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1. 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（1761）

PDF （8557KB）（543）

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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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（859）

PDF （17216KB）（702）

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. 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（737）

PDF （4289KB）（170）

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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4. 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（606）

PDF （5879KB）（311）

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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5. 双电机精密传动机构消隙方法研究

郑杰基, 陈凌宇, 范大鹏, 谢馨

中国机械工程 2022, 33 (22): 2684-2692. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.005

摘要（591）

PDF （6537KB）（336）

针对双电机精密传动机构两路传动链间隙引起的速度波动大与冲击的问题，对系统的间隙消除方法展开了研究。建立了包含行星减速器输出端齿轮与大齿圈啮合间隙的机构动力学模型，通过模型仿真分析了传动链间隙大小对系统特性的影响；在此基础上，提出了基于速度指令的动态偏置力矩和基于差速负反馈的交叉耦合同步控制相结合的复合消隙方法。搭建了双电机精密传动机构实验测试装置，进行了消隙方法的验证实验。实验结果表明，在简单的速度闭环情况下，所提的复合消隙方法不仅能够保证完全消除系统间隙，还可以将系统速度跟踪精度最大提高73.38%，启动阶段的冲击幅值最大衰减76.35%。研究成果为双电机精密传动机构高精度控制方法的进一步研究打下基础，为齿轮传动系统间隙的消除提供了一种参考方案。

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6. 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（575）

PDF （5702KB）（470）

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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7. 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（568）

PDF （10716KB）（229）

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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8. 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（546）

PDF （3728KB）（225）

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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9. 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（540）

PDF （6100KB）（328）

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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10. 碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

逄显娟, 岳世伟, 黄素玲, 谢金梦, 王帅, 宋晨飞, 岳赟, 刘建, 李栋

中国机械工程 2023, 34 (03): 277-286. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.003

摘要（532）

PDF （16300KB）（175）

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料，采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征，并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明：随着CF添加量的增加，复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高，当CF添加量（质量分数）为20%时，摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低，分别为0.247、5.6×10-6 mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主，并且伴随着轻微的磨粒磨损。

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11. 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（519）

PDF （5495KB）（296）

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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12. 磁悬浮高速电机转子低频振动机理及补偿方法

纪历, 马雪晴, 陈震民

中国机械工程 2022, 33 (17): 2053-2060. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.006

摘要（489）

PDF （7012KB）（103）

在实际工业应用中，磁悬浮电机转子时常出现与转速无关的低频振动。针对该问题，从数学模型及外部激励两个层面对该低频振动进行了分析，结果表明磁悬浮电机转子的低频振动由闭环控制系统的固有频率决定，且该振动会在噪声的激励下被激发。研究了基于扩展状态观测器的振动补偿策略，并提出了引入扩展状态观测器后控制系统稳定性的判据方法。通过仿真与试验对提出的振动补偿策略进行了验证。结果表明：在同样白噪声激励下，加入补偿器后转子最大振动量较单独使用PID控制时下降约21%；在30 000 r/min转速下，补偿器的作用更为明显，转子最大振动量减少了26.6%。

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13. 行人与自动驾驶汽车的交互研究

吕伟, 郭伏, 刘莉, 张泽宇, 王天博

中国机械工程 2023, 34 (05): 515-523. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.002

摘要（486）

PDF （3924KB）（350）

从行人汽车环境系统视角出发，探索道路交通系统中行人安全设施、自动驾驶汽车让行行为、驶近方向以及外部人机界面（eHMI）等因素对行人与自动驾驶汽车交互过程的影响。基于洞穴式自动虚拟环境（CAVE）仿真平台，使用Unity 3D软件设计、开发了自动驾驶汽车的驾驶场景，招募38名志愿者参与行人与自动驾驶汽车交互实验，并记录交互过程中行人的决策时间、决策结果和交互体验等数据。利用生存分析对38名行人被试的实验数据进行了统计学分析，结果表明：在有自动驾驶汽车的交通环境中，行人安全设施、自动驾驶汽车的让行行为和eHMI能够显著缩短行人决策时间、提升交互体验、提高交通效率。但行人安全设施对行人决策与行为的影响主要体现在过街间隙出现的早期，汽车让行行为的影响相对滞后，同时光带式eHMI用于传达自动驾驶汽车让行意图的效力和清晰度有限。

