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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. 航空难加工材料切削刀具磨损与剩余寿命预测研究进展

罗欢, 张定华, 罗明

中国机械工程 2021, 32 (22): 2647-2666. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.001

摘要（934）

PDF （2230KB）（761）

航空制造领域因轻量化、强度等特殊的应用需求，大量使用钛合金、镍基合金等难切削材料，刀具磨损速率快，刀具过度磨损会影响产品质量，在保证产品质量的前提下，为了充分发挥刀具使用价值，亟需监测刀具磨损状态和预测刀具剩余寿命。针对刀具剩余寿命预测的定义、分类和主要预测方法进行了阐述，同时，刀具磨损监测作为刀具寿命预测的基础和先决条件，简述了其重要的流程和常见模型。刀具剩余寿命预测模型主要包括基于物理模型的预测、基于数据驱动的预测和混合预测三大类，对不同预测方法的优缺点和适用场景进行总结，并讨论了刀具剩余寿命预测的未来研究方向。

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3. 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（857）

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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4. 负载不平衡下小样本数据的轴承故障诊断

何强, 唐向红, 李传江, 陆见光, 陈家兑

中国机械工程 2021, 32 (10): 1164-1171,1180. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.004

摘要（844）

PDF （6051KB）（508）

针对轴承振动信号易受负载不平衡干扰以及轴承故障样本量少的问题，提出了一种基于梯度惩罚Wasserstein距离生成对抗网络（WGAN-GP）和自注意力卷积神经网络（SeCNN）的轴承故障诊断方法。对轴承振动信号进行短时傅里叶变换，得到易于WGAN-GP处理的时频谱样本，分为训练集、验证集、测试集；将训练集输入到WGAN-GP中进行对抗训练，生成与训练样本分布相似的新样本，并添加到训练集中以扩充训练集；将扩充后的训练集输入到SeCNN中进行学习，并将训练好的模型应用于测试集，输出故障识别结果。对CUT-2平台负载不平衡轴承数据集进行分析，实验结果表明，所提方法能够准确有效地对轴承故障进行分类。

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5. 电机散热系统的研究现状与发展趋势

汤勇, 孙亚隆, 郭志军, 张仕伟, 袁伟, 唐恒, 梁富业

中国机械工程 2021, 32 (10): 1135-1150. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.001

摘要（840）

PDF （15987KB）（536）

高效率的散热系统是抑制电机温升、提高电机运行稳定性和延长电机寿命的重要基础。详细介绍了风冷、液冷和蒸发冷却三种电机常用散热系统的发展现状；分析讨论了各类电机散热系统的优缺点和适用范围，重点综述了目前国内外在提高电机散热系统冷却效率方面的研究进展。结合额外热路增强型电机散热方案和相变散热技术提出了以相变传热器件来提高电机散热效率的新方案，最后对电机散热系统的发展趋势进行了科学预测与展望。

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6. 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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7. 螺栓连接微观摩擦到宏观动力学研究综述

曹军义, 刘清华, 洪军

中国机械工程 2021, 32 (11): 1261-1273. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.001

摘要（694）

PDF （7675KB）（490）

螺栓连接作为一种典型的机械装配结合方式，在航空航天、武器装备、能源化工和交通运输等关键机械装备设计和运行中扮演着至关重要的角色，但螺栓连接也引入了刚度和阻尼非线性因素，给装备的动力学性能预测和服役可靠性带来了新的挑战，这些促使螺栓连接研究涉及界面微观摩擦到宏观结构动力学多个学科。总结分析了螺栓连接界面微观摩擦到宏观动力学研究领域螺栓接头摩擦本构模型的分形表征、统计求和模型和Iwan模型的建模方法，归纳了目前国际上螺栓连接的几种实验测试基准系统，概述了螺栓连接宏观动力学问题中涉及的非线性建模、参数辨识、数值仿真技术和结构健康监测等多方面的最新技术进展，展望了未来螺栓连接动力学需要重点开展研究的方向。

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8. 化学机械磨削技术研究现状与展望

任莹晖, 周家恒, 李伟, 周志雄, 李陈方

中国机械工程 2021, 32 (18): 2143-2152. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.18.001

