中国机械工程

Select

1. 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（1279）

PDF（pc）（4422KB）（588）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

2. 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（902）

PDF（pc）（6363KB）（438）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

3. 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（753）

PDF（pc）（8141KB）（432）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

4. 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（711）

PDF（pc）（17686KB）（417）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

5. 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（1900）

PDF（pc）（3068KB）（411）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

6. 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（737）

PDF（pc）（12680KB）（353）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

7. 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（685）

PDF（pc）（9034KB）（348）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

8. 基于变分模态滤波和注意力机制的重载机器人铣削系统颤振辨识方法

梁志强1, 2, 陈司晨1, 杜宇超1, 刘宝隆1, 2, 高子瑞1, 乐毅3, 肖玉斌4, 郑浩然1, 仇天阳1, 刘志兵1

中国机械工程 2025, 36 (05): 1018-1027,1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.013

摘要（1403）

PDF（pc）（7393KB）（335）

提出了一种定参变分模态滤波、包络滤波和注意力机制网络辨识相结合的重载机器人铣削系统颤振辨识方法。首先，根据变分模态滤波理论，通过合适地优选二次惩罚项实现对目标高频非颤振信号分量的剔除；然后，为快速辨识当前的加工状态，从信号时域分布出发，结合频域在时域上的映射规律，采用包络滤波方法实现低频主轴转速相关信号分量的剔除；最后，构建基于注意力机制的网络辨识模型，对预处理后的多时序短时信号片段进行分类以实现加工状态辨识，并开展重载机器人铣削系统加工验证实验。实验分析结果表明，通过剔除高频非颤振信号和低频主轴转速相关信号分量，再生颤振辨识准确度得到了进一步提高，辨识准确度可达98.75%。通过与其他辨识方法对比，所提出的重载机器人铣削系统颤振辨识方法可以有效地识别重载机器人铣削系统加工过程中的再生颤振，为后续重载机器人铣削系统颤振在线抑制提供技术支撑。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

9.

航空航天复杂关键构件高性能制造控形与控性研究专题

中国机械工程 2025, 36 (04): 1-.

摘要（398）

PDF（pc）（293186KB）（306）

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

10. 矿用钢丝绳捻向攀爬轮式巡检机器人设计

唐超权, 佟秉航, 唐玮, 张岗, 王思远, 汤洪伟, 刘贝, 周公博

中国机械工程 2024, 35 (10): 1732-1739. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.003

摘要（737）

PDF（pc）（6279KB）（301）

针对矿用钢丝绳无人巡检需求，设计研制了一种沿钢丝绳捻向攀爬的巡检机器人。该机器人所需的驱动力约为传统沿轴向攀爬机器人的0.915倍，携带负载3 kg时，其越障高度比轴向攀爬机器人的越障高度大0.6 mm，障碍物高度为3 mm时，它携带的最大负载比轴向攀爬机器人大0.4 kg。模拟深井环境开展了钢丝绳振动工况下的巡检机器人攀爬实验。研究结果表明：在钢丝绳静止状态下，攀爬机器人展现出稳定的攀爬性能，最大攀爬速度达到8.25 m/min，可连续攀爬500 m；在低频大幅振动工况下，机器人攀爬速度高于静止时的速度；在高频小幅振动工况下，钢丝绳振动会导致攀爬速度小幅度波动。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

11. 基于模糊线性自抗扰的薄壁件机器人铣削切深控制

石龙, 周鹤翔, 李洲龙

中国机械工程 2025, 36 (04): 671-680. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.003

摘要（2430）

PDF（pc）（8675KB）（293）

弱刚性的大型薄壁零件在机器人减薄加工过程中会出现较大的变形和振动，使得工件表面加工质量下降，剩余壁厚精度难以保证。为此，采用音圈电机驱动的随动支撑头进行振动和变形抑制，并提出了基于模糊线性自抗扰控制（FLADRC）的薄壁件机器人铣削切深控制策略。为验证该控制策略的有效性，首先采用MATLAB/Simulink仿真实验平台建立系统控制模型并进行了仿真分析，然后在薄壁件机器人铣削实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明，基于随动支撑头的切深控制策略能够显著抑制薄壁件加工过程中的振动和变形，并有效保证剩余壁厚的精度。此外，相较于传统的模糊PID（FPID）控制，模糊线性自抗扰控制器具有更好的控制效果，在外部干扰的情况下表现出更好的鲁棒性。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

