中国机械工程

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1. 考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制

闵德垒, 童汝亭, 危银涛

中国机械工程 2023, 34 (21): 2521-2530. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.001

摘要（595）

PDF（pc）（7794KB）（948）

基于非线性轮胎模型提出横摆角速度的一种准确计算方法，并将其用于车辆稳定性控制。轮胎的非线性采用刷子模型进行表征，通过摄动分析得到等效稳定性因数，进而得到稳态横摆角速度的精确解析解。对解析解存在性的分析表明轮胎非线性会对车辆稳定性产生影响。实车试验和基于车辆模型的控制仿真表明，考虑轮胎非线性可有效提高作为目标参量的稳态横摆角速度的计算精度，提高车辆稳定性的控制效果。

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2. 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（915）

PDF（pc）（50387KB）（826）

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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3. 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（840）

PDF（pc）（5000KB）（745）

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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4. 考虑设备预维护的特种车辆白车身试制车间绿色调度优化方法

李西兴, 周文龙, 唐红涛, 吴锐,

中国机械工程 2023, 34 (15): 1832-1847. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.008

摘要（435）

PDF（pc）（9794KB）（720）

综合考虑最长完工时间、设备总能耗以及总烟尘排放，构建了典型柔性作业车间多目标绿色调度优化模型，并设计了一种改进人工蜂群算法对其进行求解。首先，根据激光设备功率会发生周期性衰减的特点，提出了一种区分激光设备和普通机械设备的预维护策略，以减小最长完工时间并降低设备故障发生频率。其次，设计了一种基于设备分配和功率选择的变异方式以增强算法局部搜索能力，并在跟随蜂阶段引入基于拥挤距离的选择方法进行种群更新以获得优质个体。最后，扩展现有通用测试集并开展对比实验，同时以某汽车装备制造企业的特种车辆白车身试制车间为实例，进一步验证了模型与算法的有效性和可行性。

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5. 基于SAO的专利数据驱动产品创新设计

林文广, 刘晓东, 肖人彬

中国机械工程 2023, 34 (15): 1765-1777. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.001

摘要（592）

PDF（pc）（5241KB）（703）

借助大数据挖掘技术，提出基于主语-谓语-宾语（SAO）的专利数据驱动产品创新设计方法。首先通过语义依存句法挖掘专利文本数据库中的SAO结构，获取产品元件之间的作用关系信息；其次构建面向产品系统的复杂网络知识模型，并引入结构洞理论计算复杂网络中元件约束性系数，以此确定创新目标元件，并借助Word2Vec计算元件语义相似性系数，利用SAO相似性算法计算功能相似性系数；在此基础上，融合推荐算法以及组合矩阵，分别围绕结构创新、功能创新以及功能优化三个方面实现产品创新。最后以具有典型代表性的卫浴花洒产品为例，对所提方法进行了详细的演示，充分证实了所提方法的有效性和先进性。

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6. 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（413）

PDF（pc）（9652KB）（700）

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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7. 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（711）

PDF（pc）（3896KB）（593）

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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8. 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（452）

PDF（pc）（5104KB）（532）

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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9. 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（424）

PDF（pc）（8185KB）（506）

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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10. 基于判别性特征提取和双重域对齐的轴承跨域故障诊断

董绍江, 周存芳, 陈里里, 徐向阳

中国机械工程 2023, 34 (15): 1856-1863. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.010

摘要（486）

PDF（pc）（4455KB）（504）

针对不同工况下采集的滚动轴承振动数据特征分布不一致且噪声成分难以去除的问题，提出一种基于判别性特征提取和双重域对齐的深度迁移学习故障诊断方法。首先，将带标签的振动信号和未带标签的振动信号通过固定长度的数据分割方法制作成数据集；其次，为了减少实际工况中噪声信号的干扰，采用通道注意力机制SENet（squeeze-and-excitation networks）及判别损失项来辅助特征提取器提取具有区分度的特征；再次，为了解决数据特征分布不一致的问题，采用最大均值差异来对齐源域和目标域的全局域分布，并采用条件对抗方法来对齐两域的子领域分布，实现双重域对齐。最后，在两个公开变工况滚动轴承故障数据集上进行试验验证，结果表明，所提方法平均识别准确率达到98%以上，并将其与不同诊断方法进行了对比分析，证明了所提方法的有效性与优越性。