摘要（679）

PDF （6455KB）（508）

化学机械磨削能通过化学机械协同过程实现单晶硅、石英玻璃等硬脆材料的超精密高质低损加工，被广泛应用于半导体以及光学等领域器件的平坦化加工。在综述化学机械磨削技术材料去除机理、磨削工艺以及复合加工工艺等方面研究现状的基础上，对上述研究现阶段存在的问题进行了分析讨论。分析表明，从固固相化学反应机制和化学机械协同效应角度揭示化学机械磨削机理，有助于从材料去除机理、磨具结构设计以及复合加工工艺开发等角度创新得到提高该技术加工效率的可行性方法。最后，对化学机械磨削技术在多样化加工对象、较复杂结构加工、多能场复合加工工艺以及智能数据库开发等方向的发展进行了展望。

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9. 机器人辅助腹腔镜手术中力感知技术的研究进展

张建勋, 姚斌, 代煜, 夏光明,

中国机械工程 2021, 32 (21): 2521-2531. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.21.001

摘要（676）

PDF （4488KB）（626）

为了推动机器人辅助腹腔镜手术中力感知技术的深入研究和临床应用，综述了其研究进展。针对有传感器的力感知，将其分为基于电信号和基于光信号两类，分析了传感器在手术器械上的位置分布、机械结构、测量范围、测量精度和电磁兼容性等关键指标，并讨论了其优势和局限；针对无传感器的力感知，将其分为基于视觉和基于动力学模型两类，并分析了其实现方法、技术障碍和误差来源。最后，展望了机器人辅助腹腔镜手术中力感知技术的发展趋势。

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10. 基础装备制造及高档集成数控机床研究进展

胡涞, 查俊, 朱永生, 位文明, 李东亚, 罗明, 牛文铁, 陈耀龙

中国机械工程 2021, 32 (16): 1891-1903. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.16.001

摘要（653）

PDF （26502KB）（604）

为解决航空航天制造领域面临的关键问题以及提高机床行业的服务能力，机床行业提出建设航空航天制造领域高档数控机床创新能力平台。总结了创新平台的基础装备制造及高档数控机床的四个方面研究进展，包括电主轴单元技术（高速主轴刀柄刀具系统动力分析、数字化仿真和样机模态验证分析）、机床设计（直线轴进给系统刚柔耦合机电耦合动力学、多轴联动与高速五坐标混联加工装备、摆动/回转进给系统的机电耦合动力学模型验证分析、MTC1000镗铣磨复合加工中心结构创新设计）、机床控制（高速启停残留振动抑制技术验证分析）和机床验证（航空航天结构件高速加工现场的数据采集、映射与存储技术分析）。最后展望了基础装备制造和高档数控机床的发展方向。

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11. 基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究

宫燃, 张真宇, 程志高, 徐宜, 张鹤

中国机械工程 2021, 32 (14): 1639-1646. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.001

摘要（625）

PDF （5466KB）（497）

为预测重载越野车辆传动系统中密封系统的流固耦合特征，综合考虑密封环在微小约束空间内的受力状态以及密封间隙流场中的流动特点，建立了密封环双向流固耦合数值模型并提出了求解策略。采用多物理场代码耦合工具MpCCI联合FLUENT与Abaqus软件对旋转密封系统进行双向流固耦合数值计算，获得了旋转密封间隙流场中油液的流动状态。分析了密封环变形对密封系统泄漏量和密封环摩擦转矩的作用特征，通过双向流固耦合的动态模拟考察了传动系统工况对密封环性能的影响。利用车辆传动系统密封环综合性能试验台进行了密封性能的试验测试，对比发现计算值和试验值的变化规律具有一致性，验证了密封流固耦合数值模型及其计算结果的正确性。

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12. 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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13. 管道攀爬机器人非接触变磁隙式永磁吸附机构的设计与吸附性能优化

郭登辉, 陈原

中国机械工程 2021, 32 (14): 1659-1668. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.004

摘要（594）

PDF （3267KB）（647）

设计了一种能自适应吸附不同直径管道的非接触变磁隙式攀爬机器人。采用矢量磁位法和有限元法建立了吸附机构的磁场分布模型和磁吸附力模型。基于空间力系统的平衡方程建立了机器人的力学模型，得出爬壁机器人需要的最小磁吸附力。基于磁场和磁吸附力的理论模型与Maxwell仿真，通过离散组合法得到了最优磁铁宽度和磁吸附力。通过不同磁场和磁吸附力的对比计算，在最优磁铁宽度为80 mm时，得出近似圆弧机构单位体积的磁吸附力为0.0078 N/mm3，大于矩形磁铁单位体积的磁吸附力0.0047 N/mm3,它产生的磁吸附力满足单个机构所需的最小磁吸附力2100 N的负载要求。最后，通过实验获得了磁吸附机构的磁吸附力特性，证明了磁吸附机构优化设计的可行性。

