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1. 振动压路机的能量传递模型与作业参数优化研究

惠记庄, 骆伟, 张泽宇, 张军, 王杰

中国机械工程 2024, 35 (03): 541-547. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.016

摘要（5）

PDF （1996KB）（6）

为提高振动压路机作业过程的压实质量，研究了振动压路机的能量传递模型与作业参数优化。首先基于U-K方程建立“碾轮被压实材料”的系统振动动力学模型，结合能量守恒提出振动压路机能量传递模型；然后以振动频率和压实速度作为寻优工作参数，构建路面压实质量的优化模型；最后通过案例验证证明了所提方法的可行性与有效性。结果表明：工作频率与被压实材料的固有频率比值保持在2～2范围内，可避免共振带来的影响；初始阶段低速碾压，材料性能稳定后提高碾压速度可保证高效压实，得出振动频率在21.8～27 Hz、压实速度在2.36～2.91 km/s范围内，可达到最优的压实效果。所提的能量传递模型、作业参数优化模型为保障振动压路机压实质量奠定了基础，为提高振动压路机压实质量和效率提供了参考。

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2. 基于改进预瞄控制模型的车道保持系统设计

梁永彬, 付广, 林智桂, 何智成, 张家洛, 陈涛

中国机械工程 2024, 35 (03): 548-558. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.017

摘要（6）

PDF （8767KB）（9）

为解决扭矩控制的车道保持（LKA）系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题，采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论，利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Carsim/Veristand/MATLAB搭建了硬件在环仿真试验平台，通过虚拟仿真验证了该车道保持系统设计的有效性与准确性。基于GB/T 39323—2020、CN-CAP—2021、Euro-NCAP—2022并结合实车调试及用户关注场景对车道保持系统的测试要求，通过仿真及实际场景对比验证得出以下结论：相对于扭矩控制的LKA系统，在相同使用场景下，使用角度控制的车道保持系统具有较好的车道保持能力、稳定性、适应性和鲁棒性。

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3. 基于NSGA-Ⅱ的滑油泵叶轮结构优化设计

孙永国, 金欣, 薛冬, 单建平, 石晓春

中国机械工程 2024, 35 (03): 559-569. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.018

摘要（6）

PDF （6468KB）（10）

滑油泵常需要在高空、低压工况下稳定运转，常会出现供油不足、效率降低等问题。为了得到满足设计要求且具有最佳性能的滑油泵，以某直升机用滑油泵叶轮为研究对象，对其结构进行优化设计。选择高空两个典型工况的效率与扬程作为优化目标，利用NSGA-Ⅱ算法对滑油泵叶轮几何参数进行寻优，对优化前后的滑油泵效率、扬程进行对比分析。采用CFD流体仿真及实验方法对优化结果进行对比验证。结果表明：所选优化参数对滑油泵性能有较大影响，优化后的滑油泵叶片位置附近流动更加平稳，高低压区域过渡平缓，能量损失更小，且降低了汽蚀发生的可能性；优化后的滑油泵设计点扬程提高2.6 m，效率提高2.86%。

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4. 驱动系统效率最优的并联混合动力商用车模式切换及换挡控制策略

严正峰, 蒋光宗, 姚明尧

中国机械工程 2024, 35 (02): 354-363. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.020

摘要（16）

PDF （19302KB）（16）

为提高搭载自动变速器的并联混合动力商用车燃油经济性，以驱动系统效率最优为目标，提出一种新的驱动模式边界划分和挡位边界划分方法。制定了基于效率最优的模式切换及换挡控制策略，并在中国重型商用车行驶工况下对所制定的控制策略进行了仿真验证。结果表明，所提出的策略不仅能够维持电池荷电状态的平衡，且百公里油耗比电辅助控制策略低11.2%，具有更好的燃油经济性。

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5. 尺寸偏差下的车身含胶滚边滚轮的位姿补偿

李默之, 朱文峰, 王顺超

中国机械工程 2024, 35 (02): 364-370. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.021

摘要（16）

PDF （7970KB）（11）

针对铝合金车身更严格的外观精度要求，提出一种面向车身尺寸偏差的滚轮位姿补偿方法。首先对尺寸偏差区间与胎模边线进行等距离散，得到尺寸偏差矩阵；然后基于Frenet标架与齐次坐标变换将尺寸偏差映射为滚轮位姿，得到滚轮位姿偏差矩阵；最后将滚轮位姿补偿量转化为滚轮位姿偏差矩阵行编号的调整量，得到补偿后的滚轮位姿。其中，滚轮位姿偏差矩阵由胎模曲面/曲线方程、滚轮倾角，以及FEM-SPH有限元仿真获得的尺寸偏差与TCP-RTP值的量化模型决定。实验结果表明，滚轮位姿补偿后的车身尺寸偏差平均值由0.32 mm降至0.14 mm。

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6. 凸棱非平面聚晶金刚石齿的破岩机理及在含砾地层中的应用

陈炼, 魏小虎, 曹强, 周岩, 杨迎新, 胡川, 赵志杰, 伍彬

中国机械工程 2024, 35 (02): 371-379. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.022

摘要（18）

PDF （19830KB）（12）

为提高聚晶金刚石复合片（PDC）钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能，开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比，凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀，切削破岩过程中的载荷波动幅度明显更小，切削稳定性更高。凸棱齿特殊的非平面结构改变了切削齿与岩石的互作用方式，在不均质地层得到成功应用。