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14. 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（481）

PDF （8847KB）（222）

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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15. 内啮合强力珩齿工件齿面珩削纹理预测与控制方法研究

韩江, 李振富, 田晓青, 费宁忠, 夏链,

中国机械工程 2023, 34 (01): 10-16. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.002

摘要（478）

PDF （3961KB）（205）

以内啮合强力珩齿工艺为对象，研究工件齿面珩削纹理的形成机制，并对珩削纹理进行预测，提出一种珩削纹理的主动控制方法。建立工件齿面接触线模型，模拟珩齿加工过程；研究珩磨轮修整工艺原理，得到珩削速度与加工纹理的映射关系。由于珩削速度受制于工件齿轮与珩磨轮的中心距和轴交角等参数，提出以轴交角和中心距为控制对象，对珩削工件齿面纹理的分布情况及纹理变化趋势进行控制的方法；采用不同工艺参数进行齿轮加工，并对齿面进行三维形貌检测。被加工齿轮齿面检测结果与预测模型高度吻合，表明采用该方法可以实现对珩齿加工纹理的控制。

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16. 磁场辅助剪切增稠流体抛光硬质合金刀片的仿真与实验研究

李鸿宇, 黄向明, 明阳, 李希扬, 曾清, 周东栋

中国机械工程 2023, 34 (06): 650-659. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.003

摘要（472）

PDF （14414KB）（185）

为了提高硬质合金刀片磨削后的表面质量，提出了一种用于硬质合金刀片抛光的新方法——磁场辅助剪切增稠流体抛光。介绍了该抛光方法的基本原理，配制抛光液并进行流变特性的测试与分析，基于流变测试结果，获得了抛光液的优化配制方案。通过ANSYS FLUENT模块获得不同放置方式下工件表面的流场状态，分析在不同抛光速度与磁感应强度下工件表面的动压力与剪切应力分布情况，确定了工件的放置方式和加工参数。建立抛光实验平台，通过抛光实验探究了抛光速度、磁感应强度等工艺参数对表面粗糙度与材料去除率的影响规律。实验结果表明：刀片表面粗糙度Ra随着抛光速度的增大而降低，但磁感应强度对表面粗糙度影响不明显；工件表面抛光液的剪切应力和速度的乘积与材料去除率成正相关性。通过优化抛光工艺参数（工件竖直放置、抛光速度100 r/min、磁感应强度30 mT），可以获得刀片表面粗糙度Ra=15 nm的超精密加工表面，以及11.1 μm/h的高材料去除率。

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17. 圆柱齿轮滚切倒棱刀具设计

何坤, 何晓虎, 杜彦斌

中国机械工程 2022, 33 (22): 2704-2710. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.007

摘要（470）

PDF （6802KB）（222）

针对实际生产中圆柱齿轮的高速齿廓倒棱需求，提出了连续切削的滚切倒棱新方法，完成了滚切倒棱刀具廓形设计。首先参考圆柱齿轮滚齿加工运动，建立刀具与齿轮的初始位置关系及刀具安装位姿坐标系，并通过倒棱参数与所建的安装位姿坐标系计算刀具安装位姿参数；其次根据倒棱运动及刀具安装位姿，建立空间运动坐标系并推导坐标系间的变换关系，通过连续求解刀具前刀面与齿轮倒棱目标廓形的接触点，提出刀具廓形计算方法；最后选取某型号的圆柱斜齿轮为倒棱对象，利用切削仿真软件完成齿轮及滚切倒棱刀具的三维建模，通过编写仿真运动程序实现倒棱切削仿真，在此基础上利用倒棱机床进行加工实验。仿真及实验结果表明，所设计的倒棱刀具能够满足圆柱齿轮的高效齿廓倒棱需求，也验证了刀具廓形计算方法的正确性。

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18. 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（468）

PDF （4758KB）（199）

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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19. 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（456）