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14. 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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15. 基于法向量区域聚类分割的点云特征线提取

史红霞, 王建民

中国机械工程 2021, 32 (21): 2552-2561. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.21.004

摘要（578）

PDF （7172KB）（179）

针对逆向工程领域中散乱点云模型过渡线及细节特征线提取不完整问题，提出一种法向量区域聚类的特征线提取方法。采用自适应邻域的主成分分析法估算模型的法向量，利用萤火虫算法优化的模糊C均值聚类算法对法向量的进行聚类实现模型的有效分割。构造点集剔除与合并准则从各分割块边界点集中析取候选特征点，再以局部邻域主轴方向为基准提取特征点。实验结果表明：简单模型的特征线基本可准确完整提取，相对复杂模型的特征线数量提取率可达90%，长度提取率达到了85%。算法具有良好的自适应性和准确性，能有效提取点云模型尖锐特征和细节特征，并尽可能多地保留模型过渡特征。

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16. 大尺度构件重载高精加工机器人本体设计与性能提升关键技术

丰飞, 杨海涛, 唐丽娜, 丁汉,

中国机械工程 2021, 32 (19): 2269-2287. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.19.001

摘要（578）

PDF （16780KB）（334）

基于典型大尺度构件的移动机器人化加工需求背景与发展现状的总结与分析，提出了大工作空间、高刚度、高精度、重载、轻量化、高动态响应、大负载自重比的大尺度构件加工机器人本体的基本性能要求。围绕上述基本性能要求，从机器人本体构型与机构优化设计，高性能加工机器人专用控制器与加工机器人操作系统开发，加工机器人运动学参数动态标定及位姿误差实时预测与动态补偿，刚柔耦合多体动力学建模，机器人动力学控制及主动振动控制等方面，论证了重载高精度加工机器人本体的优化设计及机器人性能提升方法，并完成了大尺度构件加工机器人本体构型与机构的概念设计。大尺度构件加工机器人本体的创新设计与研制，可为航空航天等领域的典型大尺度构件提供高性能的超柔性机器人化加工系统，并有助于推动国产工业机器人关键性能的提升。

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17. 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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18. 采用改进遗传算法优化神经网络的双目相机标定

张峰峰, 张欣, 陈龙, 孙立宁, 詹蔚

中国机械工程 2021, 32 (12): 1423-1431. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.005

摘要（569）

PDF （7128KB）（209）

针对传统BP神经网络在双目相机标定过程中存在的迭代时间长、精度低等问题，提出了基于改进遗传算法优化BP神经网络的方法来完成双目相机标定。使用融合多格算法的Trajkovic算子进行角点检测，利用点对点空间映射和网格运动统计相结合的方法完成同名角点匹配，在此基础上，提取同名角点的像素值并计算其实际的三维坐标值。对遗传算法的交叉和变异概率及选择算子进行改进，利用改进后的遗传算法对BP神经网络进行优化，将像素值和三维坐标值分别作为BP神经网络的输入和输出，进而完成双目相机的标定。实验结果表明：优化前后的平均标定预测精度分别为0.66 mm和0.08 mm,其平均标定预测精度提高了88%。优化前后的标定测试迭代次数分别为736和169，优化后迭代速度提高了3.4倍。改进遗传算法优化BP网络在双目相机标定过程中取得较好的效果，满足了双目相机标定的要求。

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19. 基于4-UPS/CPC并联机构的多维调姿隔振平台设计

张英, 孙豪, 马帅帅

中国机械工程 2021, 32 (13): 1513-1522,1529. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.001