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7. 基于缸盖等效构件模型的热机疲劳寿命预测与优化设计方法

杨文军, 庞建超, 康鑫, 王磊, 李思成, 张哲峰

中国机械工程 2023, 34 (24): 3004-3014. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.012

摘要（141）

PDF （9409KB）（69）

为了更加高效、简便地预测内燃机缸盖的疲劳寿命并开展改进设计，基于缸盖等效构件模型提出了热机疲劳寿命预测与优化设计方法。依据火力面几何特征实现了缸盖模拟构件的数值建模，进一步利用Sehitoglu理论探究了服役载荷对缸盖热机疲劳损伤的影响，研究结果表明工作转速对缸盖热机疲劳寿命的影响最大，三种损伤类型中机械损伤占主导地位。最后，基于模拟构件和响应面试验设计方法开展了缸盖构件的优化设计，经优化后鼻梁区处最大应力降低了7%，疲劳寿命达到了6.7×104次循环，改善了缸盖构件的疲劳损伤特性，为服役工况下缸盖热机疲劳寿命预测与结构优化提供了理论依据。

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8. 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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9. 考虑轮胎载荷转移影响的复合式胎压监测补偿修正方法

唐先智, 张晓壮, 郝少澎, 王波, 张宇

中国机械工程 2023, 34 (23): 2881-2888. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.012

摘要（76）

PDF （6683KB）（41）

车辆在加速和爬坡时会产生载荷转移，导致胎压监测结果受到干扰，针对该问题，提出了基于轮胎载荷的胎压监测结果补偿修正方法。基于双重无迹卡尔曼滤波对车辆质量和质心位置进行了双重估计，采用递推最小二乘法（RLS）进行了坡度识别。利用轮胎转毂试验台进行试验，得到载荷、车速、胎压和轮胎下沉量的数据，拟合了载荷、车速、胎压与轮胎下沉量的关系表达式。利用坡度识别，通过车辆质量和质心位置的估计，计算四轮独立载荷，修正相应的轮速脉冲。试验结果表明：没有载荷修正的胎压计算值存在20%的稳定误差和大幅度波动；加入载荷修正，虽有一定的迟滞性和波动，但会很快收敛到真实值，稳定误差在5%以内，解决了因载荷变化导致胎压估算不准确的问题。

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10. 基于反馈线性化与非线性扰动补偿的液压型风电机组有功功率控制研究

陈立娟, 吴蝶, 高伟, 魏龙正, 曹晟维, 艾超, 李景彬

中国机械工程 2023, 34 (23): 2889-2897. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.013

摘要（75）

PDF （6922KB）（46）

液压型风电机组并网后不能直接发电，需要对有功功率进行控制，而风能具有随机性和波动性，导致该系统具有时变性和非线性，故需解决外部扰动下风机有功功率的精准控制。采用反馈线性化解决液压主传动系统非线性问题，采用非线性扰动观测器快速精准观测外部扰动对系统输出功率的影响，设计了不匹配扰动下的有功功率补偿控制器，精确补偿扰动对系统输出功率的影响，最终得到了液压型风电机组有功功率控制策略。基于30 kV·A液压型风电机组半物理模拟实验平台，使机组输出有功功率能够精准跟随目标转速变化，有功功率绝对误差为±0.05 kW，稳态误差在3%～5%范围内。

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11. 基于逆向法的变轨距列车踏面优化设计

张笑, 池茂儒, 谢雨辰, 王欢声, 蔡吴斌, 代亮成

中国机械工程 2023, 34 (22): 2746-2757. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.22.011

摘要（137）

PDF （10372KB）（50）

通过研究中俄变轨距列车动力学问题发现，一种车轮踏面可能无法适配多种轨道，可能造成低锥度晃车、临界速度降低、磨耗性能变差等问题。为此，基于轮轨接触关系、车辆动力学理论、车轮型面逆向设计递推算法，提出了匹配多种钢轨的均良化踏面设计方法，并在此基础上对LMA踏面进行优化，得到LMAopt踏面，LMAopt踏面匹配P65钢轨等效锥度从0.026提高至0.04，匹配CHN60钢轨等效锥度维持在0.038，保留了匹配两种钢轨交错的接触区，有利于减轻凹磨。LMAopt踏面与俄罗斯P65钢轨匹配时，低锥度晃车现象得到有效抑制，横向平稳性指标明显得到改善，车辆临界速度提高22%；LMAopt踏面与中国标准CHN60钢轨匹配时，其动力学性能与LMA踏面处于同一水平。在两种钢轨共同作用下，LMAopt的磨耗性能也有所改善，可以确保车辆服役周期内的动力学性能。综上，LMAopt踏面是更适合变轨距列车应用的优化踏面。

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12. 管道封堵机器人的卡瓦承压性能与管壁损伤特性仿真与试验研究

唐洋, 张吴镝, 张玉林, 王远,

中国机械工程 2023, 34 (22): 2758-2771. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.22.012

