中国机械工程

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1. 基于类小波辅助分类生成对抗网络的轴承故障数据生成方法

焦华超, 孙文磊, 王宏伟

中国机械工程 2025, 36 (03): 546-557. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.018

摘要（1671）

PDF（pc）（7836KB）（57）

利用数据生成方法生成时域特征和频域特征与轴承故障真实信号一致的高质量数据，构建平衡数据集，对数据不平衡情况下建立高效的轴承故障诊断模型具有重要意义。针对现有数据生成方法仅关注时域或频域单一特征的局限，提出了类小波辅助分类生成对抗网络。基于小波变换原理，使用多层神经网络构建类小波变换（WLT）网络，模拟小波变换及逆变换，建立时域与频域信号的映射关系；将WLT网络嵌入辅助分类生成对抗网络(ACGAN)模型中，作为模型生成器的主体；构建两个不同功能的判别器，使得改进的ACGAN在一次训练中能同时学到真实轴承振动信号的时域和频域特征信息。试验结果表明，WLT-ACGAN模型生成的轴承振动信号具有与真实轴承振动信号一致的时域特征和频域特征，数据不平衡时，利用生成信号扩增的平衡数据集构建的故障诊断模型具有较高的准确率。

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2. 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（1655）

PDF（pc）（25364KB）（147）

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。

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3. 基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断

杨康1, 陈学军1, 2, 张磊3, 刘烽3

中国机械工程 2025, 36 (05): 1065-1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.018

摘要（1592）

PDF（pc）（5744KB）（30）

变工况下轴承故障数据分布差异大，故障诊断模型实际识别精度较低，且目前大多数轴承跨域故障诊断研究侧重于域间对齐和类内对比而忽略了子域间的影响，为此，提出了一种基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法。为突出故障特征，对轴承振动信号进行短时傅里叶变换将其转化为时频图，输入特征提取模块，得到故障特征，并通过领域自适应方法将从源域学到的知识迁移到目标域，实现跨域识别。在域适应过程中采用联合子域对比对齐策略，将来自相同子域样本拉近的同时分开不同子域样本，对齐源域与目标域中同类别样本所属子域分布，从而提高模型在目标域上的泛化能力。在模型架构上使用Resnet34作为特征提取网络，在网络输出端使用最大均值差异，对齐源域与目标域的全局分布。基于凯斯西储大学轴承故障数据集进行实验验证，与经典域适应方法进行对比，实验结果表明基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法具有更好的特征迁移能力。

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4. 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（1543）

PDF（pc）（7015KB）（111）

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。

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5. 纳米碳球切削液的润滑性能及机理研究

孙浩1, 蓝启鑫2, 姚斌2, 芦晶晶1, 张金辉2, 潘志榕2, 赵珂馨2

中国机械工程 2025, 36 (04): 715-723. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.008

摘要（1496）

PDF（pc）（8056KB）（53）

探究了纳米碳球切削液应用于难加工航空齿轮钢（15Cr14Co12Mo5Ni2W）切削中纳米碳球粒子对切削液的润滑增强作用。首先构建了金属切削的切削力模型，分析了切削润滑与切削力的关系；进一步，联合摩擦磨损试验和铣削试验，从摩擦因数、磨损量、摩擦表面质量和切削力等方面分析了纳米碳球切削液的润滑性能表现。相比于基础切削液，纳米碳球切削液（纳米碳球质量分数为0.02%）作用下的难加工齿轮钢铣削力减小了10%以上，表面粗糙度减小了15%以上。试验观测结果显示，摩擦接触面上的纳米碳球粒子更容易吸附在表面自由能大的微尖峰区域，并形成一层纳米碳球吸附膜；纳米碳球粒子可以在摩擦界面发挥“微轴承”减摩作用。

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6. 基于多源小波变换神经网络的旋转机械轴承故障诊断

郭海宇1, 邹圣公1, 张晓光2, 3, 4, 陆凡凡2, 陈洋2, 王涵2, 徐新志2

中国机械工程 2024, 35 (11): 2026-2034. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.014