12. 高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

张迪嘉1, 2, 高路平2, 周少梁2, 高隆隆2, 李宝仁2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1141-1150. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.001

摘要（702）

PDF（pc）（7020KB）（290）

高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高，针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响，设计了交叉对比实验，实验结果表明，伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动，系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

13. 面向高端装备的金属激光增材制造技术发展与应用

杨凯, 王磊, 汤永凯, 刘谋斌, 郭子傲

中国机械工程 2025, 36 (09): 2068-2080. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.09.019

摘要（276）

HTML （9）

PDF（pc）（3960KB）（265）

综述了金属激光增材制造技术在高端装备制造中的创新应用与发展，介绍了其基本原理与优势，涵盖实现复杂结构的一体化制造、材料与结构的优化设计，以及部件的性能提升；探讨了激光增材制造技术在新材料开发、新工艺创新、新结构设计和新功能集成等方面为高端装备制造带来的创新机遇；分析了当前在高端装备制造领域应用金属激光增材制造技术所面临的挑战，如材料体系开发和新材料应用、制造装备开发、制造过程在线监测与质量控制技术，以及零件后处理等技术难题。最后，对高端装备应用金属激光增材制造技术的未来发展趋势进行了展望。

图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

14. 航空发动机精锻叶片榫头加工夹具设计

张申1, 梁嘉炜2, 吴动波3, 王辉4, 赵兵1, 许立君5, 周奋5

中国机械工程 2025, 36 (04): 703-714. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.007

摘要（1513）

PDF（pc）（9510KB）（258）

航空发动机精锻叶片是典型的复杂曲面薄壁零件，对叶片榫头进行铣削加工时，不仅定位困难而且极易产生变形和振动。针对上述问题，提出了精锻叶片多点夹紧的夹具设计方法，并设计了一种低应力硬装夹工装夹具。利用静力学分析对装夹位置进行优化，对仿形元件材料进行选取，对装夹方式进行优化。通过模态测试试验和振动测试试验测试夹具效果。试验结果表明，采用仿形元件后，系统的低频段幅值减小了50%，高频段幅值减小了75%，一阶共振频率由210 Hz提高至402 Hz，峰值下阻尼比由17.4%提高至25.9%，振动位移信号有效值减小了35%，加工误差范围减小了59%。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

15. γ-TiAl合金的加工特性及能场辅助技术研究进展

范滔1, 2, 姚倡锋1, 2, 谭靓1, 2, 单晨伟１, ２, 夏子文１, ２

中国机械工程 2025, 36 (04): 636-645. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.001

摘要（2045）

PDF（pc）（25364KB）（257）

γ-TiAl合金密度小、比强度高，具有优异的高温抗氧化性能，在航空航天领域有着广泛的应用潜力，然而，由于其高脆性和低室温塑性，被认为是典型的难加工材料，加工过程中存在高切削力、快速刀具磨损和表面缺陷等挑战。近年来，能场辅助加工技术为解决这些问题提供了新的思路。系统分析了γ-TiAl合金的材料特性、加工特性及表面完整性，并重点探讨了能场辅助加工技术的研究进展，包括在减小切削力、延长刀具寿命及提升表面质量中的应用效果。同时梳理了当前研究的局限性，并提出了未来发展趋势，以期为γ-TiAl合金的高效加工提供理论与技术参考。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

16. 砂布轮抛光航空发动机叶片温度仿真与试验研究

鲜超1, 3, 辛红敏2, 3, 代辉2, 程清思2

中国机械工程 2025, 36 (04): 802-810. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.017

摘要（481）

PDF（pc）（9909KB）（248）

在ANSYS软件中使用矩形热源加载的方法仿真得到了砂布轮抛光叶片过程瞬时温度场，研究了抛光过程中叶片表面和沿叶片厚度方向的温度分布，并探究了工艺参数对抛光温度的影响规律。结果表明：随着抛光加工的进行，抛光温度分布逐渐趋于稳定，当抛光温度趋于稳定时，叶片已加工部分在不同深度处的温度值趋于一致，正在加工部分的温度沿着深度方向不断减小；抛光温度梯度从正在加工的接触区域向已加工区域逐渐递减；抛光温度随主轴转速的增加而升高，进给速度对抛光温度的影响并不明显，抛光温度与切向抛光力正相关。将测量温度值与仿真温度值进行比较，偏差率不超过10%，表明两者具有良好的一致性，仿真准确性较高。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