摘要（569）

PDF （9410KB）（274）

提出了一种用于轮腿式机器人载运车的多维调姿隔振平台，该平台以4-UPS/CPC并联机构为主体，辅以弹簧阻尼模块，将调姿与隔振功能相结合，以满足载运车在工作过程中的姿态调整和隔振需求。以并联机构的工作空间、静刚度和灵巧度为目标，进行了4-UPS/CPC并联机构结构参数的优化设计；建立了路面谱模型，使用差分预测算法对载运车在C级路面上行走时保持上平台水平所需的支链长度进行了预测，通过仿真验证了所设计平台调姿功能的有效性；建立了多维隔振系统的振动模型，采用理论及仿真方法研究了系统在受迫振动下的振动响应，结果表明，隔振平台在5个自由度方向的隔振率均在57%以上；设计了隔振平台样机，搭建了实验系统，并进行了X、Y和Z方向的隔振实验，实验结果表明，所设计的多维调姿隔振平台在测试的3个方向上的隔振率均在50%以上，具有良好的隔振性能。

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20. 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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21. 深空着陆探测足式机器人发展综述

孙俊凯, 孙泽洲, 辛鹏飞, 刘宾, 危清清, 闫楚良

中国机械工程 2021, 32 (15): 1765-1775. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.15.001

摘要（559）

PDF （9048KB）（374）

介绍了世界主要航天大国关于深空着陆探测足式机器人的研究现状，对比分析了不同类型足式机器人的优缺点，从硬件与软件设计方面剖析了足式机器人在深空着陆探测任务中尚未工程化的主要问题。以此为基础，提炼出感知融合化技术、控制智能化技术、形态可重构技术、多机协同化技术等深空着陆探测足式机器人发展的关键技术，为中国研制深空着陆探测领域可工程应用的足式机器人提供参考。

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22. 混Ⅲ假人、GHBMC人体模型以及中国人体模型的正碰损伤差异

黎和俊, 杨震, 周大永, 张海洋, 王波, 张金换

中国机械工程 2021, 32 (15): 1836-1843. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.15.009

摘要（551）

PDF （7313KB）（180）

基于清华大学汽车碰撞试验室关于中国参数化人体有限元模型的研究，根据中国50百分位人体的参数生成了可用于碰撞仿真的中国50百分位人体模型，通过相同车型同一工况下的碰撞仿真分析，使用损伤响应分析和损伤风险曲线两种不同的评价方式研究了Hybrid Ⅲ假人、GHBMC有限元人体模型以及中国50百分位人体模型损伤响应的差异性。结果表明，相比中国50百分位人体模型，Hybrid Ⅲ 50百分位假人模型的颈部和胸部损伤风险更高，而GHBMC 50百分位人体模型的大腿损伤风险更低，分析结果揭示了两种乘员评价工具在评价基于保护中国人体而设计的乘员约束系统时的差异性和局限性。

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23. 五自由度并联驱动机构及其位置分辨能力分析

张金柱, 史汉卿王涛, 黄庆学, 姜力

中国机械工程 2021, 32 (12): 1414-1422，1431. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.004

摘要（548）

PDF （5843KB）（304）

提出了一种具有三移动和二转动的多分支耦合并联驱动机构，基于方位特征集法分析了机构自由度及机构末端的运动特征。利用齐次变换法建立了机构的运动学逆解模型，求解了并联驱动机构的全雅可比矩阵。基于牛顿迭代法建立了运动学正解模型，并对理论模型进行了仿真验证。利用CAD变分几何法绘制了机构的可达工作空间。定义了机构的全域位置敏感度系数指标，系统分析了特定工况下的驱动系统分辨率对机构位置分辨能力的影响规律。

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24. 变胞四足机器人倾覆后的变胞恢复机理及其特性研究

王圣捷, 戴建生,

中国机械工程 2021, 32 (11): 1274-1282,1292. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.002

摘要（546）

PDF （11804KB）（542）

机器人在无人环境下工作时，受外力及地形等因素影响而发生倾覆失去运动能力的情况难以避免，因此机器人需要具备倾覆后的自我恢复能力。在以静态方法为基础的恢复方法中，传统的恢复方式只能依靠腿部的运动来实现,而基于变胞四足机器人的可动躯干，可以提出一种区别于传统方法的利用躯干运动来实现四足机器人自我恢复的策略,该策略借鉴仿生灵感对动作进行规划。从力和能量的角度将这一方法与躯干无变胞的情况进行了对比，得到了优化的质心轨迹与减振方法。此外，利用仿真软件与变胞机器人样机对该策略进行了仿真与实物实验，验证了该方法的可行性并证明其可降低实现静态自我恢复的难度，并且通过不同条件下的实验证明了其在不同地形下具有一定的稳定性与适应性。