摘要（1484）

PDF（pc）（5837KB）（81）

针对旋转机械轴承故障诊断中故障样本稀缺，以及传统模型在小样本条件下容易过拟合及泛化能力差的问题，提出一种多源小波时频变换卷积神经网络。针对单支振动传感器采集的高频数据，设计基于小波变换的时频卷积层，用于融合小波系数的实部与虚部，其中实部对应振动信号的幅值信息，虚部对应相位信息。与仅考虑实部的卷积层相比，该卷积层能够提取完整的时频特征。利用时频卷积层分别对同一设备上的多支传感器采集的高频数据进行特征提取，并将提取到的多个特征进行级联。设计基于轻量深度可分离卷积的密集模块对级联特征进行更深层次的特征提取，用于实现故障分类。利用凯斯西储大学滚动轴承数据集验证模型的有效性，准确率为98.5%。将模型应用于回转窑、皮带机和篦冷风机的轴承故障诊断，平均准确率达97.19%。

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7. 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（1330）

PDF（pc）（11269KB）（135）

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。

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8. 基于离散点云构造径向线的螺旋加工轨迹规划方法

吴江盛, 柴兴亮, 薄其乐, 刘海波, 王永青

中国机械工程 2025, 36 (04): 697-702,714. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.006

摘要（1264）

PDF（pc）（7105KB）（45）

针对基于离散点云难以直接生成高效准确的连续光滑刀位轨迹的问题，提出了在点云上直接构造径向线的方法，通过径向线插值生成螺旋加工轨迹。对于径向线构造，提出了基于特征描述子边界识别方法，提取边界点作为径向线两端点；以点云上两端点之间最优离散测地线作为径向线点集，提出了离散测地线曲率最小化问题，并通过牛顿迭代法求解该问题。在径向线点集的基础上，采用B样条曲线拟合并根据残留高度进行了重采样；提出了径向线插值算法，生成了等残留高度的螺旋加工轨迹。最后，通过实例验证了该方法的有效性，可通过点云数据直接生成螺旋刀位轨迹。

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9. 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（1141）

PDF（pc）（9510KB）（94）

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%。

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10. 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（1096）

PDF（pc）（8675KB）（109）

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。

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11. 基于参数映射的开式整体叶盘流道铣削路径生成方法

韩江1, 2, 张文强1, 2, 田晓青1, 2, 夏链1, 2

中国机械工程 2025, 36 (04): 688-696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.005

摘要（996）

PDF（pc）（9035KB）（45）

针对整体叶盘类零件流道的粗加工问题，提出了一种变层厚曲面分层的加工策略，并根据整体叶盘类零件流道宽度变化的特点，在任一切削层曲面，利用测地偏移原理确定流道两侧刀具路径边界，确定步长和路径条数，提出了一种沿着流道纵向铣削的走刀路径规划方法。计算了流道边界的刀轴矢量，利用四元数插值计算流道边界中间刀位点的刀轴矢量。计算结果表明，与常规采用叶盘轮毂回转面偏置或叶盘包覆回转面偏置的均匀分层法相比，变层厚曲面分层法可更好地适应包覆回转面至轮毂回转面的曲面变化，保证叶片表面质量，且加工后叶片表面余量较为均匀。最后通过加工实例验证了算法的可行性。

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12. 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（978）

PDF（pc）（4422KB）（474）

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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13. 不等前角变螺旋圆弧立铣刀瞬时铣削力建模与系数标定方法

齐书韬, 李佳奇, 郑书材, 徐金亭, 孙玉文

中国机械工程 2025, 36 (04): 681-687,696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.004

