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（1093）

PDF（pc）（50387KB）（881）

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（1072）

PDF（pc）（5000KB）（800）

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（566）

PDF（pc）（9652KB）（750）

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（874）

PDF（pc）（3896KB）（638）

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（656）

PDF（pc）（9273KB）（539）

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（581）

PDF（pc）（8185KB）（523）

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. 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（1042）

PDF（pc）（4422KB）（489）

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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8. 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（546）

PDF（pc）（3130KB）（487）

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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9. 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（516）

PDF（pc）（2035KB）（485）

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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10. 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（573）

PDF（pc）（9016KB）（463）

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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11. 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（465）

PDF（pc）（8987KB）（432）

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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12. 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（887）

PDF（pc）（10399KB）（426）

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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13. 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（552）

PDF（pc）（4914KB）（384）

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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14. 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（526）

PDF（pc）（6709KB）（375）

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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15. 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（424）

PDF（pc）（1996KB）（369）

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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16. 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（467）

PDF（pc）（4539KB）（360）

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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17. 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（655）

PDF（pc）（4853KB）（356）

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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18. 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（577）

PDF（pc）（8141KB）（347）

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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19. 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（359）

PDF（pc）（17686KB）（345）

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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20. 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（504）

PDF（pc）（8767KB）（342）

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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21. 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（549）

PDF（pc）（6663KB）（341）

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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22. 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（374）

PDF（pc）（4818KB）（337）

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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23. 动力学仿真数据驱动的域自适应智能诊断方法

于树博, 刘占生, 赵辰

中国机械工程 2023, 34 (23): 2832-2841. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.007

摘要（537）

PDF（pc）（7710KB）（336）

高质量标记数据是基于深度学习的故障诊断方法有效性的重要保障，然而在实际中难以获取大量工业标记故障案例，导致模型的泛化诊断能力弱。针对该问题，提出了动力学仿真数据驱动的域自适应智能诊断方法，该方法考虑仿真数据与实际数据的本质差异，引入了一种特征分离网络域自适应诊断模型，在传统的域自适应模型基础上增加了目标域独有特征提取器以显式分离实际数据中的环境噪声等特征，增强域不变故障特征表示和聚类能力。提出了将域共享特征提取器诊断结果用于域独有特征提取器模型参数的训练策略，进一步提高模型的训练稳定性。采用凯斯西储大学轴承数据集测试了所提方法的诊断性能，结果表明诊断准确率和特征提取及聚类能力均优于其他对比迁移方法，并经验性地分析了模型超参数敏感度。

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24. 版权页和目次

中国机械工程 2024, 35 (01): 0-.

摘要（266）

PDF（pc）（339KB）（327）

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25. 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（595）

PDF（pc）（2443KB）（326）

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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26. 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（481）

PDF（pc）（9287KB）（325）

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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27. 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（553）

PDF（pc）（10849KB）（314）

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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28. 基于轮内加速度的乘用车胎面磨损程度分类试验

陶亮, 唐钰, 戚文杰, 张大山, 鲁瑞, 张小龙,

中国机械工程 2023, 34 (22): 2737-2745. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.22.010

摘要（569）

PDF（pc）（8588KB）（314）

围绕乘用车轮胎花纹深度浅、常规的基于加速度时域信号辨识磨损特征不明显的问题，研究了基于胎内加速度频域特征的胎面磨损程度分类估算问题。首先通过自主开发的专用轮辋总成和数据采集器等搭建智能轮胎测试系统，并在轮胎气密层布置1个三轴加速计，采用有线方式获取加速度值，采样频率50 kHz。其次基于搭建的测试系统在Flat Trac台架上进行典型轮胎纯滚动试验，分析用于明确分类算法的参数并构建数据集。试验轮胎包括新胎、半磨胎和全磨胎，数据分析发现不同磨损程度轮胎周向加速度Ax和径向加速度Az在频域5 kHz内区别度明显。故以间隔10 Hz提取Ax和Az频域5 kHz内振动幅值作为特征点，连同垂直载荷、速度和胎压，分别建立频域数据集FDAx、FDAz。最后利用随机森林算法对这2个数据集分别进行训练与预测，优化参数决策树数目和最小叶子数均为20时模型分类效果最优。结果表明，频域数据集FDAz分类准确度平均值为95.1543%，高于数据集FDAx。与相同试验数据提取Ax和Az时域特征构建的时域数据集TDAx、TDAz对比，分类准确度分别提高了16.18%和10.08%。同时优化数据集FDAz的特征取值后发现，特征频段和特征点个数分别为1000 Hz内和100时模型分类准确度和实时性最优。研究结果表明，基于胎内加速度的频域信号进行轮胎磨损程度辨识是可行的，为乘用车胎磨损程度辨识提供了有效手段。