PDF （6544KB）（371）

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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20. 考虑温度影响的机器人关节摩擦模型

张一楠, 丁建完

中国机械工程 2023, 34 (02): 127-134. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.001

摘要（453）

PDF （3917KB）（250）

为描述连续运转下的温度对串联机器人关节摩擦的影响，提出一种考虑温度影响的关节摩擦模型。该摩擦模型可在无需对温度进行测量或估计的前提下描述关节温度变化对关节摩擦的影响。通过实验测量了机器人关节在不同角速度下连续运转时的摩擦力矩，并基于理论模型对数据进行了拟合。实验结果对比验证了该关节摩擦模型的有效性，且该模型能较为准确地描述连续运转下关节摩擦力矩的变化。

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21. 变胞机器人重构及转向时足着地柔顺性控制

刘俊, 阮小栋, 杨鹏亮, 吴迪, 郑敏毅

中国机械工程 2022, 33 (24): 2917-2926. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.24.003

摘要（450）

PDF （6423KB）（155）

变胞机器人能够根据外界环境变化在轮式行驶和足式行走两种运动模式间自然切换，因此兼具在平整结构路面上快速行驶和在崎岖山地越障行走的能力。基于广义坐标法建立了变胞机器人转向重构过程的运动学模型，考虑到重构过程中摆动腿与环境接触时存在较大冲击，提出了利用阻抗控制方法实现摆动腿着地柔顺控制。在传统阻抗控制的基础上，基于李雅普诺夫渐进稳定性定理设计了自适应阻抗控制器，并利用粒子群优化算法对阻抗控制参数进行了优化。通过在不同环境刚度下仿真分析，证实了经过参数优化后的自适应阻抗控制器能够很好地实现对期望接触力的跟随，提高了变胞机器人对未知多变环境的适应性。最后针对变胞机器人转向重构过程中足着地进行了路面实验，进一步证实了优化后的自适应阻抗控制方法的优越性。

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22. 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（450）

PDF （6266KB）（242）

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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23. 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（449）

PDF （10626KB）（379）

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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24. 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（447）

PDF （13329KB）（131）

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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25. 小交错角面铣准双曲面齿轮副的几何设计与啮合特性

刘思远, 宋朝省, 朱才朝

中国机械工程 2022, 33 (13): 1521-1528,1536. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.002

摘要（439）

PDF （12048KB）（112）

提出一种针对小交错角面铣准双曲面齿轮的几何设计方法，推导了基于单叶双曲面副瞬时轴线的空间节圆锥副设计参数几何关系，提出了考虑齿根平滑过渡的小交错角准双曲面齿轮副啮合特性控制方法。建立了齿轮副啮合模型与有限元分析模型，研究了不同外载荷对齿面啮合特性的影响。小交错角齿轮传动原理样机验证了准双曲面齿轮可在小交错角极端几何尺度下平稳工作。

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26. 一种平面闭链腿式机构的尺度参数优化设计

王仙业, 刘海涛, 黄田

中国机械工程 2022, 33 (11): 1261-1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.001

摘要（437）

PDF （6330KB）（301）

以Theo Jansen机构输出的足端轨迹为目标，对一种新型平面闭链腿式机构的尺度参数进行优化。利用基本杆组法建立了该新型机构的运动学模型，根据新型机构和Theo Jansen机构的结构特点，利用曲柄摇杆机构的极限位置条件，将设计变量数目减少为一个；以两机构的足端轨迹偏差最小为目标，以各尺度参数间的几何关系为约束，建立了单目标优化问题，并利用一维搜索法得到优化结果。在此基础上，设计了一种八足移动机器人并搭建实验样机，验证了设计结果的可行性。

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27. 单晶硅的磨削辅助电火花线切割机理研究

贾祯, 李淑娟, 麻高领, 邵伟, 乔畅, 张晨

中国机械工程 2022, 33 (20): 2459-2467,2475. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.20.009