摘要（975）

PDF（pc）（5531KB）（40）

不等前角变螺旋立铣刀可有效抑制加工颤振，提高加工表面质量，并可有效降低刀具崩刃风险，然而，因各齿刀刃几何参数各异，现有模型已难以实现其切削力的准确预测，为此，提出了不等前角变螺旋圆弧立铣刀的切削力精确建模与系数标定新方法。给出了变螺旋圆弧立铣刀切削刃的几何及位置关系表达式，建立了考虑刀具跳动和各齿刃形变化的瞬时未变形切屑厚度计算模型和微元切削力预测模型；提出了切削力系数与跳动参数并行标定的非线性优化方法，并基于线性最小二乘法及斜角切削理论给出了模型参数初值的高效求解算法。实验结果表明，切削力预测的幅值与波形与实测结果具有很好的一致性，预测误差在15%以内，验证了所提方法的有效性。

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14. 薄壁构件渐进式电磁成形技术研究进展

程啸1, 李瑞2, 邹贵生2, 林俊峰1, 3, 于海平1, 3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2092-2105. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.001

摘要（791）

PDF（pc）（12617KB）（143）

随着我国高端制造业的发展，航空航天等众多工业领域对薄壁构件的需求急剧增加。传统的电磁成形凭借其高速率成形特性，已成功应用于某些关键轻质材料薄壁构件的生产制造中，但受到成形线圈和放电设备的限制，难以加工大尺寸、结构复杂的零件。近十几年来，渐进式电磁成形技术逐渐被开发，并应用于大型薄壁构件的加工中，在此期间大量研究成果也随之涌现。在简述电磁成形技术原理及特点的基础上，按照工艺形式将现有渐进式电磁成形技术划分为两大类：渐进式电磁复合成形和渐进式电磁直接成形；针对每类工艺从基本原理、技术方案以及应用成果等方面进行了研究现状阐述；分析了渐进式电磁成形技术目前存在的主要问题，并对渐进式电磁成形技术的未来发展前景和研究方向进行了展望。

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15. 基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化研究

李浩1, 焦彦超1, 张玉彦1, 张昊1, 邢宏文2, 文笑雨1, 王昊琪1, 叶国永1, 管啸2

中国机械工程 2024, 35 (11): 1986-1994. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.010

摘要（696）

PDF（pc）（4789KB）（108）

由于飞机部件尺寸大，装配现场工装分布复杂，导致激光跟踪仪通视不佳，在引导装配或下架检验时需要反复调整激光跟踪仪站位，严重影响了测量稳定性及效率。为解决此问题，提出基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化方法。建立了面向飞机装配的激光跟踪仪测量约束模型，构建了基于飞机装配现场要素精准仿真的数字孪生系统，完成了对激光跟踪仪布站位置的优化，最后通过对数字孪生系统中激光跟踪仪的测量仿真，验证了遗传算法求解激光跟踪仪最佳站位的可行性。研究结果表明，优化后激光跟踪仪对测量点的覆盖率提高了110%，测量点的重合率由11.7%提高到55.5%，激光跟踪仪对测量点的覆盖率和测量点的重合率均有显著提升。

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16. 应变速率对304不锈钢塑性变形及马氏体转变行为的影响

湛利华1, 2, 赵帅1, 杨有良1, 2, 常志龙3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2132-2138，2168. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.005

摘要（511）

PDF（pc）（5871KB）（139）

为研究0.5 mm厚304不锈钢室温条件下的塑性变形行为及马氏体转变规律，开展0.000 67 s-1、0.002 s-1、0.01 s-1、0.1 s-1及1 s-1五种不同应变速率下的单轴拉伸试验，并通过X射线衍射仪对各样品进行物相分析。结果表明：随着应变速率增大，材料的屈服强度明显上升，表现出应变速率强化效应；由于拉伸过程中塑性功转化为热能，马氏体转变受到抑制，抗拉强度略有减小。在真实应变小于0.27时，不同应变速率下的加工硬化率均呈下降趋势；而在真实应变大于0.27后，低应变速率下材料出现较为显著的二次硬化，这与材料内部的马氏体转变有关。为此，提出将马氏体相变动力学方程(Olson-Cohen方程)引入传统Johnson-Cook模型中,以表征不同应变速率拉伸过程中的二次硬化现象。不同应变速率下流变应力变化实际值与改进后的Johnson-Cook本构模型计算值预测精度分别为3.23%、3.42%、4.13%、4.09%及5.14%，并且改进模型相对于传统的Johnson-Cook模型能够更加准确地描述不同应变速率拉伸过程中的二次硬化阶段。