17. 复杂载荷、极端环境下焊接结构疲劳寿命预测研究综述

董志波1, 王程程1, 李承昆1, 李峻臣2, 赵耀邦2, 历吴恺2, 徐爱杰2

中国机械工程 2024, 35 (05): 829-839. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.008

摘要（944）

PDF（pc）（6000KB）（244）

焊接接头易出现缺陷和应力集中，在疲劳载荷作用下将成为疲劳裂纹萌生和扩展的薄弱区域。与均质材料相比，接头各区域微观组织及应力局部化使得焊接结构疲劳问题进一步复杂化。区别于理想实验条件，实际焊接结构服役环境复杂，疲劳寿命预测须考虑环境因素与焊接结构耦合特性。为此，对影响焊接结构的内在因素进行总结分析，从复杂载荷和极端服役环境两方面对现有焊接结构寿命预测模型进行综述，结合最新研究进展对改进焊接结构疲劳寿命评估方法提出建议。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

18. 风车桥气动干扰作用下的汽车纵横向协调控制

袁志群, 李曰瀚, 林立, 孙鹏飞, 张义,

中国机械工程 2024, 35 (04): 731-741. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.016

摘要（638）

PDF（pc）（14748KB）（236）

为提高跨海大桥上轿车的风致行车安全能力，采用合成风和动网格耦合方法建立了轿车超越集装箱货车的瞬态分析模型，揭示了“风车桥”气动交互作用机理及其对轿车气动特性的影响规律。采用五次多项式插值算法建立了超车轨迹规划模型，基于模糊逻辑的双PID控制方法与径向基神经网络的滑模控制方法设计了纵横向协调控制器，开展了轿车超车过程的路径跟踪能力分析及行驶稳定性评价。研究结果表明：风车桥的气动干扰大小与行驶车道及位置有显著关系，纵横向协调控制器的路径跟踪控制精度和鲁棒性较好，轿车侧风稳定性提高效果明显。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

19. “复杂装备不确定性分析与可靠性设计”专辑

中国机械工程 2024, 35 (05): 1-.

摘要（340）

PDF（pc）（110765KB）（234）

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

20. 强迫定位装夹对航空复合材料构件几何物理装配性能的影响与协同保障

郭飞燕1, 张永亮2, 刘嘉良1, 张辉2

中国机械工程 2025, 36 (04): 655-670. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.002

摘要（1877）

PDF（pc）（7015KB）（234）

航空用复合材料大尺寸薄壁构件自身成形精度较低、面内翘曲变形大，装配误差累积易在配合连接部位出现不期望的几何间隙与外形超差，在工程中通常采取施加局部装夹力的强迫方式予以被动消减，但此种方法会引发不均衡的装配内应力分布甚至内部损伤等质量问题，直接影响装配结构的飞行服役性能。首先阐述强迫定位装夹原理，解析强迫定位装夹对复合材料弱刚性薄壁件装配几何精度与内应力/损伤等物理性能的影响规律；然后，从分析装配前的强迫装夹工艺参数优化、装配中的工装柔性定位力位调整两方面出发，解析强迫装配力限值设定、几何间隙消减、应力/损伤演化预测、装夹工艺参数优化反求、应力/损伤精准测量等关键技术及其具体实现步骤方法，以实现强迫定位装夹过程中装配变形、内应力和损伤状态等形性指标的耦合分析、主动控制与协同保障；最后，从实际工程应用的角度出发，提出面向复合材料构件高质高效与低成本装配目标的下一步工作重点。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

21. 区间过程激励下刚柔耦合系统动态不确定性分析的序列模拟方法

刘延浩, 倪冰雨, 田万一, 姜潮

中国机械工程 2024, 35 (05): 770-783. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.002

