB）（92）

核电厂堆内零部件在线维修需要浸没在硼酸溶液中实施，为验证硼酸溶液中电火花加工（EDM）的可行性，以2200 mg/L的硼酸溶液为放电介质进行加工实验。采用实验设计（DOE）探究硼酸环境下工艺参数对材料去除率、通孔的入口直径、表面质量以及电极损耗的影响规律，在最优电参数下实现小孔成形加工，并分析小孔尺寸精度和再铸层分布规律。研究结果表明：硼酸溶液作为工作介质的放电过程剧烈且产生大量气泡，气泡辅助放电和促进排屑机理可以提高硼酸溶液中电火花加工的材料去除率；在峰值电流I=24 A、脉宽Ton=20 μs和脉间Toff=20 μs的最优参数下，小孔表面再铸层厚度较小且无裂纹；硼酸溶液适合作为电火花加工的工作介质。研究结果可为核电厂堆内零部件在线维修的电火花加工提供理论支撑。

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32. 一种仿蝗虫弹跳机器人的设计与制作

王铠迪, 陈岁繁, 唐威, 秦可成, 李其朋, 杨展, 刘阳, 邹俊

中国机械工程 2023, 34 (24): 2946-2951. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.006

摘要（233）

PDF （3896KB）（259）

为了提高小型机器人的机动性，增加运动步态的多样性，基于蝗虫的身体结构和运动机理设计了一款仿蝗虫弹跳的跳跃机器人，机身主体采用3D打印制作而成。为了复现蝗虫的弹跳动作机理，在机器人主体的连接处安装了扭转弹簧来模拟蝗虫的SLP机构（半月形储能机构），当机器人遇到障碍物时，扭转弹簧将储存的弹性势能释放，产生地面反作用力，实现机器人的弹跳从而越过障碍物。经实验验证，该机器人具有良好的跳跃性能，其跳跃距离可达100 cm，跳跃高度可达120 cm，约为自身身长的15倍。

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33. 考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析

陈光宇, 翁直威, 张松,

中国机械工程 2023, 34 (24): 2952-2962. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.007

摘要（129）

PDF （11432KB）（84）

同时考虑尺寸误差和外部径向载荷，改进了一种预紧双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度计算模型。首先，基于赫兹理论，考虑制造过程中的尺寸误差和因装配不当等因素引起的径向外部载荷，改进了滚珠载荷分布和轴向静刚度模型。其次，采用Newton-Raphson迭代法计算了双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度，并在自行研制的加载试验台上进行了加载变形试验，验证了模型的正确性。最后，通过仿真分析，研究了外部轴向载荷、外部径向载荷和滚珠尺寸误差对双螺母滚珠丝杠轴向静刚度的影响。研究结果表明，所建立的双螺母滚珠丝杠静刚度模型对描述轴向变形位移和轴向静刚度有较好的效果，对指导预紧双螺母滚珠丝杠在静止或低速工况下的承载能力评估和精度设计有一定的参考意义。

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34. 基于闭环辨识模型的永磁同步直线电机分数阶反馈控制方法

钟永彬, 高健, 冯富原, 张揽宇,

中国机械工程 2023, 34 (23): 2773-2780，2793. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.001

摘要（154）

PDF （7146KB）（109）

为了提高永磁同步直线电机（PMLSM）的跟随精度，提出了一种基于闭环辨识模型的分数阶反馈控制方法，通过对反馈控制系统误差幅值特性进行特定分数阶次形式的精准调节来有效抑制PMLSM的跟随误差。该方法推导了PMLSM闭环辨识模型，通过误差幅值特性分析，确定了分数阶超前-滞后补偿器参数选定方法，以实现分数阶反馈控制系统对PMLSM控制频域特性的准确描述，进而提高PMLSM辨识精度及控制性能。采用所提方法在PMLSM龙门运动平台上进行辨识方法和不同运动规划的跟踪实验及圆轨迹运动实验的验证，实验结果表明，该闭环辨识方法能有效抑制外界对辨识信号的干扰，所建立的闭环辨识模型准确性高；相较于PID控制方法，所提分数阶反馈控制方法能够大幅减小PMLSM跟随误差，对于不同运动规划，跟随误差的均方根误差值减小至少82.47%，验证了所提方法可有效提高PMLSM跟踪精度。