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25. 弧齿锥齿轮参数调节状态下行波共振特性及其影响规律研究

栾孝驰, 赵宇, 沙云东, 柳贡民, 赵钱,

中国机械工程 2021, 32 (24): 2899-2908，2914. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.24.001

摘要（546）

PDF （7272KB）（206）

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题，采用仿真分析与试验验证相结合的方法，研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析，讨论辐板厚度和工作温度对齿轮行波共振特性的影响；基于Hertz接触理论对啮合齿轮进行瞬态动力学分析，重点讨论行波共振状态下负载功率、工作温度及阻尼系数对齿轮应力分布的影响。仿真与试验对比结果表明：模态计算和动力学分析的仿真结果误差均在合理范围内。在满足齿轮设计有关要求前提下，调整辐板厚度可避开共振转速或共振频率。在振动应力分布的共振参数敏感性方面：当齿轮在三四节径行波共振状态下工作时，齿根处应力值最大，辐板正面应力值最小；随着齿轮负载功率、工作温度和阻尼系数变化，从动轮辐板正面应力变化较小，辐板背面和齿根处变化较大。在该齿轮改进和优化设计中，需重点针对三四节径行波共振进行处理。

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26. 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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27. 运行工况下风电传动系统机电耦合建模及其动态特性分析

秦大同, 吕雪慧, 陈锐博, 杨战斌

中国机械工程 2022, 33 (03): 253-260. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.001

摘要（542）

PDF （5566KB）（379）

为研究风电传动系统在变速变载运行工况下的机电耦合动态特性，构建的包括齿轮系统动力学模型、永磁同步发电机有限元模型以及风机运行控制模型的风电传动系统机电耦合模型，计入了齿轮时变啮合刚度以及发电机齿槽效应、磁饱和等非线性因素。仿真分析了风电传动系统在启动、发电运行工况下的动态响应和机电耦合动态特性。研究结果表明：启动工况下，风电传动系统动态响应平稳；发电运行工况下，风电传动系统处于变速变载状态，易被激起低频振荡，动态响应复杂。在发电机齿槽效应、磁饱和等因素作用下，电流和电磁转矩产生由时间谐波和空间谐波引起的主谐波频率波动；经机电耦合作用，齿轮振动特性与发电机电磁特性相互影响，电流和电磁转矩中含有更多与齿轮啮合相关的机械振动频率成分，同时电磁转矩反作用于齿轮系统，激发齿轮系统产生丰富的结构频率。

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28. 基于凸多面体碰撞检测的虚拟砂轮建模研究

陈豪, 赵继, 徐秀玲, 于天彪

中国机械工程 2022, 33 (02): 127-133. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.02.001

摘要（540）

PDF （9130KB）（286）

虚拟砂轮建模时大多采用包围球对磨粒进行碰撞检测，而包围球相互接触时凸多面体磨粒之间仍存在间隙，导致虚拟砂轮表面与实际砂轮表面差异较大，影响后续磨削过程仿真的准确性。针对这一问题，提出了一种基于凸多面体碰撞检测的虚拟砂轮建模方法。推导了砂轮表面磨粒随机位置的数学模型，基于凸多面体碰撞检测判断磨粒干涉状况，最终生成虚拟砂轮。对基于凸多面体和包围球碰撞检测方法生成的虚拟砂轮表面进行对比分析，发现前者的磨粒位置更具随机性，且可以生成磨粒率为60%的虚拟砂轮，后者则不能生成磨粒率大于50%的虚拟砂轮。最后将虚拟砂轮与真实砂轮进行对比分析，结果表明虚拟砂轮与真实砂轮的表面特征一致，证明了该方法的优越性。

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29. 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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30. 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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31. 低温切削7075铝合金鳞刺形成规律及抑制措施

刘枭, 邓文君, 陈海涛, 张保玉

中国机械工程 2022, 33 (03): 261-269. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.002

