中国机械工程

版权页和目次

2021, 32(06): 0.

摘要 ( )

PDF (371KB) ( )

相关文章 | 计量指标

2020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, 李宏伟, 杨志勃, 赖一楠

2021, 32(06): 631-637. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.001

摘要 ( )

PDF (1672KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

介绍了2020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）科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况；阐述了学科在防控新冠肺炎疫情、落实科学基金改革任务、开展学术研讨与交流、加强人才培养与团队建设等方面的具体举措以及学科“十四五”和2021—2035年中长期发展规划战略研究工作。

一种新型半对称三平移一转动（3T1R）并联操作手的运动学研究

孙驰宇, 沈惠平, 袁军堂, 杨廷力

2021, 32(06): 638-647. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.002

摘要 ( )

PDF (8376KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法，提出了一种能实现三平移一转动（3T1R）的2RRPaR+2RSS并联操作手机构。对该机构进行了结构特性分析，计算了其自由度及POC集，并得出其耦合度为2；依据该机构的结构特性及几何约束条件，采用二维搜索法对该机构的位置正解进行了求解，推导出了其位置逆解，并验证了位置正逆解的正确性；基于该机构的逆解公式，计算出其三维工作空间，并得到了一组Z向不同截面的切片形状，同时对Z=1000 mm截面处的转动能力进行了分析；最后，基于雅可比矩阵对机构奇异位形进行了分析。研究结果表明：所提2RRPaR+2RSS机构在与H4机构主要尺寸参数相同的情况下，其工作性能总体优于H4机构。与H4机构相比，所提机构的工作空间增加了27.87%，其转动能力提高了4.35%。

二维振动辅助微细铣削切削力建模与试验研究

商鹏, 黄思硕, 刘晓鹏, 杨壮, 刘腾, 张建军

2021, 32(06): 648-657，665. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.003

摘要 ( )

PDF (8620KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于力学解析法与斜角切削微元力模型，综合考虑刀具偏心、尺度效应与累积作用对瞬时切削厚度的影响，结合二维振动辅助微细铣削运动学特性，根据剪切区与犁耕区切削力大小不同的特点，建立了二维振动辅助微细铣削切削力模型。为实现振动辅助加工的目的，基于自行设计并优化的非谐振式二维柔顺振动平台，对铝合金Al6061进行了相应的二维振动辅助微细铣削试验研究，并利用MATLAB软件对铝合金Al6061的切削力曲线进行了仿真研究，通过对比分析验证所建立的二维振动辅助微细铣削切削力模型的正确性。最后，基于所建立的切削力模型，分别分析了振幅与振动频率对铣削力的影响规律。

离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征

吴英龙, 宣海军, 单晓明, 付汝龙

2021, 32(06): 658-665. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.004

摘要 ( )

PDF (11912KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为研究某离心轮内部疲劳裂纹扩展及其无损定量表征，开展了高速低循环旋转疲劳试验以及多种无损检测定量表征、断口分析、疲劳裂纹扩展仿真对比研究。研究结果表明：疲劳裂纹到达表面后，疲劳裂纹处于非稳定扩展阶段；20 000~21 700循环间，区间疲劳裂纹扩展速率仿真值与无损表征值接近；21 700~21 789循环间，区间疲劳裂纹扩展速率无损表征值比仿真值大2.5倍左右。疲劳裂纹在离心轮内部、夹杂缺陷区外扩展时，疲劳裂纹处于稳定扩展阶段；全聚焦法(TFM)超声检测和衍射时差(TOFD)超声检测能识别离心轮夹杂缺陷/疲劳裂纹内部扩展；0循环和6000循环时疲劳裂纹在夹杂缺陷区内，无损检测表征值均未发生变化；9000循环及之后，裂纹高度H和径向长度LR的TFM超声无损表征值出现明显的增大，变化与断口值相似但增幅偏小。