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35. 碳玻混杂复合材料单钉单剪螺栓连接结构失效模式及渐进损伤分析

朱福先, 仇刚, 朱兴民, 徐先宜, 周金宇

中国机械工程 2023, 34 (23): 2781-2793. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.002

摘要（89）

PDF （27531KB）（42）

采用试验和数值模拟相结合的方法，研究碳玻混杂复合材料螺栓连接结构的失效载荷、失效模式及其渐进损伤过程。基于ABAQUS平台建立了36种不同宽径比（W/D）、端径比（E/D）连接结构的有限元模型。根据三维Hashin失效准则和三维Chang-Chang失效准则，结合连接结构的拉伸试验，分析了结构尺寸E/D、W/D对失效载荷和失效模式的影响，探讨了不同失效模式下的渐进损伤过程。研究结果表明，一定混杂比的碳玻复合材料螺栓连接结构的失效主要有挤压失效、剪切挤压混合失效、拉伸失效三种模式;连接结构的结构尺寸E/D、W/D对结构的失效载荷和失效模式影响较大;连接结构的挤压失效模式是层合板在螺栓孔挤压边轴线位置发生基体挤压损伤，并沿轴线方向呈扇形向外扩展至结构失效；剪切挤压破坏模式是层合板在螺栓孔至端面处发生大量纤维和基体的拉伸损伤，伴随螺栓孔受压边基体挤压损伤，形成豁口至结构失效；拉伸失效模式是层合板在螺栓孔上下位置发生纤维和基体拉伸损伤，并沿横向扩展至层合板上下边缘至结构失效。

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36. 四点接触球轴承钢球-沟道多点接触成因分析

王亚涛, 邱明, 张家铭, 王会杰

中国机械工程 2023, 34 (23): 2794-2804. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.003

摘要（143）

PDF （10503KB）（70）

针对四点接触球轴承钢球与沟道间发生多点接触引起轴承过早失效的问题，以QJ214四点接触球轴承为研究对象，建立了钢球-沟道接触模型，分析了结构参数及工况参数变化时钢球-沟道发生多点接触的成因。研究结果表明，内外圈沟道曲率半径系数或内外垫片厚度的增大可使钢球-沟道接触状态由三点接触转变为两点接触，再转变为三点接触；恒定转速时，轴向载荷的减小可使钢球-沟道接触状态由两点接触转变为三点接触；转速及轴向载荷均恒定时，径向载荷的增大可使部分钢球-沟道接触状态由两点接触转变为三点接触，再转变为四点接触。研究成果为避免四点接触球轴承在运转过程中发生多点接触而引起的猫眼圈磨损失效提供了参考。

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37. 动压辅助非牛顿流体抛光工具设计与工艺研究

张其聪, 姜晨, 叶卉, 申岭鑫, 矫梦蝶

中国机械工程 2023, 34 (23): 2805-2811，2823. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.004

摘要（81）

PDF （8987KB）（53）

针对非牛顿流体磨盘抛光材料去除率较低且不均匀的问题，开展动压辅助非牛顿流体抛光工具设计与工艺研究。通过增加压力可控的中心供液，形成动压液膜，实现动压辅助非牛顿流体抛光工具设计；分析填充材料Silly-putty力学特性，对传统磨盘抛光工况进行数值仿真；基于FLUENT分析动压辅助后抛光工具供液压力对加工区域液膜动压场、总压场和速度场的影响；基于Preston假设构建材料去除函数模型。对304不锈钢工件展开抛光工艺验证实验，结果表明：通过压力可控中心供液，可有效提高材料去除率及其均匀性；当供液压力为0.8 MPa、转速为1200 r/min、进给速度为6 mm/s时可获得最佳表面粗糙度（Ra=19 nm）和材料去除率（2.431 mg/min）。实验结果证明，动压辅助非牛顿流体抛光工具可有效提高抛光质量与效率，改善材料去除均匀性。