摘要（529）

PDF （14895KB）（173）

针对干切削铝合金工件表面易产生鳞刺、表面完整性较差的问题，采用液氮冷却方式在不同切削参数下对7075铝合金进行了正交切削试验，使用扫描电子显微镜和3D光学轮廓仪分别表征了已加工表面形貌、鳞刺分布和鳞刺尺寸，分析了切削速度、进给量、刀具前角和冷却方式（干切削、液氮冷却、切削液）对已加工表面鳞刺分布和尺寸的影响，并基于鳞刺形成理论讨论了切削参数和液氮冷却对鳞刺形成过程的影响。金属层积是鳞刺形成的充分必要条件，通过改善刀屑接触摩擦特性能够抑制鳞刺的形成。试验结果表明，较高切削速度、小进给量和大刀具前角能减小金属层积厚度，抑制鳞刺的形成。低温切削下已加工表面鳞刺分布密度和尺寸均小于常温切削，可得到较为光整的已加工表面。

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32. 航天工业中胶接技术的研究现状分析

郭磊, 刘检华, 张佳朋, 李夏禹, 张秀敏, 夏焕雄

中国机械工程 2021, 32 (12): 1395-1405. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.002

摘要（528）

PDF （5219KB）（453）

针对目前我国航天产品，尤其是航天精密机电产品的胶接装配技术研究不足的现状，介绍了航天胶接技术的应用类型，以及胶接技术在耐超高/低温性、高密封性、多功能性、高稳定性或低蠕变性、低挥发性等方面的应用特点。在此基础上总结分析了胶接装配的机理、关键工艺、静/动态力学性能、疲劳/老化特性等方面的研究进展。最后给出了航天工业胶接装配技术在工艺参数量化、动态力学特性以及先进胶接装备等方面的发展方向。

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33. 仿真与实测多信息融合的机械结构外载荷反演技术

刘纯琨, 丁晓红, 倪维宇, 李官运

中国机械工程 2022, 33 (06): 639-646，655. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.06.002

摘要（523）

PDF （7689KB）（232）

针对机械结构在复杂工况下载荷边界条件难以确定的问题，提出一种仿真与实测多信息融合的外载荷反演技术。首先建立待研究结构的有限元模型，在结构外载荷作用位置施加单位载荷，计算构件全场应变响应；然后基于D-最优设计原则得到应变测试的测点最佳布置方案和最优载荷系数矩阵，据此建立外载荷与应变间的动态响应关系；根据得到的测点布置方案，在结构上粘贴应变片，测得机械结构在实际工作过程中的动态应变历程，基于该实测应变历程以及载荷与应变的响应关系，反演结构的动态外载荷历程。以液压挖掘机工作装置为例，通过提出的方法确定其动臂的铰点载荷，并将载荷反演结果作为动臂瞬态动力学分析的输入，计算得到基底测点和非基底应变仿真值，将实测值与仿真值进行对比分析，证明了提出方法的有效性。

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34. 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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35. 一种脊线提取方法在轴承故障诊断中的应用

陈剑, 杨斌, 黄凯旋, 蔡坤奇, 刘圆圆, 刘幸福,

中国机械工程 2021, 32 (10): 1157-1163. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.003

摘要（515）

PDF （3823KB）（266）

针对Crazy Climber算法脊线识别能力低、提取脊线与实际脊线有差距等问题，通过对该算法中Climber的移动规则和局部最优峰值提取方法进行改进，提出了一种改进的Crazy Climber算法。首先对时域信号进行短时傅里叶变换获取时频矩阵，再用改进的Crazy Climber算法对时频矩阵进行脊线提取，最终获得可以反映频率随时间变化的时频脊线。仿真信号分析结果证明了该算法优于原始的Crazy Climber算法。将该算法用于轴承的故障诊断中，可准确提取故障阶次。

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36. 基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定

张恩政, 唐宁敏, 陈刚, 刘翠苹

中国机械工程 2021, 32 (13): 1539-1546. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.004

摘要（515）

PDF （3763KB）（230）

在工业机器人的标定过程中，测量粗差数据会对标定结果精度产生影响，为此，提出了一种基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定方法，将改进的IGG3权函数最小二乘辨识算法用于工业机器人距离误差标定中，以进一步提高工业机器人的标定精度。以SR4C型工业机器人为研究对象，建立了机器人距离误差数学模型，进行了IGG3权函数最小二乘辨识算法的理论研究。构建了机器人标定实验系统，进行了基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定实验，实验结果表明，所提方法可有效减小粗差数据对标定精度的影响。该方法可用于工业机器人标定和校准领域，以提高工业机器人定位精度。