摘要（132）

PDF （26064KB）（78）

管道封堵机器人卡瓦在减速与坐封过程中易出现坐封失效和管壁损伤等问题。针对卡瓦在减速与坐封过程中出现的犁沟效应和硬接触现象，分析了卡瓦减速与坐封受力情况和管壁损伤因素；建立了卡瓦减速与坐封过程的有限元仿真模型，分析了卡瓦牙顶角、牙倾角、牙齿数等结构参数变化对其承压性能和管壁损伤特性的影响规律；采用多因素正交试验分析方法，获得了牙顶角、牙倾角、牙齿数关键结构参数组合最优的4种卡瓦；设计并搭建了卡瓦减速与坐封过程模拟实验，加工了4种最优组合结构参数卡瓦实物，完成了卡瓦减速坐封过程中与管壁摩擦的实验测试。通过仿真与实验所得卡瓦承压性能和管壁损伤程度结果对比分析，优选出卡瓦的最优结构参数组合为：牙顶角θ=65°，牙倾角γ=60°，牙齿数m=18。

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13. 氮化铝基板嵌入式微流道设计及激光刻蚀研究

马预谱, 魏涛, 王力, 赵俊熠, 张鑫磊, 陈妮, 李亮, 何宁

中国机械工程 2023, 34 (20): 2496-2503. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.20.013

摘要（143）

PDF （19033KB）（58）

氮化铝（AlN）高温共烧陶瓷（HTCC）基板具有热导率高、热稳定性好等优点，在氮化铝基板中嵌入微流道可以大幅提高散热能力并减小封装厚度，但小尺寸、硬脆性氮化铝微流道精密加工难度较高。基于某阵列功率器件的散热需求，开展了氮化铝嵌入式微流道设计研究；为解决氮化铝陶瓷基板微流道加工难题，开展激光刻蚀氮化铝陶瓷工艺研究，探索氮化铝陶瓷基板的线刻蚀阈值及激光参数对线刻蚀槽尺寸和形貌的影响规律，并提出了激光与化学铣切的复合加工方法。实验结果表明：线刻蚀中激光刻蚀的功率阈值与扫描速度成正相关；随着激光功率的增大，线刻蚀槽宽度将大于光斑直径，会造成过度加工；激光与化学铣切复合加工得到的微流道结构尺寸精度误差均小于50 μm，表面粗糙度可以达到5.6 μm。

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14. 高速列车散热离心风机性能灵敏性分析及优化

屈小章, 张加贝, 翟方志

中国机械工程 2023, 34 (20): 2504-2512. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.20.014

摘要（146）

PDF （5905KB）（82）

为提高高速列车散热系统的离心风机性能，采用离心叶轮结构参数化模型和计算流体动力学（CFD）仿真模型，结合气动性能试验，建立了离心风机性能的CFD仿真模型；通过单因素灵敏性分析，识别了叶片数和叶轮宽度的合理值。采用拉丁超立方抽样模型对离心风机的叶轮结构与性能参数进行采样；通过径向基神经网络模型对结构和性能参数进行学习，重构了离心风机气动性能分析模型，并对离心叶轮结构参数进行了多因素灵敏性研究。通过全局灵敏性分析，识别了影响性能的关键参数。合理匹配离心叶轮结构参数，提出了改进离心风机性能的优化方案，工况点的效率由67.2%提高至73.7%，显著提高了离心风机效率，减小了流动损失。

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15. 基于BP-AdaBoost算法的复杂产品装配制造成熟度等级评估方法

徐美姣, 薛善良, 张惠, 周国庆, 卢红根

中国机械工程 2023, 34 (20): 2513-2519. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.20.015

摘要（140）

PDF （1843KB）（58）

现有复杂产品装配制造成熟度等级评估依赖专家凭经验确定指标权重和指标评分，存在主观性较强、工作量大、耗时长、无法传承评价实例所蕴含的知识等问题。为了提高复杂产品装配制造成熟度等级评估的效率以及客观性，利用成熟度等级评价实例数据，研究基于BP人工神经网络和AdaBoost算法的制造成熟度等级评估方法。构建复杂产品装配制造成熟度评价指标体系，给出基于模糊评价法和隶属函数的评价指标及成熟度等级达成度量化方法，建立基于BP神经网络的复杂产品装配制造成熟度等级评估模型，并使用AdaBoost算法优化成熟度等级评估BP神经网络模型。采用复杂产品分系统装配制造成熟度评价数据集对评估模型进行训练和实验，分析BP-AdaBoost的评估结果，获得最优评价模型。实验结果表明，基于BP-AdaBoost算法的复杂产品装配制造成熟度等级评估方法具有较好的可靠性与准确度。

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16. 永磁轨道参数优化和悬浮力特性研究

张明亮, 杨大伟, 李明远, 杨新梦, 刘丽茹, 张连朋

中国机械工程 2023, 34 (19): 2370-2380. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.012

摘要（151）

PDF （6125KB）（78）

面向高温超导钉扎磁悬浮列车，提出了一种利用田口正交方法优化永磁轨道参数的方法，通过有限元法研究了Halbach型双峰永磁轨道的尺寸对磁场的影响，以综合磁场性能最佳为目标对影响因素进行了优化。基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导体的方法（简称等效处理方法），并通过实验数据验证了该方法的正确性。研究结果表明，永磁轨道截面高度对平均磁感应强度和单位质量平均磁感应强度的影响远超截面宽度对它们的影响，纯铁厚度为非显著影响因素；基于等效处理方法得到的悬浮力随悬浮间隙的减小而增大；优化永磁轨道提供的悬浮力为实验永磁轨道提供悬浮力的1.5倍，悬浮刚度随高温超导体行数的增大迅速增大。

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17. 精确预测近平面应变载荷下各向异性行为的屈服准则参数识别策略

都凯, 任彦强, 侯勇, 李小强, 陈帅峰, 孙亮, 左晓姣, 袁晓光

中国机械工程 2023, 34 (19): 2381-2393. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.013