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17. 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（491）

PDF（pc）（6279KB）（223）

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。

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18. 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（452）

PDF（pc）（8473KB）（194）

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。

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19. 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（441）

PDF（pc）（15004KB）（169）

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。

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20. 超声振动软化Johnson-Cook模型建立及薄管卷边实验验证

宋鹏飞1, 2, 曹秒艳1, 2, 付敏1, 2, 崔亚硕1, 2, 李云峰1, 2, 刘政1, 2

中国机械工程 2024, 35 (12): 2106-2113，2121. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.002

摘要（438）

PDF（pc）（6974KB）（118）

为准确描述轻质薄壁构件在超声振动辅助成形中的变形行为，以TU1无氧铜和316L不锈钢为对象，开展超声振动法向激励辅助单向拉伸试验。考虑超声振动软化效应，通过引入新的超声软化函数，建立一种超声振动Johnson-Cook模型。开发自定义子程序将模型嵌入有限元软件进行模拟，且与单向拉伸试验和卷边试验进行对比验证。结果表明：数值模型可有效捕捉材料超声振动软化行为，平均绝对比例误差最低可达0.97%。虽然不同材料对超声振动的敏感性不同，但其超声软化率与超声能场密度均符合一种Allometricl函数关系。

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21. 航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件开发与应用

刘桂源1, 王曾2, 杨子艺2, 胡明珠1, 刘怀举1

中国机械工程 2024, 35 (11): 1938-1947. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.005

摘要（412）

PDF（pc）（12715KB）（112）

附件机匣齿轮传动系统作为航空发动机附件动力传递与驱动的关键基础部件，其传动构型与结构设计繁琐，且涉及元件和系统的设计参数众多，传统基于经验公式与零散程序的设计模式难以满足先进航空装备对高承载、长寿命、轻量化传动系统高效设计要求。为此建立了“构型设计—元件设计—系统分析—系统优化”的航空发动机齿轮传动设计方法，基于C++/Python程序语言开发了航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件。同时依据设计需求，应用所开发软件生成了四种传动构型方案，优选同轴多输出非对称分流构型，以轻量化、高承载为优化目标，基于NSGA-Ⅱ算法开发传动系统多目标优化模型，实现齿轮组减重15.81%，薄弱环节齿轮传动安全性提高2.98%，为新一代航空高端装备齿轮传动设计提供了理论方法和软件工具。

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22. 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（401）

PDF（pc）（2504KB）（158）

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。

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23. 铝锂合金回弹预测的机器学习及有限元仿真与实验

惠生猛1, 毛晓博4, 湛利华1, 2, 3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2114-2121. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.003

摘要（397）

PDF（pc）（4522KB）（125）

分别在180 ℃、190 ℃和200 ℃温度的不同应力条件下对2195铝锂合金进行蠕变时效试验，利用MATLAB软件拟合得到本构方程，并将本构方程整合到非线性有限元软件MSC.Marc中，构建了2195铝锂合金瓜瓣蠕变时效成形的有限元模型，模型以时间、应力和温度为输入参数，回弹半径为关键输出参数。为提高预测精度与效率，对比分析了多种机器学习回归模型，最终选定岭回归模型作为预测工具，实现了对不同工艺条件下回弹半径的快速准确预测。通过1∶1实验验证，实验构件回弹型面与目标型面的相对误差为0.9%，证明了模型的高预测精度和实用价值。

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24. 基于可变阶陷波算法的混合动力汽车阶次噪声主动控制

周雪莲1, 贺岩松1, 苏宏健2, 林伟雄2, 郭林2, 傅小宇1

中国机械工程 2024, 35 (11): 2082-2089. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.020