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11. 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（489）

PDF（pc）（9273KB）（487）

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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12. 双转台五轴机床旋转轴位置无关几何误差的辨识

梁小冰, 卢耀安, 王成勇,

中国机械工程 2023, 34 (21): 2585-2591. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.007

摘要（475）

PDF（pc）（5263KB）（482）

旋转轴的位置无关几何误差（PIGEs）是影响五轴机床加工精度的重要因素。以AC双转台五轴机床为研究对象，提出一种基于差分演化算法的旋转轴PIGEs辨识方法。首先，建立机床旋转轴PIGEs和球杆仪杆长变化的关系模型，使用已有的辨识方法获得机床旋转轴PIGEs初始解，然后定义优化目标函数，通过差分演化算法整体优化求解旋转轴PIGEs，提高旋转轴PIGEs辨识准确性。实验与仿真的结果表明提出的旋转轴PIGEs辨识方法可有效提高辨识准确性。

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13. 一种新型大转角弱耦合并联髋关节外骨骼的设计及分析

徐继龙, 刘福才, 牛云展

中国机械工程 2023, 34 (21): 2540-2547. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.003

摘要（427）

PDF（pc）（7047KB）（467）

为解决并联髋关节外骨骼工作空间小、正运动学建模困难、控制复杂的问题，设计出一种具有大转角、弱耦合特性的生物融合式髋关节外骨骼。开展了二级移动副详细结构的设计，得到了计算沟槽坡度的表达式。采用封闭矢量法推导了人-机复合体的位置正解与逆解，对逆解进行求导，得到了人-机复合体的逆雅可比矩阵。性能分析表明，人-机复合体具有运动范围大、内部无奇异、力传递性能良好、便于控制的优势。

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14. 综合传动系统时变工况动力学建模与求解方法研究

张丁戈, 王立勇, 李乐, 张金乐

中国机械工程 2023, 34 (22): 2665-2673. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.22.003

摘要（410）

PDF（pc）（3130KB）（467）

为满足特种车辆综合传动系统在实际复杂工况下负载特性实时监测与健康管理的需求，采用行星变速机构矩阵分析方法和数值求解方法，以实车传感器数据作为输入，建立了可实现时变工况下快速连续求解传动输出转速和扭矩的综合传动系统动力学模型，构建了行星变速机构运动学矩阵、运动微分方程与力矩平衡方程，提出了时变工况下动力学模型的快速连续求解方法以及在道路负载信息缺失的条件下进行道路负载求解的方法，并将计算所得的传动输出转速和扭矩在起步、换挡和加速三种典型工况下与台架试验结果进行了对比分析。结果表明，构建的动力学模型在道路负载信息缺失的条件下，可实现对综合传动输出特性的动态仿真计算，为特种车辆综合传动系统服役状态实时监测、动态控制和智能运维提供了支撑。

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15. 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（874）

PDF（pc）（4422KB）（459）

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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16. 负载条件下RV减速器动态传动误差分析与试验

许立新, 夏晨, 杨博

中国机械工程 2023, 34 (18): 2143-2152. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.001