混流泵启动过程进口流动特性的数值模拟

李伟, 马凌凌, 施卫东, 季磊磊, 李恩达

2021, 32(06): 666-673,680. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.005

摘要 ( )

PDF (10081KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过建立包括叶轮、导叶、蜗壳、阀门、稳压罐及管路在内的全三维闭合回路模型对混流泵启动过程进行数值模拟，分析了启动过程进口回流的形态及形成原因，研究了回流的轴向长度、轴向速度和圆周速度的分布以及轴向截面回流量、回流面积的变化。研究结果表明，数值模拟与试验结果基本一致，数值计算方法较为可靠。叶片吸力面的流动分离和叶顶间隙泄漏是造成进口回流的主要因素。启动过程中的回流参数均随时间呈现先增大后减小的趋势，主流与回流轴向速度在启动初期呈现对称分布，0.8 s后的回流轴向速度出现非对称分布且离叶轮进口越远非对称分布越明显；受回流排挤，主流轴向速度分布在不同截面呈现不同变化趋势，圆周速度逐渐呈非对称分布，进口管圆截面处平面速度方向逐渐偏离圆周切向，各轴向截面处回流量、回流面积的变化趋势基本一致，每个截面相继出现一个回流面积极大值。

基于振动控制的后视镜球铰摩擦能耗机理研究

宋海生, 王磊, 田学武, 陈志勇

2021, 32(06): 674-680.

摘要 ( )

PDF (4141KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立了一种基于微动滑移摩擦理论的后视镜球铰能量耗散模型，利用刚性壁面与弹性体之间的微动滑移接触来模拟真实情况，采用指数定律给出了压力分布，推导出了球铰微动滑移干摩擦产生的能量耗散方程，并获得了正压力和滑移面积对能量耗散的影响关系曲线。最后将该模型应用于某商用车后视镜怠速振动的控制，并进行了试验与仿真计算，结果表明，所建立的模型能够对后视镜球铰机构的摩擦能量耗散机理进行准确的描述，可为工程普适性应用提供一定的参考。

汽车风振噪声的空气射流结构优化

谷正气, 刘壮志, 杨振东, 郑乐典, 尹善斌

2021, 32(06): 681-688,733. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.007

摘要 ( )

PDF (9961KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

风振噪声的控制研究目前是汽车领域的研究热点与重点之一。通过数值模拟分析研究了空气射流方法对风振噪声的抑制效果。运用大涡模拟(LES)，引入更加准确有效的声品质评价参数，分别对天窗和右后窗的空气射流结构进行优化分析，得到了最优结构参数结果。仿真结果表明，空气射流结构对风振噪声的抑制效果显著。

基于开关式深度神经网络的拟人化自动驾驶决策算法

王玉龙, 裴锋, 刘文如, 闫春香, 周卫林, 李智

2021, 32(06): 689-696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.008

摘要 ( )

PDF (8031KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于深度神经网络的拟人化自动驾驶为复杂环境下的高级自动驾驶提供了新的思路，但网络的封闭性会导致上层驾驶指令很难进入网络，为此，设计了一种开关式深度神经网络，该网络由卷积神经网络层和长短期记忆网络层组成，在两个子网络间嵌入了具有开关性质的特征选择层，并通过不同的驾驶指令选择激活不同的特征分支，从而完成了相应的驾驶任务。实车测试结果表明，开关式深度神经网络不会显著增加模型的推理时间，同时该网络实现了根据输入的不同驾驶指令完成车辆在路口的左转、右转、直行和绕障行为。

非圆齿轮差动轮系往复机构反求设计与运动学分析

汪飞雪, 刘亚, 臧新良

2021, 32(06): 697-704. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.009

摘要 ( )