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37. 砂轮修整技术研究现状与展望

焦锋, 李成龙, 牛赢, 马晓三

中国机械工程 2021, 32 (20): 2435-2448. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.20.006

摘要（513）

PDF （10436KB）（347）

砂轮修整在高速高效磨削、精密超精密磨削、成形磨削过程中具有至关重要的作用。磨削过程中主要是砂轮与工件表面相互作用，砂轮随着磨削的进行逐渐磨钝难以有效磨削。为了保证磨削质量和精度，需对砂轮定期修整。砂轮修整自提出以来，国内外学者对其不断改进和创新，取得大量开创性和突破性研究成果，但日益提高的高精度、高效率、高性能生产要求对砂轮修整技术提出挑战。为了推动砂轮修整技术的不断进步，总结分析了目前修整方法的发展现状、基本原理、主要特点以及发展瓶颈，概述了砂轮修整亟需解决的问题，并对砂轮修整探究方向进行了展望。

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38. 毫米波雷达与视觉传感器信息融合的车辆跟踪

胡延平, 刘菲, 魏振亚, 赵林峰

中国机械工程 2021, 32 (18): 2181-2188. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.18.006

摘要（510）

PDF （4596KB）（432）

为提高车辆前向防碰撞预警系统对前方道路环境感知的准确性，提出一种毫米波雷达与视觉传感器信息融合的车辆跟踪方法。提出的剔除雷达干扰目标算法缩短了对干扰目标的处理时间；提出的对称检测算法可对雷达目标兴趣区域进行对称检测，减小雷达目标兴趣区域的横向位置误差；提出的KCF-KF组合滤波算法可提高跟踪车辆的精度。实车试验表明，该方法可有效跟踪车辆位置信息，像素坐标系下的X、Y坐标跟踪准确率分别超过97.34%与95.19%。

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39. 基于有限元模拟的Ti6Al4V铣削过程参数多目标优化

黎宇嘉, 黄兵, 鲁娟, 钟奇憬, 陈超逸, 廖小平, 马俊燕

中国机械工程 2021, 32 (13): 1555-1561,1570. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.006

摘要（506）

PDF （2850KB）（258）

为使切削加工过程满足环境意识制造（ECM）的要求，针对质量指标（表面粗糙度）和ECM指标（能耗），针对Ti6Al4V的铣削过程，采用人工蜂群（ABC）算法优化的高斯过程回归（GPR）方法构建有限元代理模型，并采用多目标粒子群优化（MOPSO）算法获得满足最优加工目标的加工参数。为减少试验成本，采用有限元仿真软件Deform-3D获取各铣削参数组合对应的表面粗糙度和能耗数据，并通过物理试验验证其有效性；基于仿真数据，利用改进的GPR方法构建预测表面粗糙度和能耗的代理模型，并对比了该模型与其他两种模型的性能，证明了改进模型在精度和响应时间上的优势；采用MOPSO算法，以最小能耗和优良表面质量为目标，优化得到加工参数的Pareto前沿，并用物理试验验证了ABC-GPR-MOPSO算法的有效性。

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40. 石墨烯-聚合物柔性电容传感器制备及性能研究

药芳萍, 黎相孟, 石强盛杰, 张潇

中国机械工程 2021, 32 (24): 2909-2914. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.24.002

摘要（505）

PDF （4708KB）（295）

为了研究不同微结构对柔性电容式压力传感器性能的影响，采用成本较低的旋涂技术制备了无微结构、单层微结构和双层咬合微结构的柔性电容式压力传感器。通过对三种传感器进行测试试验，对比分析了具有不同微结构传感器的灵敏度，同时，对具有单层砂纸微结构传感器的响应特性、重复特性和迟滞特性进行了测试分析。试验结果表明，在20 kPa的载荷下，具有单层砂纸结构的柔性电容式压力传感器相较于其他两种传感器具有较高的灵敏度，在0～4 kPa的压力范围内灵敏度为0.451 kPa-1，4～6 kPa压力范围内灵敏度为0.14 kPa-1,6～25 kPa压力范围内灵敏度为0.03 kPa-1。制备的传感器具有较强的响应特性、良好的恢复性和稳定性，能够适应柔性可穿戴电子器件的应用需求。

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