摘要（571）

PDF（pc）（8485KB）（455）

目前RV减速器传动精度出厂标定值是在空载条件下检测的，难以反映扭矩加载条件下的真实精度性能，为有效揭示负载作用下RV减速器动态传动误差特性，考虑关键传动件几何形状与位置度多源误差因素影响，提出了两曲柄轴标准型RV减速器接触多体系统动力学理论模型。在建模中，针对RV减速器传动结构特点，首先完成整机动力学参数化建模架构设计，然后针对第一级渐开线齿轮传动、第二级摆线针轮传动以及多组转臂轴承和支承轴承部分，提出详细的动态接触分析方法；在此基础上，以RV20E减速器为对象，探讨扭矩负载作用下减速器动态传动误差特性。研究结果表明，随着负载扭矩的增大，减速器传动误差幅值不断增大，但幅值增长率逐渐减小；相比于空载情况，额定扭矩下的减速器传动误差计算增幅为73.1%，试验测试增幅为58.9%。

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17. 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（344）

PDF（pc）（2035KB）（449）

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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18. 基于二阶近似扩展卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计

段林超, 张旭刚, 张华, 宋华伟, 敖秀奕

中国机械工程 2023, 34 (15): 1797-1804. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.004

摘要（560）

PDF（pc）（4607KB）（436）

为提高电池荷电状态（SOC）估计的准确性，更高阶的扩展卡尔曼滤波（EKF）算法被用来估计SOC值。首先建立锂离子电池一阶Thevenin等效电路模型，采用样条函数来表述开路电压（OCV）和SOC值的函数关系。为更加精确地识别等效电路模型参数，提出一种新的带有可变遗忘因子最小二乘法（VFFRLS）的算法来在线识别模型参数。由于VFFRLS解的精度依赖于算法初始值的设定，为此采用改进粒子群算法求得模型初始参数值，进而得到更加精确的VFFRLS初始值。最后采用二阶EKF来估计电池的SOC值，以此提高估计精度。两组不同的数据集用来证明二阶EKF估计SOC值具有普适性。实验结果表明，二阶EKF在估计不同工况条件下的SOC值时，平均绝对误差（MAE）都保持在1%以内，由此证明了所提方法的有效性。

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19. 结构化砂轮磨削加工工件表面形貌建模与实验研究

易军, 易涛, 陈冰, 邓辉, 周炜,

中国机械工程 2023, 34 (22): 2711-2720. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.22.008

摘要（447）

PDF（pc）（9016KB）（428）

通过对砂轮表面进行实际测量，利用粗糙表面建模方法，考虑砂轮结构化特征参数对砂轮表面连续性的影响，建立了直槽结构化砂轮表面形貌模型；在此基础上，根据砂轮工件运动学关系以及切削刃的轨迹方程，建立了磨削后工件表面微观形貌的预测模型。开展了直槽结构化电镀CBN砂轮和直槽结构化钎焊CBN砂轮磨削实验，结果表明，磨削后工件轮廓高度算术平均值Ra预测结果与实验结果的相对误差均不超过10%，工件最大轮廓高度Rz预测结果与实验结果的相对误差均不超过12%，验证了预测模型的正确性。研究了不同结构化特征参数对工件表面形貌的影响规律，发现当砂轮开槽宽度相同时，砂轮断续比增大会导致工件表面粗糙度增大；而断续比相同时，因槽宽变化而引起的工件表面粗糙度波动较小。此外，砂轮本身的粗糙程度也是决定磨削后工件表面粗糙度的重要因素，涉及的砂轮表面形貌三个表征参数中，砂轮表面高度的偏态对磨削后工件表面粗糙度的影响程度最大。

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20. 时滞金属切削系统颤振的研究进展

任勇生, 姚东辉, 张金峰

中国机械工程 2023, 34 (21): 2548-2567,2576. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.004

摘要（424）

PDF（pc）（9923KB）（413）

金属切削系统通常带有鲜明的时滞特征。颤振是广泛存在于金属切削加工过程的一种高度复杂动力学现象，而颤振预测是实现稳定切削的前提。从切削系统颤振预测的理论、在线监测方法，以及各种影响因素等方面对金属切削动力学研究的进展进行评述，简要介绍了不同材料在机床结构动力学设计中的应用研究进展，指出了存在的问题及其今后的研究方向。