PDF (6352KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了简洁有效地实现所需的往复运动，提出了一种非圆齿轮差动轮系组合并配以齿条来实现往复直线运动的新型机构，通过合理的节曲线设计，可得到理想的输出运动曲线，该机构形式简单、运行可靠。完成了机构运动学分析，并分析了节曲线对运动特性的影响机制。以执行部件遵循余弦加速度和正弦加速度运动规律输出为例，反求得到了该机构非圆齿轮的节曲线，研究了输出齿轮的摆动角度、差动轮系传动比以及节曲线阶数等参数对节曲线的影响规律和设计准则。比较了上述两种运动规律对节曲线、传动比以及急回特性的影响规律。搭建了非圆齿轮差动轮系传动系统原理样机，并验证了新型传动系统的可行性。

融合动态能耗与路网信息的电动汽车充电路径规划策略

林歆悠, 周斌豪, 夏玉田

2021, 32(06): 705-713. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.010

摘要 ( )

PDF (7269KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对电动汽车续驶里程短的问题，以电动汽车为研究对象，基于“车路网”智能系统建立了道路拓扑模型、阻抗评价模型以及整车能耗模型，分别以电动汽车行驶时间最优、能耗最优和综合最优为目标，运用A*算法对电动汽车进行了充电路径规划。以福州市区交通为实例，采集了各路段主要行驶工况数据，将规划路段与行驶工况数据匹配用于车辆行驶时间和能耗的预测，并结合充电等待时间计算各目标阻抗成本。研究结果表明：所提出的充电路径规划策略能够根据驾驶员的不同需求分别规划出考虑时间、能耗以及综合最优的充电路径。

改进差分进化算法求解混合流水车间调度问题

张源, 陶翼飞, 王加冕

2021, 32(06): 714-720. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.011

摘要 ( )

PDF (1848KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

对于求解混合流水车间调度问题，标准差分进化算法存在易陷入局部极值的缺点，为此，以最小化最大完工时间为目标函数建立了仿真优化模型，并提出了一种改进差分进化算法进行求解。将所提算法结合反向学习策略生成初始种群，在差分进化中进一步引入自适应差分因子，并在个体选择机制中引入模拟退火算法的Metropolis准则，有效提高了该算法的全局搜索能力。最后基于不同规模算例对所提算法和经典算法进行了仿真实验结果对比，验证了所提改进差分进化算法的有效性和优越性。

基于三组测量绳结构的软体机械臂运动检测

李敬仪, 姚立纲, 东辉

2021, 32(06): 721-728. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.012

摘要 ( )

PDF (2667KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对气动软体机械臂运动形状检测问题，设计了一种基于拉线编码器的三组测量绳结构的运动学参数检测装置。依据分段常曲率法，构建了气动模块化软体机械臂的运动检测模型，基于机械臂柔性材料的特点，在建模过程中引入刚度法，使检测模型能准确反映从机械臂驱动气压到形状变化以及运动学参数的映射关系。提出了一种可模块化组装的气动软体机械臂，用于验证检测装置与模型的精度，所提出的机械臂在构型上由硅胶基体、运动气囊和连接板组成，能实现机械臂的模块化组装。通过对所构建的运动检测模型进行推导与仿真，得到了模型的相对误差。最后，通过试验验证了运动检测建模的精度和机械臂驱动、构型以及运动的特征。研究结果表明：相比于传统的视觉追踪方法，所设计的基于三组测量绳结构的检测装置能实现对软体机械臂运动形状的高精度检测。

低匹配对接接头的抗冲击等承载设计方法

董志波, 卢伟泽, 相靓宇, 方洪渊

2021, 32(06): 729-733. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.013

摘要 ( )

PDF (1597KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对A921高强钢低匹配焊接接头抗冲击承载能力不足的问题，基于等承载的思想提出了以冲击功为承受冲击载荷能力的参量，并以此建立了等承载关系。通过A921钢试件的夏比冲击试验，发现其材料冲击韧度与抗弯能力之间具有线性关系，并获得了冲击韧度与构件几何尺寸之间的定量关系。通过Q345钢试件的冲击试验验证了上述关系依然成立，表明该线性关系具备一定的可推广性。如果两材料均满足该关系，则可以借助该关系对比材料的冲击韧性，并预测不同尺寸试件受冲击的力学响应。为此，提出了材料的抗冲击等承载设计方案：通过计算使母材与焊接接头断裂消耗冲击功相等的最佳接头厚度，将其作为冲击载荷下等承载接头的设计条件，并结合接头几何参数优化方法，实现材料的抗冲击等承载设计。