摘要（1542）

PDF（pc）（9281KB）（233）

针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学问题，提出了一种基于区间过程模型的动力学不确定性序列模拟方法，旨在通过区间过程序列抽样及刚柔耦合动力学序列模拟计算结构振动与机构运动等系统动态响应的上下边界。介绍了中心刚体柔性梁刚柔耦合系统动力学方程的构建与数值求解方法。针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学分析，引入区间过程模型及其区间K-L展开对动态不确定性进行了度量和高效表征，提出了一种求解系统机构运动与结构振动等动力学响应上下边界的序列模拟方法。该方法利用序列模拟策略识别当前模拟序列中对动态响应上边界或下边界具有贡献的区间过程参数样本集，作为下一模拟序列中的局部加密抽样中心，可有效避免直接蒙特卡罗模拟在计算动力学响应上下边界时因过多无效抽样模拟而导致的低效收敛问题。最后，通过三个算例对所提方法的有效性进行了验证。研究结果表明，对于刚柔耦合系统大范围运动及振动响应上下边界的求解，序列模拟方法相比于直接蒙特卡罗模拟方法具有更好的计算效率和计算精度。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

22. 主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

李迎春, 聂傲男, 杨明宣, 朱定康, 邱明, 杨更生

中国机械工程 2024, 35 (04): 646-655. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.008

摘要（855）

PDF（pc）（8283KB）（231）

针对主动磁悬浮轴承系统（AMBs）转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热，易使保护轴承失效的问题，对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究，分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素，进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜（类石墨碳基薄膜，GLC）的减摩方法，并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明：跌落转速为20 000 r/min时，保护轴承的最高温度为210.60 ℃，出现在转子与轴承内圈端面高速碰摩阶段，该温度超过了轴承钢160 ℃的回火温度，导致轴承烧伤而失效。在跌落试验中，镀有GLC薄膜的自润滑保护轴承试验后的沟道和端面外观明显优于未镀膜保护轴承，由碰摩发热导致的内圈端面硬度下降也较轻，质心轨迹和轴向位移更加平稳，温升更低，GLC薄膜起到了关键的自润滑和减摩功能，提高了保护轴承的使用寿命和服役可靠性，为解决主动磁悬浮轴承系统中保护轴承易失效而发生重大事故的问题提供了一种思路和方法。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

23. 基于图正则化约束频域组稀疏模型的风电机组滚动轴承故障诊断

李继猛, 王泽, 史清心, 孟宗

中国机械工程 2024, 35 (11): 1909-1919. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.002

摘要（1557）

PDF（pc）（11269KB）（230）

风电机组的非平稳运行、嘈杂环境以及强电磁干扰等影响，使得滚动轴承故障脉冲易被强噪声淹没，微弱特征难以准确识别。提出了一种图正则化约束的频域组稀疏模型，在不依赖周期先验的前提下，实现滚动轴承故障特征的有效提取。将振动信号转化成图信号以构造图正则化约束，利用结构化信息指导惩罚力度，提高稀疏重构的准确性；构建图正则化约束的频域组稀疏模型，给出了组内分量收缩阈值的确定方法，并利用近端映射来简化目标函数以优化求解；最后，利用构造的综合评价指标和蛾焰优化算法优化模型参数，通过对重构后时域稀疏信号的包络谱分析识别滚动轴承故障。数值仿真和实验结果表明，所提方法具有良好的抗噪性能，能够有效地提取强噪声干扰下滚动轴承的微弱故障特征。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

24. 基于YOLOv5s的精密视觉检测系统快速调焦方法

胡新宇, 刘锡阳, 张骏巍, 严爽, 李云翔, 叶旭辉

中国机械工程 2025, 36 (04): 864-872. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.024

摘要（402）

PDF（pc）（8753KB）（225）

针对视觉检测系统在测量时因受生产精度、装配误差等外界因素影响，图像存在离焦模糊的问题，提出了一种基于YOLOv5s的精密视觉检测系统快速调焦方法，该方法采用粗精结合调焦策略。首先利用训练的YOLOv5s模型搜索清晰成像的景深区间，准确率达到97.6%，900 ms内完成粗调焦过程；然后利用清晰度评价函数及改进搜索算法实现精调焦，在景深区间内快速准确地找到最佳成像平面。实验结果表明，在±4 mm的离焦区间内，调焦精度达到0.04 mm，平均用时不超过1600 ms，较现有基于图像处理的方法缩短了47.6%，具有速度快、精度高、适应性强等优点，可应用于视觉检测系统的在线精密测量。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

