中国机械工程

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1. 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（1160）

PDF（pc）（50387KB）（890）

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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2. 流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

李荣启, 闫涛, 何智成, 米栋, 姜潮, 郑静

中国机械工程 2024, 35 (03): 487-497. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.011

摘要（1172）

PDF（pc）（5000KB）（816）

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热力耦合或者流热耦合的设计，且大多局限于简单结构，未考虑流热力三场共同作用下的设计，限制了结构性能的提升。针对流热力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战，提出了一种流热力耦合拓扑优化方法，以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程，对计算域的流固材料进行统一表征；然后以最小化平均温度为目标，以流动能量耗散和结构柔度为约束，建立了流热力耦合的拓扑优化模型，并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析；最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计，得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

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3. 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（623）

PDF（pc）（9652KB）（756）

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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4. 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（931）

PDF（pc）（3896KB）（649）

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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5. 基于改进量子粒子群优化算法的机器人逆运动学求解#br#

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陈卓凡, 周坤, 秦菲菲, 王斌锐

中国机械工程 2024, 35 (02): 293-304. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.014

摘要（715）

PDF（pc）（9273KB）（545）

针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题，提出了一种改进量子粒子群算法。首先，利用D-H参数法建立机器人运动学模型，以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标，加入运动前后关节角变化最小、行程平稳连续的约束条件，设计了目标函数；其次，通过采用Levy飞行策略改进粒子更新方式、非线性地动态调整收缩膨胀因子、采用变权重方法计算最优平均位置等方法设计了一种改进量子粒子群优化(IQPSO)算法；然后，模拟单点位姿和连续轨迹两种不同的求解情况进行三种算法（IQPSO、APSO、QPSO）的仿真对比实验，结果表明IQPSO算法具有收敛速度快、求解精度高等优点；最后，将IQPSO算法用于机械臂本体进行实物验证，实验结果表明IQPSO算法求解出的插值点所组成的轨迹连续且平滑，进一步证明了该算法应用于实际运动控制中的稳定性和可行性。

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6. 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（632）

PDF（pc）（8185KB）（528）

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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7. 产品架构演化及开放式设计策略

程贤福, 章志宏, 王承辉, 潘逸飞

中国机械工程 2024, 35 (01): 109-124. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.011

摘要（608）

PDF（pc）（2035KB）（509）

产品架构表征了物理组件间排列与组合的方式，可以促进产品的多样性和部件共享，更好满足客户个性化需求。开放式设计可以支持客户参与产品开发，开放式产品架构为个性化产品开发提供了平台策略。为了更加深入地研究产品架构理论及应用，阐述了架构的概念与作用及单一产品架构、产品族架构和开放式产品架构的特征、联系和区别，从架构开发模式、架构开发策略和架构组织管理等方面剖析了产品架构的演化历程及其内在动因。系统梳理了开放式产品架构的概念内涵、作用与机制，明晰了客户个性化需求、产品架构和企业开放式创新策略的相依关系，探讨了产品架构开放式设计策略。

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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（1094）

PDF（pc）（4422KB）（502）

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. 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（946）

PDF（pc）（10399KB）（431）

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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10. 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（593）

PDF（pc）（4914KB）（390）

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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11. 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（558）

PDF（pc）（6709KB）（382）

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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12. 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（467）

PDF（pc）（1996KB）（378）

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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13. 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（724）

PDF（pc）（4853KB）（373）

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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14. 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（518）

PDF（pc）（4539KB）（372）

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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15. 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（601）

PDF（pc）（6663KB）（354）

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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16. 2023年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述

叶鑫, 黄志权, 张军辉,

中国机械工程 2024, 35 (04): 571-579. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.001

摘要（622）

PDF（pc）（8141KB）（349）

介绍了2023年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科（工程科学二处）“人才”和“研究”两类项目系列中部分类型项目的申请、评审与资助情况，以及科学基金项目的进展与结题情况，阐述了机械设计与制造学科在科学基金改革探索、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措，并展望了2024年的主要工作。

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17. 基于双传感器差分机制的铁磁性金属板件亚表面腐蚀缺陷脉冲涡流可视化检测

王瑾1, 李勇1, 苏冰洁1, 高文龙1, 向异1, 2, 刘正帅1, 陈振茂1

中国机械工程 2025, 36 (03): 381-390. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.001

摘要（387）

PDF（pc）（17686KB）（349）

针对铁磁性金属板件亚表面腐蚀缺陷，提出了一种基于双传感器差分机制的脉冲涡流可视化检测方法。该方法利用双传感器差分探头拾取脉冲涡流检测信号，提取检测信号下降沿对数曲线斜率和归一化差分信号峰值作为信号特征，用于对不同尺寸缺陷进行可视化检测。通过仿真及实验研究，建立了所提信号特征与缺陷尺寸间的关联规律，并验证了双传感器差分探头相较于传统单传感器探头在降低噪声干扰和提高检测灵敏度方面具有优势。此外，提出了对两种信号特征进行融合的方法，结果表明，使用融合信号特征的缺陷图像信噪比更高。所提方法为铁磁性金属板件亚表面腐蚀缺陷的可视化检测提供了一种有效且可靠的解决方案。