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21. 水平强制振动光整加工对TC4钛合金表面完整性参数的影响

韩锐, 李秀红, 王嘉明, 李文辉, 程思源, 杨胜强,

中国机械工程 2023, 34 (17): 2037-2047. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.003

摘要（402）

PDF（pc）（7498KB）（411）

为探究水平强制振动光整加工对TC4钛合金试件表面完整性的影响，设计单因素实验分析主要工艺参数对表面粗糙度、显微硬度、表面残余应力、接触角的影响，得到较优工艺参数组合；分析较优参数下试件加工前后表面形貌、显微组织及表面晶格变化。研究结果表明：颗粒直径是影响表面粗糙度、显微硬度及残余应力的主要因素。随着颗粒直径的增大，表面粗糙度下降率先提高后降低，显微硬度和残余压应力增大；随着振幅、频率的增大，表面粗糙度下降率提高，显微硬度和残余压应力增大。加工后试件表面粗糙度Ra、Rq、Rz、Rt、RSm最大下降率分别为65.0%、62.2%、45.2%、42.0%和73.7%；显微硬度从320.8HV0.1增大至363.9HV0.1；表面残余压应力从-420.38 MPa变化为-621.25 MPa；表面波峰被去除，表层形成了致密层，晶粒组织得到了细化；衍射峰发生了偏移，并引入了数值更大的残余压应力。

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22. 基于力学超材料的柔性机械臂设计技术

程基彬, 戴宁, 郭培, 熊继源, 叶世伟, 程筱胜

中国机械工程 2023, 34 (16): 1900-1906. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.16.002

摘要（487）

PDF（pc）（7243KB）（410）

以力学超材料为基础结构的柔性机械臂可通过力学超材料的调配设计实现多重弯曲运动。为探究该类柔性机械臂的变形特性，在分析柔性机械臂结构及其驱动原理的基础上，通过分段常曲率假设建立胞元组变形的数学模型，同时根据柔性机械臂单元的弯曲特性进一步提出了单节柔性机械臂单元和多节柔性机械臂单元的变形预测模型，最后通过实物实验验证了变形预测模型的有效性，完成了超过±90°的弯曲并对末端周围的环境进行探查，可应用于复杂狭小空间的检视。

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23. 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（677）

PDF（pc）（10399KB）（382）

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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24. 微量润滑变角度高速铣削碳纤维增强复合材料的加工性能与材料去除机理

张立峰, 张晓光

中国机械工程 2023, 34 (21): 2622-2628. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.012

摘要（406）

PDF（pc）（9036KB）（379）

采用正十二边形切削轨迹方法研究了碳纤维增强复合材料（CFRP）的高速切削性能，重点研究了冷却润滑条件、纤维切削角、切削速度和顺/逆铣对材料加工性能的影响，揭示了典型纤维切削角下的材料去除机理。研究表明：使用聚晶金刚石铣刀沿等差为30°的切削角侧铣单向CFRP时，法向切削力Fn和切向切削力Ft均遵循一个特定的规律。相较于顺铣，逆铣时的Fn最大减小25%，Ft最大减小40%，表面粗糙度Sa减小10%～35%。相较于干切削，纳米流体微量润滑切削下的Ft减小约20%，切削温度降低约40%。

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25. 考虑工人数量配置优化的柔性作业车间调度问题研究

梁向檩, 宋豫川, 雷琦, 孙爱红

中国机械工程 2023, 34 (17): 2065-2076. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.006

摘要（484）

PDF（pc）（4704KB）（377）

在工人资源紧缺且工人成本增加的背景下，以合理的工人数量配置方案完成制造任务变得至关重要。以往考虑工人约束的柔性作业车间调度研究假设工人的数量是给定的。为实现不同技术水平工人的数量配置及柔性作业车间调度集成优化，考虑工件拖期惩罚成本、工人基础及绩效成本，建立了最小化总成本的混合整数规划模型，并提出了一种改进教学优化算法进行求解。在算法中，采用基于工人数量配置、工序排序、机器选择的三层编码并设计了活动调度解码方法，采用混合启发式初始化方法进行初始化，针对问题特征设计了有效的邻域结构。通过多组算例测试验证了所提算法能确定不同技术水平工人的实际数量并获得优异的调度方案，且在性能上优于对比算法。