25. 复合波提升仿生机器鱼推进性能研究

罗自荣1, 夏明海1, 殷谦2, 卢钟岳1, 蒋涛1, 朱一鸣1

中国机械工程 2024, 35 (11): 1901-1908. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.001

摘要（628）

PDF（pc）（8473KB）（224）

受地震纵波和横波复合作用具有极大破坏性的启发，提出并设计了一种纵横复合波动新型水下仿生推进器。理论上建立了纵横复合波动运动学模型，开发了物理样机与测试平台，通过计算流体动力学(CFD)仿真和物理试验对比分析推进器在不同纵波幅值叠加下的推进性能。仿真结果表明，纵横复合波动能够显著增大波动鳍的推力和速度，推力均值可提高27.6%，峰值增大幅度大于200%。试验结果表明，推进器在2 Hz频率和20°纵波幅值下的稳态平均速度达到0.761 m/s，相比无纵波时提高约14.7%。该研究结果表明，相较于单一正弦横波，复合波动仿生鱼鳍具有更好的推力和速度性能，为高性能仿生波动机器鱼的研制提供了一种新的推进机理。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

26. 基于GPU加速的等几何拓扑优化高效多重网格求解方法

杨峰, 罗世杰, 杨江鸿, 王英俊,

中国机械工程 2024, 35 (04): 602-613. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.004

摘要（867）

PDF（pc）（8284KB）（217）

针对大规模等几何拓扑优化(ITO)计算量巨大、传统求解方法效率低的问题，提出了一种基于样条h细化的高效多重网格方程求解方法。该方法利用h细化插值得到粗细网格之间的权重信息，然后构造多重网格方法的插值矩阵，获得更准确的粗细网格映射信息，从而提高求解速度。此外，对多重网格求解过程进行分析，构建其高效GPU并行算法。数值算例表明，所提出的求解方法与线性插值的多重网格共轭梯度法、代数多重网格共轭梯度法和预处理共轭梯度法相比分别取得了最高1.47、11.12和17.02的加速比。GPU并行求解相对于CPU串行求解的加速比高达33.86，显著提高了大规模线性方程组的求解效率。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

27. 重载足式机器人变缩放比例腿设计

索喆, 李想, 刘建峰, 王继新

中国机械工程 2025, 36 (02): 191-196. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.02.001

摘要（538）

PDF（pc）（7951KB）（216）

分析了二自由度比例缩放机构的运动特性，对比了多种变缩放比例设计方案及其优缺点，提出了一种变缩放比例腿，设计了非线性腿长调整机构，仅用一个驱动器即可实现大腿杆和小腿杆的长度按照非线性比例关系进行调整，进而在保证缩放特性的同时实现了缩放比例的调整。变缩放比例腿无需进行拆卸和更换零部件即可完成缩放比例的调整，改变了足端运动空间和机器人的承载能力。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

28. 椭圆横断截面新型双轴柔性铰链设计及分析

魏华贤1, 2, 赵永杰2, 杨楠2, 王奉涛2, 牛小东2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1348-1357. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.002

摘要（727）

PDF（pc）（12837KB）（210）

现有同位正交复合缺口双轴柔铰存在矩形横断截面锐边结构，增大了应力集中效应，且无法通过优化纵向缺口轮廓来消除。为此，提出一类椭圆横断截面新型双轴柔铰。首先以圆弧缺口为对象，构建该类柔铰的参数化结构模型；然后基于卡氏第二定理建立其柔度及最大应力理论模型，通过有限元分析验证模型的有效性，基于此，实现了柔度及应力集中特性分析；最后通过实验测试验证了柔铰的柔度性能。结果表明，椭圆横断截面型双轴柔铰具备两向各异柔度，可从本质上避免锋利锐边结构，降低应力集中效应，与具有相同缺口结构的矩形横断截面型双轴柔铰相比，工作能力可提高47.9%，该类柔铰结构拓展了现有缺口型柔铰的基本类型。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

29. 一种考虑弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的机器人刚度辨识方法

郭万金1, 2, 3, 4, 李儒1, 王利斌1, 郝钦磊1, 曹雏清2, 赵立军2, 4

中国机械工程 2025, 36 (05): 974-985. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.009