摘要（388）

PDF（pc）（5720KB）（59）

针对混合动力汽车发动机多工作转速下阶次丰富且变化所导致的并联加速工况主动降噪效果下降问题，提出了一种可变阶陷波FxLMS算法，并建立相应的多通道发动机噪声主动控制系统。在MATLAB/Simulink中针对某七座混动MPV车搭建多通道发动机噪声主动控制仿真模型，使用实车声学路径、各工况车内噪声及发动机转速信号，对两种陷波FxLMS算法进行降噪仿真和比较，仿真结果表明，可变阶陷波FxLMS算法可以针对各充电转速点特定的阶次进行降噪，相比于传统的陷波FxLMS算法，主驾及第三排左、右耳4个位置处的总体降噪量分别提高了28.5%、60%、50%及50%。通过实车试验验证了在70~100 km/h加速工况下采用可变阶陷波FxLMS算法的发动机主动噪声控制系统的降噪效果，该系统对2阶、5阶、5.5阶、6阶、6.5阶、7阶和8阶的发动机噪声均表现出良好抑制作用。

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25. 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（387）

PDF（pc）（8864KB）（143）

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。

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26. 面向柔性作业车间生产调度的深度强化学习方法

祝正宇1, 郭具涛2, 吕佑龙3, 左丽玲1, 张洁3

中国机械工程 2024, 35 (11): 2007-2014，2034. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.012

摘要（383）

PDF（pc）（4565KB）（90）

针对多品种、小批量生产模式下柔性作业车间生产调度问题，以最小化订单总拖期时间为优化目标，提出一种基于组合规则和强化学习的智能调度方法。将柔性作业车间生产调度问题转换为马尔可夫决策过程，根据问题特点与优化目标，利用7种特征表征车间状态，设计6种组合式规则作为动作库，通过改进后的深度Q网络（DQN）算法对该问题进行求解。以航天结构件加工车间为案例，分别在5种不同规模大小的算例中，与其他常见的规则式方法进行对比，验证了所提方法缩短任务交付期的可行性和有效性。

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27. 箱型结构加强筋分布及支撑位置的协同优化设计

李简1, 丁晓红1, 张轶杰2, 熊敏1, 王瀚1, 张横1

中国机械工程 2025, 36 (01): 69-77. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.007

摘要（383）

PDF（pc）（9519KB）（71）

箱型结构内部加强筋布局及支撑位置对结构性能有重要影响。提出一种箱型结构加强筋分布及支撑位置协同优化设计方法，引入独立的支撑单元和加强筋基结构，建立箱型结构加强筋和支撑位置协同优化数学模型。通过自适应成长法对箱型结构进行加强筋优化设计，基于双向渐近结构优化方法对支撑位置进行优化，得到最优的加强筋分布和支撑位置。结果表明，相比于已知支撑位置的加强筋优化设计，协同优化得到的支撑位置和加强筋分布具有更优的力学性能。

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28. 气动人工肌肉驱动的可变瞬心外骨骼设计与研究

黎朝阳1, 罗天洪2, 马翔宇2, 方尚晨1, 王珂3

中国机械工程 2024, 35 (10): 1783-1792. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.008

摘要（378）

PDF（pc）（5557KB）（115）

针对现有下肢外骨骼结构与躯体匹配度较低的问题，通过在现有反四边形关节的基础上引入额外的自由度，提出了一种气动人工肌肉驱动的新型可变瞬心人工膝关节。结合可变瞬心外骨骼的运动学分析对其瞬心轨迹方程进行了求解，并采用粒子群算法对膝关节结构进行了优化设计；采用模糊PID控制器对其运动进行了仿真与分析，并进行了实验研究。研究结果表明：提出的新型可变瞬心人工膝关节的瞬心轨迹与人体关节理想瞬心轨迹具有更好的匹配度，为具有人机相容性结构的优化设计提供参考与经验支持。

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29. 考虑切削能耗和表面质量的碳纤维增强树脂基复合材料加工工艺参数优化决策

鄢威1, 3, 王欣怡2, 3, 张华3, 朱硕2, 3, 江志刚2, 3

中国机械工程 2024, 35 (10): 1834-1844. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.013