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26. 基于复合规则和强化学习的混流装配线调度方法

郭具涛, 吕佑龙, 戴铮, 张洁, 郭宇

中国机械工程 2023, 34 (21): 2600-2606,2614. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.009

摘要（385）

PDF（pc）（3348KB）（363）

针对混流装配线的平衡与排序问题，提出了一种基于复合规则和强化学习的智能调度方法。根据数学模型，设计了平衡规则库与排序规则库，提出了规则加权组合的近端策略优化（PPO）算法，并利用具有Actor-Critic训练流程和优先经验回放机制的强化学习过程，实现了复合规则权值参数的调控优化，生成了平衡与排序方案。所提方法与PPO+单一规则算法、复合规则和遗传算法的对比实验验证了所提方法的有效性。

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27. 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（313）

PDF（pc）（1996KB）（358）

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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28. 一种基于动态残差的自适应鲁棒无迹卡尔曼滤波器定位算法

许万, 程兆, 夏瑞东, 陈汉成

中国机械工程 2023, 34 (21): 2607-2614. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.010

摘要（495）

PDF（pc）（5703KB）（355）

针对标准无迹卡尔曼滤波（UKF）定位算法无法满足移动机器人在不平整地面运动时高精度定位要求的问题，结合抗差估计理论，提出了一种自适应鲁棒无迹卡尔曼滤波器（ARUKF）定位算法。ARUKF根据动态残差对UKF的预测值进行抗差自适应调整，减小了外部干扰对系统预测值的影响，提高了系统的精度与鲁棒性，通过减少采样过程的运算量加快了运算，并提高了系统实时性。仿真和现场测试结果表明，相较于UKF算法和基于Sage-Husa的改进UKF算法，ARUKF算法对不平整地面产生的扰动能更快收敛，具有更加优异的精度、鲁棒性和实时性，平均距离误差小于2 mm，平均角度误差小于0.016 rad，可以满足更苛刻的建筑施工现场放线要求。

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29. 考虑加班的无拖期作业车间调度问题多目标金鹰优化算法研究

史双元, 熊禾根

中国机械工程 2023, 34 (17): 2077-2088. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.007

摘要（441）

PDF（pc）（5011KB）（352）

按期交货是面向订单型制造企业生产运作所追求的重要目标之一。当制造系统生产负荷较重时，加班作业是保证交货期最常采用的有效措施。为实现订单的无拖期交付和加班时间的合理优化使用，以面向订单型制造系统为背景，提出了一种考虑加班的多目标无拖期作业车间调度问题，建立了以最小化总加班时间和最大完工时间为目标的数学规划模型。为有效求解该问题，提出了一种多目标金鹰优化算法。在算法中设计了连续解空间映射至问题离散解空间的编码方法；提出了两阶段解码方案；融入了基于精英保留策略的非支配排序选择算子；引入了自适应子代个体生成策略。以23个作业车间调度问题基准算例为实验对象进行了对比实验，实验结果验证了所提出算法的有效性和优越性。

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30. 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（331）

PDF（pc）（8987KB）（342）

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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31. 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（441）

PDF（pc）（4914KB）（341）

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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32. 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（376）

PDF（pc）（4539KB）（341）

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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33. 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（399）

PDF（pc）（6709KB）（341）

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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34. 分布式多柔性装配作业车间调度问题研究

魏光艳, 叶春明

中国机械工程 2023, 34 (20): 2442-2455. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.20.007