摘要（432）

PDF（pc）（7073KB）（208）

为解决含有弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的3T2R型高灵巧性机器人的刚度辨识问题，提出一种机器人刚度辨识方法。分析机器人紧凑性和经济性复合式构型设计的结构特点及作业姿态调整高灵巧性的运动特点，构建机器人雅可比矩阵，并建立机器人末端变形模型，分析机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构对机器人末端变形的影响；考虑机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的共同作用影响及机器人弱刚性大变形的结构特征，进行机器人关节刚度辨识，并对移动关节3进行变刚度建模。实验结果表明，所提方法比常规刚度辨识方法辨识出的机器人关节3、关节4和关节5的刚度分别增大了146.59%、30.18%和36.07%；在所选6组机器人位姿处末端综合变形实测值和理论计算值的误差率为4%~6％，验证了所提刚度辨识方法的有效性。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

30. 无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪节能控制融合研究

刘俊玲, 冯港辉, 张俊江, 杨凯

中国机械工程 2024, 35 (04): 678-690. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.011

摘要（780）

PDF（pc）（9354KB）（206）

为进一步提高无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪精度和能耗经济性，提出了一种轨迹跟踪节能控制融合策略。首先，建立车辆运动学模型，采用模型预测控制策略对车辆进行轨迹跟踪控制；在此基础上，以速度为交互变量，提出了一种三阶段动态规划节能控制策略，在线优化最优经济性函数，以降低整车能耗总成本；最后，选择相互独立的纯跟踪轨迹跟踪算法与功率跟随节能控制策略进行比较。结果表明，所提出的轨迹跟踪节能控制融合策略提高了轨迹跟踪效果，降低了整车能耗总成本，轨迹跟踪精度提高了70.47%，纯电动和混合驱动模式下能耗总成本分别下降了4.52%和25.10%。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

31. 多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器研究

杨继森1, 2, 3, 袁俊松1, 3, 修府1, 3, 刘嘉诚1, 3, 张小龙1, 3

中国机械工程 2025, 36 (05): 889-897. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.001

摘要（580）

PDF（pc）（8864KB）（205）

针对双列平面磁场式传感器两码道激励频率相同时磁场之间的相互串扰影响传感器测量精度并降低信噪比等问题，提出了一种多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器设计方案，在实现解算绝对位移的同时能够消除码道间磁场串扰的问题。传感器分为定尺和动尺，都采用双层交替结构，定尺使用两列增量式码道组合而成，分为精机和粗机，两列激励线圈的对极数为互质关系的两个整数，利用对极内位移差实现绝对位移测量。精机测量通道和粗机测量通道同时通入不同频率的激励电流信号，其中精机为1 MHz高频电流信号，高频激励电流信号可以有效增强感应信号，提高电气处理系统的信噪比。通过外差降频的方法来提高传感器分辨力，有效地解决了通过提高激励信号频率来提高信号信噪比与传感器解算高分辨力难以兼顾的问题。通过电磁仿真分析对传感器进行了理论验证和误差分析。最后搭建实验平台进行了样机实验，实验结果表明，采用多频磁场耦合的绝对式传感器结构有效消除了精机与粗机之间的磁场串扰，传感器信噪比得到提高，在140 mm的测量范围内测量误差小于±17.34 μm。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

32. 碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

陈忠安, 包彬颖, 张广义, 潮阳, 王玉峰, 姚喆赫, 焦俊科, 张文武,

中国机械工程 2024, 35 (04): 700-710. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.013

摘要（737）

PDF（pc）（27678KB）（202）

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料在水导激光加工后，切缝表面和横截面存在热损伤，这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题，采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律，研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明：高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度；激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。在2 mm厚CFRP切割试验中发现：横截面热影响区宽度与纤维排布方向有关，0°碳纤维热影响区宽度最大，45°和135°碳纤维热影响区宽度次之且宽度相近，90°碳纤维热影响宽度最小；另外，提高水射流速度有利于抑制热影响区的扩展，水射流速度由80 m/s提高至120 m/s，最大热影响宽度缩小35.7%。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

33. 塑料齿轮传动高承载技术发展与应用

刘怀举, 卢泽华, 朱才朝

中国机械工程 2025, 36 (01): 2-17. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.001