摘要（375）

PDF（pc）（4698KB）（73）

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）二次加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂，导致现有相关经验公式难以适用。基于此，以CFRP二次加工的切削力分析为切入点，对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首先分析纤维方向角对CFRP加工形式的影响，推导了切削力模型；然后建立了以切削三要素和纤维方向角为变量，以切削能耗和表面粗糙度为目标的多目标优化模型，并提出了多样化突变驱动的粒子群优化算法(DM-PSO)与层次分析法(AHP)集成的工艺参数优化决策方法；最后通过铣削试验设计验证了上述模型和方法的可行性和优越性。

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30. 基于ISABO-IBiLSTM模型的刀具磨损预测方法

曾浩, 曹华军, 董俭雄

中国机械工程 2024, 35 (11): 1995-2006. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.011

摘要（374）

PDF（pc）（8106KB）（79）

针对现有的刀具磨损预测方法因为缺少优化算法及网络结构不完善而导致预测精度不高的问题，提出了一种将改进的减法优化器(SABO)算法和改进的双向长短时记忆(BiLSTM)网络相结合的刀具磨损状态预测模型(ISABO-IBiLSTM模型)。首先，采用截断法、Hampel滤波法、改进的完全自适应噪声集合经验模态分解(ICEEMDAN)-改进的小波阈值降噪法对加速度振动信号与力信号数据进行预处理。然后，提取预处理后的信号数据的时域、频域、时频域特征，并通过斯皮尔曼和最大互信息相关系数筛选特征，构建模型的输入。最后，利用改进的SABO算法对改进后的BiLSTM网络进行参数寻优，基于所得到的优化参数训练网络实现磨损预测。实验数据分析结果表明，所提出的ISABO-IBiLSTM模型对刀具磨损量的预测精度为98.49％～98.83％，较BiLSTM模型、改进的BiLSTM模型、改进的卷积神经网络(ICNN)-BiLSTM模型有了较大的提高。

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31. 瞬时电流和后续时效对7075铝合金力学性能和微观组织的影响

崔晓辉1, 2, 余卓行1, 肖昂3, 颜子钦4, 阳光1, 王瀚鹏1, 李瑞1

中国机械工程 2024, 35 (12): 2139-2148. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.006

摘要（369）

PDF（pc）（31804KB）（53）

提出了瞬时脉冲电流对铝合金超快固溶和后续时效强化的处理方案，采用宏微观实验手段分析了材料力学性能和微观组织演变规律。结果表明：随着放电电压的增大，预拉伸后7075铝合金材料屈服强度逐渐减小，但延伸率呈现“小幅度增大—减小—大幅度增大”的变化趋势。当脉冲电流峰值超过86 kA（对应的放电电压超过9 kV）时，材料力学拉伸曲线出现了波特文勒夏特利（Portevine Le Chatelier，PLC）效应。当脉冲电流峰值超过96 kA（对应的放电电压超过10 kV）时，试样的延伸率增大508.09%以上。微观表征发现，10 kV电压下材料中位错密度减小，η′相回溶到铝基体并形成过饱和固溶体，从而显著提高了材料塑性。结果表明，瞬时脉冲电流能够实现7075铝合金超快（<1 ms）固溶。对固溶后7075铝合金采用人工时效处理，材料硬度在人工时效21 h达到峰值，峰值时效处理后材料的硬度达到常规固溶淬火的98.69%。

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32. 摆轮活齿传动系统的几何参数约束研究

卫锐1, 金贺荣1, 2, 3, 杨泽宇1, 陈涛1, 宜亚丽1

中国机械工程 2024, 35 (10): 1722-1731,1739. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.002