摘要（137）

PDF （11832KB）（72）

随着现代汽车工业对冲压零部件成形精度要求的不断提高，描述商用汽车板材变形行为的模型的精度也必须相应提高。在此背景下，结合当前工业级实验室检测能力，提出一种基于单轴拉伸、等双轴拉伸和近平面应变数据标定先进各向异性屈服准则的参数识别策略。将新提出的校准方法应用于BBC2008屈服准则并与其他几种屈服准则（包括工业界广泛使用的Hill48和Barlat89，以及与BBC2008灵活性相当的Yld2004-18p、Yld2011-27p、Yoshida2013和Poly4*Hosford）进行比较。通过定量评估MP980和SPCE钢以及5182-O和A6XXX-T4铝合金的法平面屈服轨迹、对角线平面剪切屈服轨迹、等双轴和单轴拉伸屈服应力与塑性应变比的预测误差，验证了新参数识别策略的有效性和适用性。结果表明，新方法能够全面提升塑性各向异性方面的描述能力，尤其是对于对角线平面剪切屈服轨迹。不同屈服准则对商用汽车板材各向异性行为的描述能力表现出非常大的差异性。特别地，在使用相同力学性能数据校准屈服准则的前提下，释放指数的潜在调节能力比增加材料参数的数量更加重要。

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18. 汽车环境舱流场的数值模拟与实验研究

许翔, 张艺伦, 梅铮, 李建, 王丹, 牟连嵩

中国机械工程 2023, 34 (17): 2115-2123. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.011

摘要（181）

PDF （11260KB）（79）

采用实验方法研究了汽车环境舱在无车状态下的风速分布、边界层厚度、轴向静压梯度以及动压稳定性等流场特性；采用数值模拟方法建立1∶1的汽车环境舱模型，考虑环境舱内各种实验设施设备对流场的干扰效应，对环境舱内的流场分布进行了数值模拟。研究结果表明：汽车环境舱内的流场比较紊乱，试验段的流场呈现发散射流状态；主风机出口风速分布不均匀，最高风速与最低风速之间相差36 km/h；气流从风机流出后风速衰减明显，轴向静压梯度变化大；试验段内气流的边界层较厚，距离风机中心方向越远边界层厚度不断增大；数值仿真结果表明主风机的安装位置和尺寸对环境舱流场有一定影响，增大风机出风口的尺寸可以改善环境舱试验段的流场品质。

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19. 主挖力臂配比对主挖区界定及挖掘性能评价的影响研究

李佳豪, 任志贵, 庞晓平, 王军利, 曹书生, 俞松松

中国机械工程 2023, 34 (17): 2124-2141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.012

摘要（155）

PDF （31579KB）（93）

主挖区的挖掘性能是分析评价挖掘机性能的关键指标，其范围界定直接影响评价结果，而作业力臂又与作业范围和挖掘力性能密不可分。以某22 t反铲液压挖掘机为例，引入力臂系数的概念并基于力臂曲线和各机构传动比曲线，选取不同主挖力臂系数并以不同挖掘方式所引起的力臂变化为依据建立了主挖力臂配比方案。基于工作域图谱分析法和极限挖掘力模型，分别求解其理论挖掘力和限制因素来分析不同主挖区的挖掘性能。研究结果表明：对于作业范围，铲斗力臂主要影响其挖高和卸高，斗杆力臂主要影响其挖径，动臂力臂主要影响挖深和挖高。对于挖掘性能，增大某作业缸力臂会使得挖掘力增大，而相应的作业缸充分发挥比会减小；相反，增大某非作业缸力臂对挖掘力影响较小，但其作业缸充分发挥比会增大；斗杆力臂主要影响其平均挖掘力，而铲斗力臂主要影响其最大挖掘力。基于此，将对于斗杆挖掘以0.6∶0.8∶0.6的力臂系数配比、对于铲斗和复合挖掘以0.6∶0.8∶0.8的力臂系数配比方案所形成的主挖区作为各自挖掘方式的最佳挖掘性能主挖区。该研究提出了以主挖力臂系数的配比方式定义主挖区的方法，揭示了不同主挖力臂配比对挖掘性能的影响规律，为挖掘性能分析和工装优化提供了评判指标和参考方向。

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20. 基于光散射斑图成像特征的微细颗粒原位粒径检测方法

孙毅, 李长杨, 毛亚郎, 叶伟伟,

中国机械工程 2023, 34 (16): 2001-2008. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.16.014

摘要（113）

PDF （11025KB）（63）

针对工业化制备微细颗粒原位在线检测的难题，基于光散射消光法测量颗粒粒径，利用图像分析和数据特征分析方法分析讨论了原位效果下不同样本颗粒浓度的图像像素值数据规律。在球磨机原位实验条件下，对满足一定粒径范围下确定样本颗粒质量浓度的散射光斑图像进行采集，通过对比光斑图像明亮程度的差异性统计分析像素值极小值的分布规律，建立不同粒径范围和不同样本浓度的标准对照参数模型。利用确定参数的样品颗粒液对模型进行验证，分布规律区间相似匹配度在0.95以上。对球磨机制备微细颗粒过程中的颗粒进行模型对比判断，结果表明该方法适用于原位粒径初级检测。

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21. 超声波键合压力自适应平衡装置设计与实验研究

周利杰, 郝瑞林, 蔡国庆, 刘辉, 宿世界

中国机械工程 2023, 34 (16): 2009-2015. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.16.015