摘要（434）

PDF （18336KB）（75）

针对目前磨削辅助电火花线切割（A-WEDM）微观切割机理尚不明确的问题，以单晶硅为加工对象，通过设计电路对最大放电间隙进行了测量。通过采集和分析加工中的放电波形、观测加工后工件表面形貌同时比较磨粒出刃高度与放电间隙的大小,研究了A-WEDM材料去除机理。考察了4个因素（脉冲宽度、占空比、进给速度和线锯速度）对A-WEDM切割单晶硅的材料去除率和表面粗糙度的影响。实验结果表明，A-WEDM切割单晶硅的最大放电间隙为57 μm，在加工的初始阶段先产生放电腐蚀作用；当加工处于稳定阶段时，在每个脉冲宽度内，工件材料在放电腐蚀与金刚石颗粒磨削的耦合作用下被去除;而在每个脉冲间隔内，放电腐蚀作用停止，金刚石颗粒的磨削作用仍然存在，从而去除了放电产生的部分重铸层与电蚀坑。

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28. 裂纹故障对轮齿时变啮合刚度的影响分析

孟宗, 李佳松, 潘作舟, 庞修身, 崔玲丽, 樊凤杰

中国机械工程 2022, 33 (16): 1897-1905，1911. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.002

摘要（433）

PDF （4709KB）（238）

针对裂纹引起齿轮时变啮合刚度（TVMS）减小这一现象，研究了裂纹故障对TVMS的影响规律。首先，构建了完整的轮齿齿廓曲线，基于传统势能法分析了相邻齿耦合效应对TVMS的影响，对TVMS计算公式进行修正。其次，采用有限元法确定了裂纹萌生点所在位置，提出了一种沿深度拓展的裂纹曲线，分析了裂纹深度对TVMS和负载分担比的影响，研究了裂纹同时沿深度与长度方向拓展的中早期故障模型。最后，构建了不同故障齿轮副模型，采用有限元法对裂纹沿深度结果进行验证，结果表明势能法与有限元法相吻合。

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29. 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（432）

PDF （14085KB）（204）

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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30. 基于加工误差敏感度与模糊层次分析法的行星滚柱丝杠公差匹配优化方法

吴翰林, 魏沛堂, 蔡磊, 胡瑞, 刘怀举, 杜雪松, 朱才朝, 刘浪

中国机械工程 2022, 33 (22): 2693-2703. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.006

摘要（432）

PDF （7696KB）（50）

行星滚柱丝杠（PRSM）公差主动设计对提高其传动性能与加工可行性有着至关重要的作用。建立了综合考虑丝杠、滚柱、螺母的螺纹同轴度误差、螺距误差与中径误差的PRSM行程误差及轴向间隙模型，计算得到各误差因素敏感性指数；基于三角模糊数的专家评判层次分析法，计算各误差因素加工权重，初步分配PRSM行程精度各误差项公差；基于序列二次规划算法对轴向间隙各误差项公差进行优化；以标准型PRSM为例，验证了该方法的有效性。结果表明：针对行程精度与轴向间隙各误差项进行公差优化的方法，不仅极好地平衡了行程精度与轴向间隙，且增加了关键公差带宽度，提高了零件加工可行性，算例表明，优化后完整周期内轴向间隙最小值由-25 μm变为0，避免螺纹干涉发生；优化后V300行程变动量基本不变，公差带宽度平均增加65%，保证PRSM 5级精度指标的同时提高了关键零件加工可行性，降低了加工成本，可为PRSM公差主动设计理论提供参考。

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31. 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（427）

PDF （2405KB）（428）

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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32. 薄板类零件加工精度可靠性分析及工艺参数优化

易茜, 李聪波, 潘建, 张友

中国机械工程 2022, 33 (11): 1269-1277. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.002

摘要（426）

PDF （5621KB）（224）

针对薄板类零件加工过程中加工变形导致加工精度低的问题，利用有限元法和高斯过程回归算法建立了加工变形预测模型，综合考虑机床运动误差与工件加工变形,对薄板件加工精度可靠性进行分析，建立了以加工效率和平均加工变形为目标、加工精度可靠度为约束的铣削加工工艺参数优化设计模型，并利用多目标优化算法进行求解，确定了协调加工效率和加工变形最优的工艺参数组合。案例研究结果表明，经优化设计后最低加工精度可靠度达到98.21%，平均加工变形减小21.14%，加工效率提高了4.18%，为薄板类零件铣削加工工艺参数选择提供了一种可行的方法。