摘要（628）

PDF（pc）（4457KB）（333）

针对分布式柔性装配作业车间环境，综合考虑了调度过程中的机器选择柔性、工人安排柔性和工序顺序柔性，构建了以最小化最大完工时间和最小化总能耗为优化目标的分布式多柔性装配作业车间调度问题（DMFAJSP）的数学模型。为求解DMFAJSP模型，提出了一种以分布估计算法为全局搜索组件、以邻域搜索算子为局部搜索组件的多维模因算法（MDMA）。最后，将所提出的算法与其他算法进行了对比试验，结果表明MDMA算法在求解DMFAJSP模型方面具有显著优势。

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35. 高强钢Q960E对接接头残余应力与焊接变形的数值模拟

骆文泽, 成慧梅, 刘红艳, 王义峰, 叶延洪, 邓德安

中国机械工程 2023, 34 (17): 2095-2105,2141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.009

摘要（476）

PDF（pc）（10205KB）（328）

利用等强匹配焊丝和混合气体保护焊方法制备了Q960E低合金高强钢的多层多道对焊接头。采用实验法测量了焊接温度循环、焊接变形以及焊接残余应力，同时观察了焊接接头的微观组织，并测量了硬度分布。基于焊接接头的组织特征，以SYSWELD软件为平台，开发了考虑“热-组织-应力”多物理场耦合的热-弹-塑性有限元计算方法。重点考虑了热影响区的固态相变材料模型，采用JMAK方程描述加热阶段的奥氏体化过程，采用K-M关系模拟冷却阶段的马氏体相变过程，同时基于Leblond模型考虑了冷却过程中的相变诱导塑性。数值模拟结果与实验测量结果的对比表明，有限元模型得到的残余应力分布和焊接变形与实测数据吻合较好，同时数值模拟结果还证明了固态相变对Q960E钢对接接头热影响区的残余应力分布与大小均有显著的影响。

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36. 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（367）

PDF（pc）（6125KB）（322）

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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37. 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（349）

PDF（pc）（8767KB）（321）

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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38. 多孔式合成射流压电风扇仿真分析与试验

王建涛, 高铭泽, 祝健, 王启智, 李昊

中国机械工程 2023, 34 (16): 1929-1935. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.16.006

摘要（470）

PDF（pc）（5736KB）（319）

为了提高压电气体驱动器的气体驱动能力，设计了一种利用压电换能器激励空气质点振荡并形成气体射流的多孔压电风扇，并从仿真与试验两个方面对多孔压电风扇的工作特性进行了研究。通过FLUENT流场仿真分析得到了不同射流孔布置密度下多孔压电风扇的气体驱动规律，采用多个射流孔可以提高压电换能器的能量利用效率和改善多孔压电风扇的气体驱动性能。设计制作了样机并进行试验测试。试验结果表明，将射流孔布置在中心时单孔压电风扇的气体驱动性能最佳；采用多个射流孔可以提高压电换能器的能量利用效率，且存在最佳的射流孔布置密度；当驱动电压Vpp为90 V时，试验测得89孔多孔压电风扇驱动气体流速达到4.7 m/s。

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39. 仿生六足机器人柔顺腿研究

王伟, 韦浪, 刘富盛, 王国顺

中国机械工程 2023, 34 (17): 2089-2094. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.008

摘要（502）

PDF（pc）（6492KB）（318）

为探索弧形腿柔顺性对仿生六足机器人运动性能的具体影响，首先使用伪刚体模型描述弧形腿的变形特征，并给出了刚度的数学表达；然后基于该刚度模型，在Webots仿真环境中构建虚拟样机，通过设定弧形腿不同的刚度，分析了仿生六足机器人在运动速度、能量消耗等方面的变化；最后通过制作不同刚度的弧形腿在物理样机中进行了验证。研究结果表明，弧形腿的柔顺性可以用伪刚体模型准确描述，它可提高仿生六足机器人的运动速度并减小能量消耗。

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40. 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（483）

PDF（pc）（4853KB）（317）

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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