摘要（667）

PDF（pc）（15004KB）（201）

围绕塑料齿轮承载能力及在动力传动领域应用的问题，介绍了塑料齿轮的失效形式与承载能力，给出了目前的材料与工艺水平下塑料齿轮承载的基础数据，从新材料应用、润滑等工况条件改善、材料结构工况协同设计等方面阐述了提高塑料齿轮承载能力的措施，介绍了高承载塑料齿轮在汽车发动机传动、轻型车辆主传动、小型航发附件机匣传动等动力传动场景的应用实践和潜力。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

34. 带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

田立勇1, 唐瑞1, 于宁1, 杨秀宇1, 2, 秦文光3

中国机械工程 2024, 35 (05): 938-949. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.019

摘要（754）

PDF（pc）（15549KB）（200）

针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题，以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象，根据巷道参数和更换托辊流程，研究不停机更换托辊机器人，制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究，利用SolidWorks软件建立机器人三维实体模型，并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ANSYS Workbench软件对支撑平台和皮带举升机构进行有限元分析，伸缩支撑平台采用滑轨式结构，滑轨在悬臂和举升额定载荷下应力分别为15.647 MPa和66.395 MPa，最大变形位移出现在额定载荷条件下，位移为1.0742 mm。皮带举升机构选用剪叉式结构，额定举升时最大应力为152.82 MPa，最大位移为0.7331 mm。依据设计参数加工机器人样机，以功率为64 kW的柴油发动机为动力，通过液压马达驱动履带行走，速度范围在3~8 km/h，姿态调整平台可实现升降高度0~357 mm、俯仰角度±15°、侧倾角度-4°~7°、旋转角度-10°~20°、横移范围0~400 mm、纵移范围0~350 mm，多级伸缩机构采用组合滑轨方式实现平台0~2.1 m伸缩，采用五自由度机械手可实现对不同位置托辊进行拆装。通过地面及井下试验测试对机器人样机的行走、姿态调整、举升皮带、拆装托辊功能进行试验验证，结果表明：机器人在主平硐狭窄巷道行驶通过性良好，伸缩支撑平台在输送机不停机状态下举升皮带最大高度为241 mm，为机械手拆装不同位置托辊提供足够操作空间以达到设计性能要求，研究带式输送机不停机更换托辊机器人可为煤矿带式输送机维修提供新途径。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

35. 弧形金刚石砂轮机械修整研究进展

陈冰1, 卿光烨1, 郭烨1, 邓朝晖2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1331-1347. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.001

摘要（684）

PDF（pc）（13816KB）（200）

弧形金刚石砂轮因特有的弧形轮廓，常用于陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料光学元件的精密超精密磨削加工。然而，在光学元件磨削加工过程中，由于砂轮与工件表面间的相互作用，砂轮表面受到挤压破坏，长时间磨削后会产生砂轮堵塞、砂轮磨损、砂轮尺寸和形状精度下降等问题，进而降低了磨削后光学元件的表面粗糙度、面形精度和损伤厚度等。修整弧形金刚石砂轮是解决上述问题的有效途径之一，机械修整因具有修整效率高、便于实现等特点，仍是弧形金刚石砂轮在位修整的主要应用方法。对弧形金刚石砂轮的机械修整方法进行了综述，探究了不同修整方法的修整机理与特点，分析了修整效果的评价方法，并对弧形金刚石砂轮机械修整的发展方向进行了展望。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

36. 汽车结构可靠性分析与优化设计研究进展

张磊1, 2, 3, 孙学涛1, 2, 陈洁1, 2, 孙远波3, 郭佳佳1, 2, 郑杰1, 2

中国机械工程 2024, 35 (11): 1948-1962，1970. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.006

摘要（698）

PDF（pc）（2504KB）（199）

为研究汽车结构的可靠性，对机械结构分析和设计中的不确定性进行总结，从结构参数不确定性、材料性能参数不确定性和载荷不确定性3方面分析了汽车结构设计变量及其参数的不确定性；对概率可靠性分析和非概率可靠性分析方法的研究进展进行了梳理和综述；列举了可靠性分析方法在汽车结构中的应用；对可靠性的数学模型与算法进行梳理，重点研究了可靠性优化设计在汽车轻量化及耐撞性等方面的应用，并指出了汽车结构可靠性分析与优化设计中的发展趋势。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