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33. 基于局域共振的舰船浮筏低频减振方法

郭彭, 周奇郑, 骆子寅, 李剑

中国机械工程 2022, 33 (17): 2046-2052，2060. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.005

摘要（424）

PDF （5371KB）（119）

为控制动力机械激励下的舰船浮筏低频振动和噪声线谱，由变分原理建立了动力机械平板局域共振单元的耦合振动方程，采用模态叠加法导出了耦合振动方程的解，并给出了平板辐射声功率级的计算公式；设计了小尺寸轻质低频局域振子，分析了局域共振单元对动力机械激励下平板结构低频振动与辐射声功率线谱的控制效果。研究表明：在附加质量小于平板质量3%的要求下，局域共振单元可将低频振动线谱激励下平板结构表面平均振速级和辐射声功率级降低10%以上；当局域共振单元中包含多个固有频率不同的局域振子时，可以控制平板结构的多个低频振动与噪声线谱。

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34. 基于机器学习的石油装备用大截面高强韧马氏体钢智能设计与性能研究

李方坡, 路彩虹, 赵靖宵, 李秀程, 尚成嘉

中国机械工程 2022, 33 (19): 2325-2330. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.006

摘要（424）

PDF （5541KB）（181）

为了满足超深层油气资源开发需求，针对石油装备用强度等级最高的低碳马氏体钢，结合成分性能大数据，基于四种不同机器学习方法分别建立了大截面高强韧低碳马氏体钢成分强度和成分硬度预测模型，分析表明，神经元层数为4、层深为64的人工神经网络模型的性能预测精度和拟合程度最好。采用遗传算法对材料成分进行智能最优化设计，获得CrNiMo和SiMnCrNiMo两种材料系中屈服强度大于1100 MPa、硬度大于42HRC、碳含量小于0.22%的最优成分，材料的端淬硬度分布曲线与预测值基本一致，最大误差小于3HRC。依据优化设计成分进行多批次产品生产制造后结果表明，150 mm直径的构件全截面获得95%以上的细小针状马氏体组织，屈服强度大于1100 MPa，低温冲击吸收能大于45 J，满足服役性能要求，预测结果与生产实验结果具有较高的一致性。将材料大数据与机器学习相结合实现了材料的智能化设计开发，为高性能材料的开发提供了新途径。

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35. 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（422）

PDF （8340KB）（132）

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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36. 光纤法珀式SiC耐高温压力传感器的制造与测试

盛天宇, 李健, 李鸿昌, 蒋永刚

中国机械工程 2022, 33 (15): 1803-1809. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.006

摘要（421）

PDF （3820KB）（210）

针对高温环境下压力参数的原位测试需求，基于碳化硅（SiC）材料优异的耐高温特性，研制了一种光纤法珀式全SiC结构耐高温压力传感器。采用超声振动铣磨的加工方法制备了表面粗糙度Ra约11.9 nm的SiC传感膜片。利用SiC晶片氢氟酸辅助直接键合技术，实现SiC传感膜片与SiC基板的高强度气密性键合。搭建了高温压力测试系统，对制备的SiC耐高温压力传感器样机进行了高温环境下的性能测试。结果表明，该传感器能够实现600 ℃高温环境下 0~4 MPa范围内的压力测量；600 ℃下传感器的压力灵敏度达到104.42 nm/MPa，具有较高的线性度，R2＞0.99。

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37. 考虑主轴-刀柄结合面特性的机器人铣削系统刀尖频响预测研究

梁志强, 石贵红, 杜宇超, 叶玉玲, 籍永建, 陈司晨, 仇天阳, 刘志兵, 周天丰, 王西彬

中国机械工程 2023, 34 (01): 2-9. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.001