摘要（105）

PDF （7472KB）（45）

针对即时检测芯片在超声波键合过程中对高键合均匀性和高键合精度的要求，利用空气具有摩擦阻力小和可弹性压缩的特点，设计了超声波键合压力自适应平衡装置，分析了键合压力自适应平衡原理。为验证该装置的键合效果，开展了压力分布均匀性实验、键合实验、超声振子谐振频率和阻抗的对比。结果表明：对于69 mm×15 mm的芯片，该装置能够将微通道高度峰峰值控制在1.3 μm以下，将熔接线宽度峰峰值控制在为23.3 μm以下；相比对照组，该装置能够降低压力分布均匀性系数约50%~72%，能够将微通道高度峰峰值减小96.2%，标准差减小96.8%，能够将熔接线宽度峰峰值减小96.8%，标准差减小96.3%；该装置对长度为19~69 mm的芯片具有较好的适应性，微通道高度峰峰值能够控制在1.9 μm以下；该装置不会对原有键合设备的超声振子系统产生较大影响，在相同键合压力下对比不锈钢夹具，谐振频率的最大差值和反谐振频率的最大差值均为2 Hz，最小阻抗模值和最大阻抗模值的差值均不超过3.5%。超声波键合压力自适应平衡装置具有较好的压力自适应平衡能力，能够有效提高键合均匀性和键合精度，满足即时检测芯片对高键合均匀性和高键合精度的要求。

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22. 变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法

王元锋, 祝连庆, 何彦霖, 周康鹏,

中国机械工程 2023, 34 (15): 1873-1880. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.012

摘要（204）

PDF （5104KB）（191）

变构型飞行器在飞行过程的大尺度变形监测是航空航天领域的研究难点和热点，现有方法难以实现飞行器飞行过程中的高精度三维变形监测。针对这一问题，提出一种基于光纤传感的变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法，以实现飞行器飞行过程中的变形监测。基于光纤光栅应变传感原理，推导了光纤应变和曲率之间的关系，建立了光纤传感局部坐标系和全局坐标系之间的转换矩阵，实现了光纤测点坐标到全局坐标系的转换，根据空间曲线拟合方法研究了基于曲线拟合的三维变形重构算法。同时，为了减小光纤传感器的测量误差，对光纤传感器进行标定测试，获得了传感器的应变灵敏度。为了验证所提方法的有效性，对柔性蒙皮样件在不同曲率下的三维变形重构进行了实验测试。实验结果表明，柔性蒙皮样件在0～15.38 m-1曲率的变形范围内，形状重构方法的平均误差为3.5%，最小误差不足2.1%。所提方法在航空航天等领域具有较好的应用前景。

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23. 非随机载荷不确定的机车侧墙过滤系统两相流可靠性分析

屈小章, 张加贝, 翟方志

中国机械工程 2023, 34 (15): 1881-1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.013

摘要（184）

PDF （5262KB）（129）

针对机车侧墙过滤系统制造安装和运行环境变化的可靠性问题，考虑到载荷参数认知不确定性建模困难，结合制造安装随机性，提出了一种含区间非随机载荷不确定的机车侧墙过滤系统两相流可靠性分析方法。首先，通过实验对比，建立了机车侧墙过滤系统两相流的CFD模型。其次，采用概率和区间混合不确定性模型及其相应的有效可靠性分析方法，对机车侧墙过滤系统的两相流动力学问题进行可靠性分析。对样本充足的结构参数和样本不足的载荷参数分别用概率和区间法进行度量，因样本不足而造成的认知不确定性建模困难可以快速得到解决，扩展了区间混合不确定性的可靠性分析技术在两相流动力学问题研究中的适用性。通过对电力机车侧墙过滤系统两相流问题的阻力和过滤效率等载荷可靠性问题的研究，合理提高了关键参数的不确定性水平，既可兼顾成本又可提高过滤系统的可靠性，满足电力机车运行复杂环境高可靠性应用的要求，为工程应用提供参考。

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24. 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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25. 新型液压机械双流传动模式切换分析与控制研究

夏光, 魏志祥, 唐希雯, 纵华宇, 汪韶杰

中国机械工程 2023, 34 (13): 1611-1627. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.011

摘要（199）

PDF （11590KB）（93）

以自主开发的新型液压机械双流传动（HMT）系统为研究对象，分析了HMT系统的结构与工作特性。在此基础上，建立了HMT模式切换过程的数学模型与AMESim模型，并进行传动模式切换过程分析，获得HMT传动模式切换特性的影响因素。针对HMT模式切换过程存在的功率循环问题，提出了考虑功率循环的HMT模式切换策略。针对HMT模式切换过程中的速度波动问题，提出了基于马达输出转矩补偿的模式切换控制方法。仿真与试验结果表明：考虑功率循环的HMT传动模式切换策略可有效减小循环功率；基于马达输出转矩补偿的模式切换控制可有效减小速度的大范围波动。

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26. 汽车自动驾驶过程中不同姿态乘员在追尾碰撞中的损伤研究

武和全, 边楚虹, 胡林, 龚创业

中国机械工程 2023, 34 (13): 1628-1637. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.012