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18. 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（551）

PDF（pc）（8767KB）（346）

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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19. 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（651）

PDF（pc）（2443KB）（344）

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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20. 水压泵柱塞密封性能实验装置的设计

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（417）

PDF（pc）（4818KB）（344）

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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21. 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（532）

PDF（pc）（9287KB）（336）

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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22. 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（430）

PDF（pc）（9640KB）（335）

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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23. 车身多性能约束下的一体压铸三角梁轻量化设计

苏永雷, 张志飞

中国机械工程 2024, 35 (04): 691-699. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.012

摘要（525）

PDF（pc）（6363KB）（333）

系统性地构建了一体压铸结构的优化方法，基于车身系统超单元模型实现多性能约束下的车身压铸件轻量化设计。首先，缩减复杂的车身系统，针对连续的车体结构，提出了子系统划分原则和方法，分别对各子系统进行超单元缩减，保证车身系统模型的分析精度并提高计算效率，为快速优化奠定基础；其次，同步考虑压铸结构单体性能和车身系统性能，采用折衷规划法归一化静动态子目标并构建综合目标函数，应用层次分析法得到子目标权重系数，进而开展了多模型拓扑优化，确定了加强筋位置分布；进一步地，同步考虑可设计与可制造性，对压铸结构变厚度拔模面进行参数化定义，并在优化过程中施加制造约束，基于构造的组合代理模型完成厚度参数设计。研究结果表明：在保证分析精度的前提下，缩减的车身系统模型可节省97.3%的计算资源；通过优化，在大幅提高车身一体压铸三角梁结构相关性能的同时，可实现轻量化，表明了所提方法的正确性和实用性。

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24. 版权页和目次

中国机械工程 2024, 35 (01): 0-.

摘要（277）

PDF（pc）（339KB）（330）

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25. 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（604）

PDF（pc）（10849KB）（319）

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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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（474）

PDF（pc）（6351KB）（311）

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. 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（557）

PDF（pc）（4400KB）（308）

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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28. 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（528）

PDF（pc）（9409KB）（286）

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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29. 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（499）

PDF（pc）（12856KB）（283）

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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30. 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（664）

PDF（pc）（8857KB）（278）

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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31. 融合集成模型与深度学习的机床能耗识别与预测方法

谢阳, 戴逸群, 张超勇, 刘金锋

中国机械工程 2023, 34 (24): 2963-2974. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.008

摘要（700）

PDF（pc）（9506KB）（278）

针对能耗过程识别方法存在的多源影响、高质量特征提取与选择以及复杂性和非线性等问题，提出了一种融合集成模型与深度学习的机床能耗识别与预测方法。以数控铣削加工为例，建立基于不同切削时段的能耗模型，并通过小波变换进行信号预处理。利用预处理信号对融合随机森林(RF)与长短时记忆(LSTM)神经网络的模型(RF-LSTM模型)进行训练和能耗预测，同时利用RF识别切削阶段，实现能耗分类预测。通过实际案例来证明所提方法的有效性和优越性，利用RF-LSTM模型对比其他四种方案，验证了该识别方法能够精准预测机床不同运行状态以及能量消耗。

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32. 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（526）

PDF（pc）（6468KB）（277）

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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33. 1180 MPa级超高强钢冷连轧过程的厚度综合控制技术

张文军, 王文奇, 张晓东, 林威, 张燕东, 白振华,

中国机械工程 2024, 35 (02): 347-353，370. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.019

摘要（550）

PDF（pc）（5696KB）（274）

针对超高强钢在冷轧过程中厚度波动大以及带头带尾厚度超差的问题，首先根据金属秒流量模型建立了厚度超差预测模型与辊缝调节量预估模型；随后开发了轧制过程中的厚度控制系统，并进行了辊缝调节量优化；最后建立了带钢头尾轧制过程中的轧制速度与张力优化模型。以国内某冷连轧机组的第1机架为技术应用对象，选择两种典型的超高强钢进行生产测试，测试结果表明：超高强钢AR4146E1与DU6220A1的厚度超差长度分别从70.3 m、36.89 m下降到了16.85 m、16.33 m。

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34. 复杂载荷下的核管路支架智能布置

孙宇翔, 陈丽, 龙波, 王艳苹, 刘诗华, 贾坤

中国机械工程 2024, 35 (02): 317-323，336. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.016