摘要（415）

PDF （5586KB）（236）

针对机器人铣削系统刀尖频响具有位姿依赖特性，导致机器人变位姿加工时稳定性难以准确预测、加工颤振难以有效控制的问题，提出一种考虑主轴刀柄结合面接触刚度的机器人铣削系统刀尖频响预测方法。基于欧拉拉格朗日法与吉村允孝单位面积法，分别构建了机器人本体动力学模型与主轴刀柄结合面接触刚度模型，进而基于有限元主副自由度理论将机器人本体动力学模型与主轴刀柄结合面接触刚度模型结合，构建了机器人铣削加工系统刀尖频响预测模型。开展了机器人不同位姿下刀尖频响预测验证实验，结果表明，仿真与实验得到的刀尖频响函数相比，固有频率最大误差为6.63%，对应幅值最大误差为9.80%，验证了所提出的预测模型的准确性，证明了该模型能够实现机器人任意位姿下的频响函数准确预测。

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38. 基于神经-肌肉架构的仿生并联躯干柔顺控制

朱雅光, 朱建伟, 李茹月, 宋志鹏

中国机械工程 2022, 33 (13): 1576-1585,1637. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.008

摘要（413）

PDF （13848KB）（116）

模仿动物躯干的构造搭建了六自由度仿生并联躯干。提出一种神经肌肉控制方法，通过控制虚拟肌肉的伸缩使仿生并联躯干在外力冲击下进行柔顺运动。建立了神经运动控制网络，根据非线性振荡器生成的节律信号规划了仿生并联躯干的运动轨迹。运用逆运动学求解了关节转角，按照转角信息控制电机带动仿生并联躯干运动。构建的虚拟肌肉模型在外力作用下驱动躯干关节产生顺应运动。仿真模型和并联躯干实体测试结果表明该方法可有效提高并联躯干的柔顺缓冲性和快速响应性。

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39. 全周边液压滑阀冲蚀形貌及性能演化特性

李双路, 訚耀保, 张鑫彬, 王晓露, 傅俊勇

中国机械工程 2022, 33 (17): 2038-2045. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.004

摘要（413）

PDF （3042KB）（190）

针对高端液压元件因滑阀冲蚀磨损引起阀口轮廓变动与性能不确定性问题，考虑颗粒物撞击阀口的概率事件，提出了基于Edwards冲蚀模型的全周边滑阀冲蚀圆角定量计算方法，并以阀控对称缸为例，揭示了四边滑阀各阀口冲蚀后的轮廓及阀特性的演化规律。研究结果表明，阀口的冲蚀圆角由颗粒物尺寸、颗粒物数量、撞击速度、阀口大小等因素直接决定；阀口流量越大、颗粒物数量越多、压差越大，颗粒物的撞击速度就越大；颗粒物尺寸相对阀口开度越大，颗粒物撞击阀口的概率就越大；在阀控缸动力机构中，液压缸的结构尺寸、运动速度、负载决定了各个阀口流量、压降和阀口开度。在负载恒定、液压缸恒速情况下，阀控对称缸4个阀口的流量相同但压降不同，冲蚀后的阀口圆角不一致。冲蚀导致滑阀压力增益降低，泄漏量增大，且产生零偏，零偏位移可通过惠斯通桥路平衡原理求出。

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40. 基于颗粒阻尼的变频空调压缩机管路减振设计

张鸿权, 肖望强

中国机械工程 2022, 33 (18): 2172-2182，2189. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.003

摘要（410）

PDF （12282KB）（143）

为解决变频空调压缩机管路振动问题，利用有限元法对管路进行动力学分析，在测点位置进行35～72 Hz变频试验测试。建立管路颗粒阻尼的能耗模型，通过离散元法确定颗粒材质、粒径和填充率等最优设计参数，并搭建管路减振试验台。振动试验结果表明：采用颗粒材质为铁基合金、颗粒粒径为2 mm、阻尼器填充率为90%的设计参数，当进气管采用B型阻尼器和45°布置方式，3个测点位置的加速度最大减幅分别为36.57%，30.15%，45.79%，当排气管采用A型阻尼器和水平方式时，3个测点位置的加速度最大减幅分别为40.87%，62.04%，50.42%。最后将试验的加速度响应变化趋势与耗能模型分析结果进行对比，验证了管路颗粒阻尼耗能模型的可行性。

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