摘要（201）

PDF （12130KB）（105）

为探究自动驾驶情形下不同姿态乘员在追尾碰撞中的损伤风险，利用THUMS人体模型研究了不同姿态下乘员的生物力学响应。通过对比尸体试验的运动学响应对THUMS乘员约束系统模型的有效性进行了验证，在此基础上调整THUMS姿态，使其分别为E-NCAP规范下的标准乘员姿态和120°、150°、180°姿态。然后搭建对应的4种不同座椅角度追尾碰撞模型，对其施加E-NCAP下的追尾碰撞加速度波形（中速4.88g和高速6.44g）。通过8组仿真试验对比发现，在追尾碰撞中，标准姿态与120°姿态下的乘员损伤风险较小；颈部棘突间韧带应变值随乘员倾斜角度增大而减小；150°与180°姿态下乘员存在颈部前纵向韧带拉伤的风险；安全带在4种乘员姿态下均可起到约束作用，乘员下肢会以骨盆为中心发生偏转，肋骨未发生骨折，内脏器官均未见损伤。

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27. 基于伪距离的混凝土泵车臂架避障运动控制研究

黄毅, 胡勇, 范佳源, 胡明, 汤麒英, 熊英涛

中国机械工程 2023, 34 (12): 1495-1503. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.012

摘要（185）

PDF （5876KB）（103）

针对混凝土泵车臂架末端避障和臂架关节限制问题，提出一种基于伪距离的泵车臂架避障方法。运用超二次曲面函数表示空间障碍物，采用伪距离作为臂架与空间障碍物的接近程度指标。基于最小伪距离判别指标，对泵车臂架赋予一个避障速度，并对传统梯度投影算法进行改进，在避免关节运动超过关节极限位置的情况下实现泵车臂架的安全避障，同时保证避障过程的平稳性和臂架末端的轨迹精度。仿真及半物理实验验证了该算法在混凝土泵车臂架避障过程中的有效性，且能完成空间多障碍物避障。

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28. 基于神经网络与自调节卡尔曼滤波的超宽带定位算法研究

古玉锋, 杜雨洁, 王育阳, 李昆鹏, 黎程山

中国机械工程 2023, 34 (12): 1504-1511. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.013

摘要（230）

PDF （4899KB）（131）

提出了一种基于神经网络与自调节卡尔曼滤波的超宽带（UWB）定位算法，以改善目前某三线自动驾驶轨道交通系统车辆定位精度不够高的现状。使用UWB标签和基站采集大量标签与各个基站的距离信息及对应标签的实际位置训练神经网络。在实时定位阶段，标签与各个基站的距离信息经网络发送至集中控制中心的服务器，通过优化后的神经网络得出实时的UWB定位标签的位置，对实时得到的标签位置使用自调节卡尔曼滤波以进一步提高精度。根据实车运行情况设计了一组包含斜道、直道和弯道的UWB标签移动轨迹进行仿真，并搭建UWB定位系统，设计标签的行驶轨迹，对神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的UWB定位算法进行实验验证。结果表明：神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的定位算法最大定位误差为223.58 mm，平均定位误差为43.16 mm，定位误差均方根值为42.06 mm。提出的神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的定位算法相较于三点定位算法、卡尔曼滤波算法和神经网络算法，具有精度高、实时性好及稳定性高的优点，能够满足目前该三线轨道交通的定位要求。

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29. 辐照环境下新型气动位置传感器压力响应特性研究

向柔潼, 王时龙, 周杰, 易力力

中国机械工程 2023, 34 (11): 1364-1371. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.11.012

摘要（156）

PDF （3491KB）（62）

通用气动位置传感器敏感及转换元件涉及电子元器件，无法应用于辐照环境。针对辐照环境下位置传感器的应用问题，提出了一种新型气动位置传感器方案，通过监测对应部位内流场数值变化判断被测件是否达到预设位置。但该方案存在压力响应滞后的问题，导致被测件位置反馈出现滞后现象，因此准确预估滞后响应对传感器的位置补偿并提高位置检测精度至关重要。分析了气动位置传感器的内部流动，建立了压力响应预测模型，通过正交试验揭示了各工程变量对预测模型中系数和响应时间的敏感性，采用仿真对系数进行了进一步拟合。研究结果表明，建立的压力响应预测模型最大响应时间误差在0.01 s以内，当最大速度为100 mm/s时，重复定位误差在1 mm以内，预测模型能满足位置滞后量测量要求。

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30. 连续切换轮系下变尺寸物料的传输模型与路径规划

唐炜, 孙宇, 顾金凤, 陈远

中国机械工程 2023, 34 (11): 1372-1385. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.11.013

摘要（151）

PDF （11404KB）（41）

传统物流设备大多存在传输方式单一、线路柔性调整困难等问题。面向一种呈蜂窝状布局形式的模块化物料传输平台，在三轮模型与牛顿欧拉动力学的基础上，基于全向轮系分别推导了适用于变尺寸物料传输的运动学通用模型与动力学通用模型，以确保传输的准确性和平稳性。将融合生成的改进势场蚁群(IACSPF) 算法用于物料传输路径规划，提高了算法收敛速度并能避免陷入局部最优。最后通过仿真及实验对不同尺寸物料的传输轨迹、速度及路径规划进行了验证分析。研究结果表明，变尺寸物料能以最优路径稳定地传输至目标点附近，轨迹与速度均值的相对误差分别小于4.27%和8.33%，规划路径的长度、时间及拐点数优化率分别为20.77%、55.39%、73.33%，且安全距离较大，验证了所建通用传输模型的合理性以及IACSPF算法的有效性。