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29. 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（395）

PDF（pc）（9640KB）（312）

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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30. 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（474）

PDF（pc）（6363KB）（308）

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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31. 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（492）

PDF（pc）（4400KB）（305）

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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32. 基于闭环辨识模型的永磁同步直线电机分数阶反馈控制方法

钟永彬, 高健, 冯富原, 张揽宇,

中国机械工程 2023, 34 (23): 2773-2780，2793. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.001

摘要（464）

PDF（pc）（7146KB）（305）

为了提高永磁同步直线电机（PMLSM）的跟随精度，提出了一种基于闭环辨识模型的分数阶反馈控制方法，通过对反馈控制系统误差幅值特性进行特定分数阶次形式的精准调节来有效抑制PMLSM的跟随误差。该方法推导了PMLSM闭环辨识模型，通过误差幅值特性分析，确定了分数阶超前-滞后补偿器参数选定方法，以实现分数阶反馈控制系统对PMLSM控制频域特性的准确描述，进而提高PMLSM辨识精度及控制性能。采用所提方法在PMLSM龙门运动平台上进行辨识方法和不同运动规划的跟踪实验及圆轨迹运动实验的验证，实验结果表明，该闭环辨识方法能有效抑制外界对辨识信号的干扰，所建立的闭环辨识模型准确性高；相较于PID控制方法，所提分数阶反馈控制方法能够大幅减小PMLSM跟随误差，对于不同运动规划，跟随误差的均方根误差值减小至少82.47%，验证了所提方法可有效提高PMLSM跟踪精度。

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33. 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（475）

PDF（pc）（6922KB）（305）

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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34. 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（429）

PDF（pc）（6351KB）（301）

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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35. 基于集成学习和改进粒子群优化算法的流程制造工艺参数优化

刘孝保, 严清秀, 易斌, 姚廷强, 顾文娟

中国机械工程 2023, 34 (23): 2842-2853. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.008

摘要（1025）

PDF（pc）（12172KB）（299）

针对流程制造过程中工艺过程复杂、多工序耦合严重、工艺参数优化困难等问题，提出一种基于长短期记忆（LSTM）神经网络、极限梯度提升（XGBoost）算法和改进粒子群优化（IPSO）算法的多工序工艺参数融合优化方法。基于LSTM神经网络建立了数据预处理模型，通过LSTM神经网络提取流程工艺数据的时序特征，进而实现了对工艺数据中异常值的处理。在此基础上，通过XGBoost算法拟合工艺参数与质量指标间的非线性关系，并结合粒子群算法构建了PSO-XGBoost质量预测模型，再将预测模型的输出作为适应度，调用改进粒子群算法反向搜索全局最优工艺参数，得到各工序的最优工艺参数组合，从而实现了流程制造加工质量的融合优化。以某企业的一条流程生产线为例，验证了多工序工艺参数融合优化模型的有效性。

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36. 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（648）

PDF（pc）（9506KB）（276）

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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37. 考虑载荷交互影响的非均匀损伤累积模型

吴志峯, 高建雄, 徐蓉霞, 朱鹏年

中国机械工程 2023, 34 (22): 2659-2664，2673. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.22.002

摘要（507）

PDF（pc）（2724KB）（273）

为研究金属构件的疲劳损伤演化规律，建立了考虑载荷交互影响的非均匀损伤累积模型及寿命预测理论。首先，提出一种恒幅载荷下基于剩余寿命的非均匀疲劳损伤模型。其次，阐述了载荷加载次序效应，并证明该非均匀损伤模型可考虑载荷加载次序效应。再次，验证了载荷间的相互作用，提出相邻两级载荷存在相互影响，定义并引入了载荷交互影响因子，建立了等效损伤新模型。最后，将非均匀损伤模型与等效损伤新模型结合，构造了多级变幅载荷下的非均匀损伤模型。以30NiCrMoV12钢和Al-2024-T45合金的两级载荷加载试验数据进行寿命预测，通过与多种模型进行对比，验证了所提模型可较好地预测疲劳寿命。所提模型对金属的损伤演化规律有一定参考价值。

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38. 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（452）

PDF（pc）（12856KB）（273）

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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39. 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（484）

PDF（pc）（9409KB）（270）

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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40. 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（632）

PDF（pc）（8857KB）（268）

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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