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38. 齿面摩擦和几何偏心对含变位直齿轮啮合刚度的影响研究

郝壮壮, 张庆春, 胡云波, 郭宜斌, 王东华, 李玩幽

中国机械工程 2023, 34 (23): 2812-2823. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.005

摘要（101）

PDF （12063KB）（57）

以含变位的渐开线直齿轮副为研究对象，基于能量法建立了包含非线性赫兹接触刚度、真实的齿廓型线和基体刚度耦合效应的齿轮啮合刚度计算模型。考虑齿轮变位的影响，修正了啮合刚度计算中齿廓型线、基圆半角和齿根圆半角的计算公式；修正了考虑齿面摩擦时的基体耦合刚度模型；推导了考虑几何偏心的齿轮啮合点压力角模型。研究了变位、齿面摩擦和几何偏心对啮合刚度的影响规律。结果表明，变位齿轮副的中心距、啮合刚度幅值、重合度都有着较大变化；由于变位，一对相互啮合的齿轮齿面摩擦力方向改变的时刻不再是发生在单齿啮合区间，进而影响齿轮啮合刚度特征；几何偏心会使啮合刚度峰-峰值增大，同时啮合刚度频域中出现以转频为间隔的边频，当主从动轮都存在偏心时会出现以转频之差为间隔的边频；综合考虑三种因素作用，可显著影响齿轮啮合刚度特性。研究结果为进一步研究变位齿轮动力学提供了参考。

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39. 阵列变截面球槽结构电解加工流场设计及试验研究

严丁虎, 赵建社, 张昌昊, 高伟正, 朱寅,

中国机械工程 2023, 34 (23): 2824-2831. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.006

摘要（79）

PDF （10544KB）（42）

变截面球槽结构表面硬度高、三维形状复杂，采用电解加工具有较好的技术经济优势，但其加工精度和加工稳定性受流场影响比较明显。为提高电解液流场均匀性，基于流场仿真分析探讨了通液方式、流道结构对流场分布的影响规律，并开展了电解加工试验研究。仿真和试验结果表明：采用定向流道供液的分域通液方式有利于提高流场稳定性和流速分布一致性，可以有效提高工艺稳定性；优化出入口流道结构可以进一步提高球槽表面质量，能够满足加工稳定性和加工精度要求。

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40. 无人帆船翼帆桅杆根部应力影响因素及其影响规律研究

牛温超, 孙朝阳, 盛忠起, 俞建成, 赵宝德, 赵文涛,

中国机械工程 2023, 34 (22): 2647-2658. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.22.001

摘要（217）

PDF （15151KB）（166）

为研究翼帆桅杆根部应力的影响因素及其影响规律，基于等效原理提出了桅杆根部应力的数值计算模型，并通过有限元计算验证了所提模型的准确性。基于所建模型推导发现，对桅杆根部应力造成影响的参数共包含4个外部参数（无人帆船横摇周期、横摇幅值、横摇角度、翼帆偏转角度）和3个翼帆本体参数(翼帆重心高度、翼帆质量、偏心距离)。基于所建模型分析了上述因素对桅杆根部应力的影响规律，发现应力值与横摇周期成递减的负二次幂函数关系，与横摇幅值、翼帆重心高度、偏心距离和翼帆质量成正比，应力值随偏转角度的变化曲线与正弦曲线相吻合，并且在一个横摇周期内应力值曲线呈现正弦波形。最后，针对应力集中于桅杆根部的情况，提出了一种设置加强筋以优化结构的方法，并通过有限元计算和转台晃动实验分析的方法进行了验证，发现所提方法可以有效减小翼帆桅杆工作过程中根部的应力值。

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