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31. 一种新型商用车驾驶室多轴道路虚拟试验研究

周松, 陈宇, 董红亮, 高翔, 申娟, 周佳, 万鑫铭

中国机械工程 2023, 34 (10): 1241-1250. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.014

摘要（234）

PDF （10957KB）（187）

为了提高商用车驾驶室多轴道路模拟试验台的控制精度，精确复现路谱采集信号，提出了一种基于运动学与动力学分析的驾驶室多轴道路虚拟试验台控制策略。依据机构学原理描述了试验台的结构，并进行了运动学分析和计算，利用位姿反解算法及含雅可比矩阵正解算法进行了闭环反馈的自由度解耦。实测驾驶室相关参数并与ADAMS软件相结合建立了驾驶室、部分车架及试验台的刚柔耦合多体动力学模型，创建Femfat-lab、MATLAB/Simulink和ADAMS软件接口进行自适应联合仿真计算，实现了试验台的自由度解耦控制。将多轴虚拟试验台与实车试验内部响应信号相结合，选择信噪比较高的信号为目标信号进行迭代分析，获取实车位置等效位移激励。选取典型的比利时路面载荷谱作为模型输入条件，从而重现与道路试验相结合的真实路谱。研究结果表明，与室内道路模拟试验台架及常规虚拟迭代结果相比，驾驶室采用多轴虚拟试验台的迭代次数明显减少，得到的时域、频域响应信号与目标信号的变化趋势相吻合，且各通道相对误差均方根值（RMS）均小于设定值，迭代精度高，从而验证了所提方法的可行性，为后续驾驶室疲劳寿命预测提供了可靠的载荷谱。

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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. 智能轮胎开发平台专用轮辋总成设计与试验

陶亮, 张大山, 张小龙, 潘登, 占庆良

中国机械工程 2023, 34 (09): 1111-1119. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.012

摘要（237）

PDF （10926KB）（61）

针对专用轮辋总成进行了设计与试验研究，包括专用轮辋、弹性体和专用滑环三个主要部件。首先明确智能轮胎开发平台的功能及其对专用轮辋总成的设计要求，从气密性、动平衡、安全性等方面进行结构设计；然后用ABAQUS软件构建专用轮辋总成有限元模型，以某乘用车转向紧急制动工况前轮轮荷的2倍进行加载，专用轮辋强度和刚度校核满足要求。最后，采用7075航空铝合金锭材料对专用轮辋进行整体加工与气密性、动平衡和信号传输等验证试验。专用轮辋总成胎压为0.24 MPa时静置5天，胎压下降约0.8%，密封性良好；将专用轮辋总成安装在Flat Trac台架上进行不同车速的测试，同步采集滑环定子端运动图像和胎内传感器输出信号；利用图像亚像素匹配方法处理得到滑环定子端挠动量约0.5712 mm（车速50 km/h），满足轮辋动平衡和滑环使用条件；不同测试速度下胎内多个传感器信号通过专用轮辋总成实现稳定输出，信号能够有效表征轮胎接地特征。设计的专用轮辋总成满足智能轮胎开发平台的构建要求，为轮胎接地机理等研究提供了有效手段。

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34. 基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法

孙露萍, 张文昌, 王志华, 王振文, 任志墨, 张倩,

中国机械工程 2023, 34 (09): 1120-1125,1133. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.013

摘要（218）

PDF （3394KB）（110）

针对舱段对接装配需求，结合舱段对接工艺过程,提出一种基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法。首先将待对接舱段调整至相距基准舱段约50 mm待装位，采用2D激光位移传感器检测两舱段对接处三个点位的2D轮廓偏差，计算得到待对接舱段除自转角外的5个自由度位姿；然后根据两舱段法兰端面上的豁口特征，通过扫描两个舱段法兰豁口位置，计算得到待对接舱段自转角；最后将结果反馈至控制系统，驱动执行机构进行位姿的调整。通过引入误差的仿真并结合对接实验对所提方法进行了验证，结果表明，所提方法测量精度高，对接效果良好，能够满足舱段自动对接需求，有效提高了自动对接系统的效率、稳定性和一致性。

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35. 水空两用推进器齿式超越离合器接合特性研究

徐龙, 胡志强, 杨翊, 王超,

中国机械工程 2023, 34 (09): 1126-1133. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.014

摘要（195）

PDF （9121KB）（46）

从水空两用推进器对离合器的应用需求出发，设计了一种齿式超越离合器。通过仿真对离合器在不同结构参数下的接合特性进行优化分析，讨论了轮齿端面倒角和变位系数对接合过程、脱开速度和接触冲击力的影响规律。仿真结果表明，增大端面倒角度数和变位系数，可加快接合、脱开速度，减小接触冲击力；当倒角度数和变位系数分别为44°和0.84时，接合特性最优。继续增大倒角度数和变位系数，则接合、脱开速度变慢，接触冲击力变大。最后得到了接合特性指标最优的轮齿结构参数，并通过实验验证了仿真分析结果的正确性和有效性，仿真与实验的接合特性指标相对误差小于10%，证明了优化设计过程的有效性，设计结果满足推进器使用要求。

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36. 基于半赫兹接触的车轮磨耗预测分析

牛江, 池茂儒, 李大柱, 罗贇

中国机械工程 2023, 34 (07): 859-865，874. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.012