摘要（365）

PDF（pc）（9450KB）（136）

针对传统摆动活齿传动存在的尺寸链长、关键构件结构薄弱等问题，提出了一种摆轮活齿传动构型及其齿形设计方法和参数选取策略。将摆轮活齿传动机构进行等效化处理，采用拓扑分析构建等效连杆矢量传递模型，基于共轭啮合原理推导出激波器和中心轮共轭齿廓矢量方程，以避免运动干涉、齿廓顶切为约束条件，将传动压力角作为评判依据，制定摆幅系数及激波器基圆半径参数选取策略，并依据优选参数和两组对比参数分别进行齿形设计与性能分析。研究结果表明：设计的摆轮活齿齿形连续、运转无卡顿；相比于两组对比参数，采用优选参数的摆轮活齿在相同负载工况下激波器活齿啮合力峰值分别降低37.09%和28.28%，验证了设计策略的有效性。研究成果可为摆轮活齿齿形设计及参数选取提供理论参考。

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33. 面向STEP模型装配特征自动提取的装配信息模型构建

贾康1, 2, 唐竟1, 2, 任东旭1, 2, 王浩1, 2, 赵强强1, 2, 洪军1, 2

中国机械工程 2025, 36 (01): 123-132. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.013

摘要（359）

PDF（pc）（8528KB）（80）

装配信息建模是数字化装配、智能化装配的基础，然而人工交互建模效率低下且易发生装配特征识别和装配特征配合的错误，难以满足复杂机械系统的精确建模。基于三维装配体模型隐含的装配工艺信息，以STEP模型文件为输入，研究了面向几何信息的装配特征自动提取与配合关系识别算法。进而针对装配集成信息模型的构建，从装配精度模型和装配序列规划角度提出了信息推理算法。最后基于开发的系统，通过装配实例信息模型构建证明了所提算法的有效性。

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34. 负载口独立双阀芯电液阀的结构优化

陈俊翔1, 2, 齐钒羽1, 姜宏达1, 2, 孔祥东1, 2, 金振林1, 艾超1, 2

中国机械工程 2024, 35 (10): 1747-1761. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.005

摘要（349）

PDF（pc）（10594KB）（109）

为研究负载口独立电液阀系统结构参数对主阀微动特性的影响，基于功率键合图理论，建立了电液阀系统状态空间方程，采用一阶灵敏度方法，分析了系统参数对主阀微动特性的影响规律；反馈控制系统的先导结构参数对主阀运动特性至关重要，以系统不产生自激振荡与最佳阻尼比为约束条件，对先导级死区宽度、阀口形式、进回油阀口匹配系数进行研究，实现了先导级主级最佳匹配。研究结果表明，对主阀微动特性影响较大的因素依次为主阀芯所受摩擦力、非弹簧控制腔液容、导阀入口到主阀控制腔管路液容（非弹簧侧）、主阀弹簧预紧力，对上述影响参数进行优化的同时，当导阀死区宽度δ≤0.25 mm，阀口形式为U形阀口，进回油阀口匹配系数η=0.53时，系统综合性能可得到有效提高。

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35. 柔性关节弹性组件的设计和试验分析

李琦, 高宏

中国机械工程 2024, 35 (10): 1815-1823,1844. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.011

摘要（348）

PDF（pc）（9047KB）（95）

设计了一种用于柔性关节的弹性组件，提出交叉弹簧片型弹性组件的设计思路、设计方法和设计理念。首先，设计规划柔性关节结构组成，基于梁约束条件和本构关系对弹性组件进行力学建模，确定柔度矩阵和刚度矩阵具体项，同时对柔性关节运动端进行动力学建模；然后，对弹性组件进行实例设计，通过有限元分析进行设计验证，对运动过程中柔性关节的模态频率和振型位移进行仿真；最后，搭建试验系统，对弹性组件实例设计进行试验，计算其旋转刚度。通过交叉验证，并取三组数据样本进行分析，结果显示，设计的弹性组件理论值、仿真值和实验值三者之间的一致性较好，第一组三者之间最大误差为7.59%，第二组最大误差为4.32%，第三组最大误差为6.70%，由此表明了利用梁约束理论和本构关系设计弹性组件的可行性。提出的柔性关节弹性组件有一定的通用性，不仅能应用于关节式机械臂，还能应用于康复机器人、仿生机器人领域，为机器人柔性关节的设计提供了一种新的思路。