摘要（506）

PDF（pc）（5695KB）（271）

当前，核电管路支架布置通过人工试算反复迭代来实现，存在劳动强度大、设计周期长、成本高等缺点。借助管路有限元力学分析，提出一种基于粒子群遗传混合算法的三维空间核电管路支架智能布置方法。布置示例表明，所提方法可在管路的三维全局空间内自动布置不同功能的多个支架，在满足《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》设计规范的同时减小了工作量。

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35. 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（651）

PDF（pc）（10660KB）（268）

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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36. 轮轨激扰下轨道车辆轴箱轴承振动与润滑特性分析

马巧英, 杨绍普, 刘永强,

中国机械工程 2024, 35 (04): 580-590. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.002

摘要（520）

PDF（pc）（12680KB）（266）

基于赫兹接触和弹流润滑理论建立了考虑轴箱轴承的轨道车辆模型，研究了轮轨激扰对轴箱轴承的振动特性和油膜刚度特性的影响规律。分别采用MATLAB/Simulink和UM软件建立了轴承动力学模型和轨道车辆模型，通过相互作用力实现二者的耦合关系。模拟了轴承和轮对的典型故障形式，并详细分析了这些故障对轴承的振动特性和润滑特性的影响。研究结果表明：润滑可以有效减小轴承的振动；轴承的局部故障将导致油膜刚度的增大，轴承故障和车轮扁疤都对润滑的影响较为显著；此外，轮轨激扰会降低轴承外圈的振动比率，但是会增大车辆其他部件的振动，对车体的振动几乎无影响。

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37. 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（552）

PDF（pc）（9034KB）（266）

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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38. 基于监督降维和自适应Kriging建模的高维不确定性传播方法研究

宋周洲1, 2, 张涵寓1, 2, 刘钊3, 朱平1, 2

中国机械工程 2024, 35 (05): 762-769，810. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.001

摘要（1745）

PDF（pc）（3068KB）（263）

高维不确定性传播目前面临维度灾难和小样本的问题，难以利用有限的样本资源获得高精度的分析结果，针对此问题，提出了一种基于监督降维和自适应Kriging模型的高维不确定性传播方法。利用改进充分降维方法将高维输入投影到低维空间中，并利用Ladle估计器确定低维空间的维度。将降维投影矩阵嵌入Kriging核函数中以减少待估计超参数的数量，提高建模精度和效率。最后，创新性地定义了投影矩阵留一交叉验证误差，并基于此提出了相应的Kriging自适应采样策略，可以有效避免模型精度在自适应采样过程中发生较大波动。数值算例与工程案例的结果表明，相比现有方法，所提方法能够以较少的样本点获得高精度不确定性传播结果，对复杂装备结构的不确定性分析和设计具有一定参考作用。

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39. 高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望

孙海涛, 詹梅, 樊晓光, 郭靖, 韩超, 张君

中国机械工程 2024, 35 (01): 160-180. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.016

摘要（712）

PDF（pc）（15209KB）（256）

压装型高聚物黏结炸药(PBX)因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部。未来作战环境和战略需求的不断变化，促使压装型PBX朝着高质量、高安全、高效率成型制造的方向发展。综述了压装型PBX在成型质量与性能调控、压制安全性、自动化制造三方面的相关研究现状及面临的问题。首先探讨了PBX在成型质量与性能调控方面的研究进展，包括炸药颗粒致密化演变规律与密度均匀性、损伤演化机制与界面性能调控、残余应力检测与调控；进而分析讨论了PBX的压制安全性以及在数字化和自动化制造方面的研究现状；最后基于对研究现状的分析，展望了PBX压制成型领域未来的发展趋势与面临的挑战。

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40. 面向物理约束的机器人运动学标定最优位姿集规划方法研究

姜吉光, 侯爵, 苏成志, 巴麒蛟, 田爱鑫, 徐明宇

中国机械工程 2024, 35 (03): 472-480. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.009

摘要（519）

PDF（pc）（5499KB）（248）

在物理约束下的工业机器人运动学标定过程中，标定精度受到位姿集的影响，而位姿集的选取又受到标定装置的约束，针对以上问题，提出了一种采样区间评价结合位姿集优选的最优位姿集规划方法。首先建立了机器人运动学模型及距离约束标定模型，计算了机器人系统参数误差约束方程及误差雅可比矩阵；然后对机器人工作空间进行空间网格划分，应用拉丁超立方采样结合可观测指标对各个网格区间进行评价，得到最优采样区间；再次基于离线数据建立标定精度预测模型，在最优采样区间内实现最优位姿集的搜索；最后对中瑞RT-608机器人进行最优位姿集的规划及验证，结果表明：基于最优位姿集标定后的平均拟合球半径为0.3947 mm，较随机位姿集减小了57.98%。

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