具有晶体学各向异性特征的DD5镍基单晶高温合金铣削力建模

李强, 郭辰光, 赵丽娟, 冷岳峰, 岳海涛

2021, 32(06): 734-740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.014

摘要 ( )

PDF (7110KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了探究具有晶体学各向异性的DD5镍基单晶高温合金铣削力特征，基于分子动力学仿真、派纳力计算表达式、定向切割方法及槽铣实验，通过对单晶合金铣削变形机理的初步探索，对沿刀具进给方向的铣削力进行了定性建模，并对在(001)晶面上沿不同晶向方向进给铣削槽底表面质量进行了评价。研究结果表明，加工过程中切屑的形成是刀具对滑移面上层错的破坏和切屑原子沿滑移面攀升两种行为的综合，由于刀具前方大体积层错结构的破坏，加工进入稳定阶段。基于滑移系和有效分切应力理论，发现在(001)晶面上沿各晶向进给的铣削力均在18~27 N低水平区间内波动，铣削力、表面粗糙度、进刀轨迹间距和微观峰谷高度差均从［110］晶向向［470］、［100］和［740］、［010］两个晶向方向递增，因此，在DD5镍基单晶高温合金铣削加工过程中，沿［110］晶向的铣削加工可表现出最佳的铣削性能。

车辆动力装置变刚度隔振新方法

刘勇, 周一帆, 许铠通, 姜伟

2021, 32(06): 741-747,755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.015

摘要 ( )

PDF (6935KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

常规的车辆动力装置隔振系统无法兼顾低频隔振性能和高承载稳定性，迫切需要新方法、新技术实现两者统一。在分析不同行程区间刚度特性对隔振率和稳定性影响的基础上，提出了预压定刚度弹簧与变刚度弹簧并联的变刚度隔振新构型，阐述了依据隔振率和负载匹配定刚度及预压参数、依据稳定性优化变刚度参数的设计方法。新型隔振器不仅支承能力强，而且隔振频域宽，尤其是低频工作域的隔振效果显著提升。实车测试结果表明，在保证足够稳定性的提前下，额定工况下新型变刚度隔振系统的隔振率由原来的30.3%提高至83.5%。

预热及保温对严寒环境X80钢管道全自动外焊焊缝组织与性能的影响

汪宏辉, 董淑磊, 钱建康, 汤克刚, 王志航, 秦熙琨, 雷正龙

2021, 32(06): 748-755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.06.016

摘要 ( )

PDF (24144KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

研究了-30 ℃严寒环境下采用不同预热及保温措施进行电弧焊接的X80钢，观察了不同焊接条件下接头各区域的显微组织特点，通过硬度测试、拉伸试验、低温冲击试验对接头的力学性能进行了表征。研究结果表明：严寒环境下焊接得到的X80钢焊缝以柱状晶为主，填充区主要由针状铁素体、先共析铁素体及少量魏氏组织组成，随着预热及保温温度升高，魏氏组织的尺寸和数量都有所减小;接头硬度的极大值与极小值分别出现在热影响区的粗晶区与不完全重结晶区，随着预热及保温温度的升高，接头的整体硬度降低，焊缝区域的低温冲击韧性增强，而抗拉强度先提高后降低;预热及保温是接头在严寒环境下获得具有良好综合性能的有效措施，预热及保温温度为100 ℃时接头性能最优。

英文目次

2021, 32(06): 756.

摘要 ( )

PDF (461KB) ( )

当期目录