摘要（233）

PDF （4760KB）（131）

为了对比赫兹与半赫兹接触算法在轮轨磨耗仿真过程中的差异，建立CR400BF动车组动力学模型，分别基于赫兹接触与半赫兹接触算法（STRIPES）进行长距离仿真，用Archard磨耗模型计算磨耗量，以实测250 000km踏面磨耗量为参照分别比较两种算法的计算结果。结果表明：不同钢轨廓形对应磨耗量及磨耗分布差异明显；不同磨耗里程下半赫兹接触的接触斑形状差异明显，接触斑面积逐渐增大且最大接触应力逐渐减小；磨耗前期，两种接触算法得到的磨耗量及磨耗分布差异不大，且与实测结果较为接近，但磨耗中后期，两种算法得到的磨耗量较实测结果都偏大且半赫兹接触较赫兹接触更加符合实测结果，原因在于随着磨耗里程增大，轮轨接触不再满足赫兹接触假设。

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37. 矩形管辊弯成形角部充满度分析及试验验证

邢梦龙, 杜凤山, 付玉涛

中国机械工程 2023, 34 (07): 866-874. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.013

摘要（316）

PDF （11323KB）（64）

为了提高矩形管辊弯成形角部的成形精度，根据体积不变定律和金属秒流量相等原则对矩形管角部欠充满原因进行分析；结合工厂实际生产参数建立辊弯成形有限元模型，分析圆管管径和壁厚对成形过程中增厚系数、角部充满度的影响；根据角部欠充满区域中性层弧长线性对应关系进行圆管管径修正，确定系数修正关系式；对角部成形过程进行损伤判定，筛选出合适的圆管管径，将其仿真结果与试验进行对比。结果表明：辊弯成形过程中壁厚的增大使得角部处于欠充满状态；壁厚越小，成形过程中的增厚系数越小，所需圆管管径越小；圆管管径越大，角部充满度越好，同时管径的增大会增加辊弯出口处角部内侧损伤的可能性；仿真与试验结果的误差较小，验证了仿真模型的准确性。

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38. 新型无耳托板螺母拉铆过程数值仿真与试验验证

王守财, 孙昂, 刘如刚

中国机械工程 2023, 34 (07): 875-881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.014

摘要（510）

PDF （7273KB）（84）

一种新型304不锈钢无耳托板螺母的安装效率较高且能减少疲劳源，在航空领域应用广泛。基于Johnson-Cook模型建立了有限元模型，对该螺母拉铆成形过程载荷变化趋势、塑性流动、夹紧力与干涉量、夹层状态对铆接质量的影响分别进行分析，并开展了螺母的铆接安装试验。结果表明：有限元仿真模型与试验载荷曲线符合性较好，最大载荷误差为2.4%；螺母在受压应力远高于材料屈服应力时才发生结构失稳，迅速形成褶皱，塑性流动主要沿径向发展；拉铆过程可以给夹层提供一定量的夹紧力与干涉量，夹紧力在完成铆接后达到最大值，且在一定范围内夹层的斜度不影响夹紧力的大小，铆接过程最大干涉量为4.6%左右。

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39. 基于蛟龙号载人潜水器的深海非接触磁力驱动式沉积物贯入强度测量装置设计

任玉刚, 刘延俊, 丁忠军

中国机械工程 2023, 34 (06): 739-745. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.013

摘要（318）

PDF （8062KB）（89）

沉积物贯入强度探测是一种重要的深海沉积物强度原位测试技术。针对7000米级深海极端环境特点及精细化原位测量科学需求，开展了一种基于蛟龙号载人潜水器的深海非接触强磁式沉积物贯入强度原位测量装置研究，突破了原有贯入强度测量技术在7000米级深海结构复杂，无法实现原位、精细化测量的问题，提出了一种基于载人潜水器的永磁体力平衡传导非接触原理解决深海耐压与应变片形变传导的技术方法，并完成了样机研制及深海海上试验，取得了良好的测试效果。整套系统采用自容式工作方式进行数据的采集及存储，可与计算机连接实现数据原位读取，作业水深7000 m，贯入深度最大250 mm，测量量程 0～100 kPa，精度可达5%～10% FS。2021年3月在帕里希维拉海盆，搭载蛟龙号载人潜水器在181、185潜次中完成了5200 m及6650 m海试应用，成功获得土工力学数据。

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40. 软制动能量再生助力及其散热管理系统

周鑫, 雷贤卿, 李阁强

中国机械工程 2023, 34 (06): 746-755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.014

摘要（344）

PDF （12027KB）（108）

为提高矿用宽体车动力性能和液压系统温度管理水平，优化了液压系统设计。优化后的液压系统安装在某矿用宽体车上，与常规设计手段下为提高整车动力性能搭载更大流量发动机的同型号车型在矿区完成了满载驳运对比试验。同时利用AMESim和AVL Cruise对液压系统建立了物理模型，在经典工况下仿真了该系统各模块的动态特性以及整车的动力性能。仿真和试验结果均表明：该系统在重载下坡运输过程中可实现软制动，能量再生模块可提高整车动力性指标，与选用大流量发动机的同型号整车相近，但综合油耗降低约17%；能量再生模块能有效吸收轮边冲击以及液压系统模块切换瞬间压力冲击；液压系统中的热管理模块可实现矿用宽体车在-5~45 ℃的环境温度下作业，使系统热平衡温度保持在70±5 ℃，在极寒作业过程中使用箱体辅助加热作业提高了驳运效率，同时使液压系统能量利用率提高了19%。

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HTTP状态 404 - 未找到

Apache Tomcat

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