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36. 数控铣床低碳高质建模及工艺参数优化

李泽亚1, 罗敏1, 张超勇2, 徐金瑜1

中国机械工程 2024, 35 (10): 1845-1851. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.014

摘要（344）

PDF（pc）（1871KB）（103）

针对数控铣床生产过程中工艺参数不合理导致碳排放量高、表面质量差等问题，提出了一种面向低碳高质的数控铣床工艺参数优化方法。分析了铣削过程碳排放因素，给出碳排放效率、表面粗糙度和加工时间的目标函数，构建基于灰狼算法改进支持向量回归的数控铣床碳排放效率和表面粗糙度预测模型。以主轴转速、进给速度和切削宽度为优化变量，采用改进白鹭算法进行切削参数优化，获得了低碳高质高效工艺参数Pareto前沿解，通过熵权逼近理想解排序法选择合适的工艺参数。搭建了数控铣床碳排放监测实验平台，实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

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37. 砷化镓解理加工的划片过程仿真分析及工艺研究

张庆正1, 姜晨1, 高睿2, 蒋金鑫1

中国机械工程 2024, 35 (12): 2203-2210. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.013

摘要（328）

PDF（pc）（13141KB）（63）

为有效提高砷化镓（GaAs）基半导体激光芯片巴条谐振腔面解理加工质量，开展了一种新型点划方式的划片仿真分析及工艺实验。建立GaAs划片过程的有限元仿真模型，根据不同划片工艺，研究划片载荷及应力分布情况；开展解理工艺验证实验，分析解理面形貌特征，对划片工艺进行验证。研究结果表明，优化后的工艺方法（即由内向外点划片）可有效降低划片过程材料表面损伤程度，减少脆性断裂现象，实验结果与仿真结果具有较高的一致性。

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38. 驱动桥摆线准双曲面齿轮啮合效率优化设计

王钦1, 贺迪1, 薛建华2, 彭金3, 范子杰1

中国机械工程 2024, 35 (11): 1920-1927，1937. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.003

摘要（326）

PDF（pc）（5325KB）（110）

基于齿轮摩擦加载接触分析(FLTCA)方法，提出了摆线准双曲面齿轮啮合效率优化设计方法。首先，通过预设空载传动误差峰峰值和接触区位置，实现了对摆线准双曲面齿轮正、反车齿面的修形设计。然后基于修形面设计，以行驶工况下齿轮啮合效率最大为优化目标，并综合考虑齿轮副加载传动误差峰峰值、双侧齿面满载接触印迹分布以及最大接触应力建立了优化分析模型。为了提高优化模型的求解速度，采用Kriging代理模型结合多岛遗传算法对优化模型进行了求解。最后，对某型号商用驱动桥摆线准双曲面齿轮副进行了实例设计和试验验证，通过空载接触印迹试验和整桥传动效率试验验证了所提优化方法的有效性。

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39. 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（322）

PDF（pc）（7951KB）（186）

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。

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40. 高应变速率下铝合金增塑降弹效应研究

夏亮亮1, 徐勇2, 李杰3, 解文龙2, 刘雪飞3, 张士宏2

中国机械工程 2024, 35 (12): 2177-2184. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.010

摘要（318）

PDF（pc）（14801KB）（53）

针对高强轻质材料复杂薄壁构件在室温成形过程中存在的因低塑性导致的破裂和因大回弹导致的尺寸偏差等问题，以航空领域广泛应用的2024铝合金作为研究对象，分别开展低/高应变速率下的单向拉伸试验，以探究应变速率对2024铝合金塑性的影响规律。通过对比分析普通冲压、高速冲压和冲击液压三种加载方式下不同角度的板材弯曲成形，解耦分析了高应变速率和液体介质对板材回弹的影响规律。结果表明，高应变速率加载下2024铝合金表现出明显的“增塑”特性，其伸长率最大增幅可达到112.92%；在兼具高速加载特性和液压加载特性的冲击液压加载方式下，2024铝合金表现出明显的“降弹”特性，回弹角最大降幅达到110.25%，出现负回弹现象。

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