37. 面向智能车辆的路面凹凸障碍物识别方法研究

邹俊逸, 刘畅, 郭文彬, 严运兵, 冉茂平

中国机械工程 2024, 35 (06): 951-961. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.001

摘要（680）

PDF（pc）（19223KB）（198）

对于智能车辆而言，如果感知设备可以准确快速地检测到车辆行驶前方道路上的凹凸障碍物，那就可为车辆悬架等底盘系统的控制提供重要的预瞄信息，从而实现车辆综合性能的提高和改善。针对路面上常见的凸块（减速带）、凹坑等典型的正负障碍物，提出了一种基于改进YOLOv7-tiny算法的识别方法。首先，在原YOLOv7-tiny算法的三个特征提取层引入SimAM模块，增强网络对特征图的感知能力；其次，在Neck部分采用更为平滑的Mish激活函数，增加更多的非线性表达；再次，使用CARAFE上采样算子替换最近邻上采样算子，使网络更有效地聚合上下文信息；最后，将WIoU作为定位损失函数，提高网络收敛速度以及鲁棒性。离线仿真实验结果表明：与原模型相比，改进后的模型在几乎相同参数量下，预测框与真实框交并比为0.5时的平均准确度提高了约2.5%。将改进后的模型部署到实车上，实车实验验证了模型能够有效检测出车辆前方路面出现的障碍物，说明所提出的算法模型能够准确提供障碍物检测的预前信息。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

38. 基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断

邹筱瑜1, 3, 孙国庆1, 王忠宾1, 3, 潘杰2, 刘新华1, 3, 李鑫1, 3

中国机械工程 2024, 35 (08): 1405-1413，1448. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.009

摘要（1859）

PDF（pc）（9001KB）（192）

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题，考虑单一模态下故障诊断的局限性，提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法，对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络在不同模块中区分性地嵌入不同注意力机制，实现多维度关键故障特征提取。最后通过钻机实验台数据集和凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明：所提方法能自动提取丰富的钻机轴承故障特征，比仅在时域或时频域分析具有更高的准确率和抗噪能力。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

39. 海洋探测装备收放缆力学性能研究综述

万步炎1, 2, 彭奋飞1, 2, 3, 金永平1, 2 , 刘德顺1, 2 , 彭佑多1, 2

中国机械工程 2024, 35 (09): 1521-1533. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.001

摘要（606）

PDF（pc）（8520KB）（189）

收放缆是维系海底探测装备与船舶的唯一纽带，具备电力、信息传输以及承重等功能，被广泛用于各类收放系统。收放缆的安全可靠性是其核心功能要求，因此开展收放缆力学性能试验是整个收放缆研究的基础。从海洋绞车以及收放缆的种类、失效形式出发，系统总结了收放缆力学性能试验研究动态，展望其未来研究方向。对海洋绞车以及收放缆进行了功能分类并详细分析了收放缆失效的形式以及原因；阐述了收放缆服役环境工况及其力学性能要求与试验研究现状；探讨海洋探测装备收放缆的力学性能研究方向，从极端服役环境对合成纤维收放缆力学性能影响及其机制、多重载荷耦合作用下合成纤维收放缆破坏行为及其机理、收放缆力学性能技术与综合模拟装置等方面进行了展望。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

40. 基于驾驶事件的驾驶风格分类与识别方法研究

秦大同, 陈沫机, 曹宇航, 高迪

中国机械工程 2024, 35 (09): 1534-1541. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.002

摘要（814）

PDF（pc）（6584KB）（189）

针对基于数据统计特征的驾驶风格分类识别方法容易忽略驾驶员在驾驶过程中驾驶风格多样性的问题，提出了一种基于驾驶事件、谱聚类与随机森林相结合的驾驶风格分类识别方法。设计试验采集驾驶数据，进行数据预处理，提取转弯事件和制动事件，经标准化和降维处理后，运用谱聚类算法分别对转弯事件和制动事件进行驾驶风格聚类。采用熵权法赋权得到每位驾驶员的驾驶风格权重，对比5种机器学习算法对驾驶风格识别的精确度，结果表明基于随机森林的驾驶风格识别精确度为92.73%，显著提高了驾驶风格识别准确率。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

全文下载排行