中国机械工程

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2026, 37(1): 0.

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数智赋能共赴新程

董仕节

2026, 37(1): 1-1.

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服役环境影响下的材料载流摩擦学行为研究进展

沈明学, 陈思扬, 吴海红, 肖丽, 王能慧, 季德惠

2026, 37(1): 2-13. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.001

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综述了服役环境影响下的材料载流摩擦学行为研究进展，重点总结了环境湿度、温度、气体成分，以及横风、气压等因素下的载流摩擦学性能及电弧的动态衍化行为；阐明了不同服役环境下的载流磨损机制以及受影响产生的水、冰、氧化膜等第三介质对摩擦副磨损损伤及电弧侵蚀的作用机理，揭示了外界环境因素与载流摩擦副材料损伤之间的内在关联，以推动载流摩擦理论的发展。

聚电解质改性聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能

高传豹, 张欣悦, 岑佳佳, 陈琴, 冯海燕, 陈凯, 张德坤

2026, 37(1): 14-21. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.002

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为了提高聚醚醚酮（PEEK）的摩擦学性能，提出了“先改性，后成形”方法。通过紫外光引发将亲水性3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐（SPMK）接枝到PEEK粉体表面，再热压制备PEEK-SPMK复合材料，分析了PEEK改性后在不同工况下的摩擦磨损行为，揭示聚电解质SPMK粉体改性对PEEK复合材料摩擦学行为的影响机制和润滑机理。结果表明：SPMK粉体改性显著提高了PEEK表面的润湿性；PEEK-SPMK在生理盐水中的摩擦因数0.028和磨损率5.6×10^-7 mm³/（N·m）较纯PEEK显著减小。

混合润滑共形接触表面摩擦学特性演变的加速试验方法

张梓洋, 龚雅婧, 王悦昶

2026, 37(1): 22-29. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.003

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提出一种混合润滑共形接触表面摩擦学特性演变加速试验设计方法。该方法基于“降黏加速”思想，保持粗糙峰接触状态不变，仅通过增加粗糙峰相互作用频率实现摩擦学性能的加速演化。在Plint TE-92摩擦磨损试验机上对所提加速试验设计方法进行了验证。实验显示常速工况（速度0.2 m/s，温度25 ℃，试验时长20 min ）与加速后工况（速度0.4 m/s，温度47 ℃，试验时长10 min）的摩擦因数、三维形貌参数Sq与Ssk吻合较好，这表明加速试验10 min与未加速试验20 min的磨损效果相同。

温度电场耦合下纳米结构碳膜的摩擦学特性及机理

余植敏, 陈磊, 范雪

2026, 37(1): 30-39. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.004

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在SiO₂基体上分别制备了纳米结构（非晶及石墨烯纳晶）碳膜，利用自主设计的多物理场耦合往复式摩擦学实验装置，研究了不同纳米结构的碳膜在温度电场耦合作用下的摩擦学特性。室温下，纳米结构碳膜摩擦因数的主要影响因素为电场；摩擦副温度为200 ℃时，纳米结构碳膜摩擦因数的主要影响因素为温度。温度电场耦合作用下，非晶碳膜的纳米结构向纳晶结构转化，摩擦因数减小；石墨烯纳晶碳膜结构稳定，但碳膜磨损加剧导致摩擦因数波动较大。

基于宏微观摩擦接触模型的湿式摩擦元件温度场失效概率分析

吴健鹏, 丁奥, 马彪, 李和言, 王立勇, 杨成冰

2026, 37(1): 40-50. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.005

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为精确量化湿式摩擦元件的温度场失效概率问题，先建立热-机械耦合仿真与单对粗糙峰接触模型实时交互的宏微观摩擦模型获取温度，再构建温度场失效概率统计模型。利用核密度估计建立失效参数的概率密度函数，采用蒙特卡罗模拟进行了概率计算。试验结果表明，仿真与试验的数据高度吻合，所建立的统计模型能有效且精确计算湿式摩擦元件的失效概率。

复杂工况下磨齿机主轴运行模态的分析方法

李国龙, 赵晓亮, 王玉, 陶一杰

2026, 37(1): 51-59. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.006

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针对磨齿机主轴服役状态下振动形式复杂、模态特征难以有效识别的问题，提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解与相关性分析的方法。采用有限元模态分析方法定义频带范围，采用小波阈值分级法保留模态特征信息。采用倒频谱法编辑信号，以识别并剔除转子产生的谐波响应。不同降噪方法与二自由度算例的验证结果表明，所提方法处理后的模态识别误差减小至1.3%，极点稳定时的拟合阶次降低76.7%，可准确识别服役状态下机床旋转部件的模态特征。

面向涡轮盘榫槽凹圆弧表面的滚压参数优化

余昶锐, 刘良宝, 周靖刚, 张函, 黄东, 张宁, 李勋

2026, 37(1): 60-65. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.007

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为解决GH4169高温合金涡轮盘榫槽凹圆弧区域应力集中导致疲劳寿命缩短的问题，研究了滚压参数对加工表面完整性指标和试件疲劳性能的影响规律和机理。研究结果表明，增大滚压力可显著改善表面质量，提高试件的疲劳性能；增加滚压次数可进一步改善表面质量；提高滚压进给速度会减弱强化效果。滚压力425 N、滚压3次、滚压进给速度1 mm/s时，试件的最大疲劳循环次数为6.84×10⁵，较未强化试件提高了1倍。

基于约束线的瞬轴求解方法

王友利, 郭佳程, 王晓慧

2026, 37(1): 66-72. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.008

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目前，空间瞬轴的主流求解方法为代数法，但机构稍复杂时代数法难以应用。从机构自由度本质为约束的观点出发，将机构运动副的约束用构件间的约束线来等效，研究了构件约束线数量及几何关系与构件自由度之间的关系。研究了构件约束线的性质与传递规律，证明了构件两条约束线的交点为构件的瞬心，两个约束面的交线为瞬轴，并从几何学角度论证了构件瞬心和瞬轴存在的充要条件。对构件约束线进行几何绘图和几何解析可确定机构构件的瞬心或瞬轴的位置。通过对Bennett机构连杆约束线的几何绘图和几何解析，求解了Bennett机构连杆的自由度和瞬轴，证明了从约束线出发求解构件瞬心和瞬轴方法的可行性。

气动肌肉驱动六自由度并联平台的高精度位姿控制

孟德远, 张猛, 刘送永, 唐超权

2026, 37(1): 73-82. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.009

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针对气动肌肉输出力特性复杂、六自由度并联平台具有较大参数不确定性和模型不确定性等控制难点，采用反步法设计了基于关节空间的交叉耦合自适应鲁棒控制器，以增强关节协同运动的控制能力。该控制器为两层级联结构，每层包含一个在线参数估计模块和一个基于非线性模型的鲁棒控制模块。在线参数估计模块通过在线最小二乘参数估计减小模型参数的不确定性，鲁棒控制模块利用鲁棒控制策略减小参数估计误差、非线性建模误差和外界干扰造成的影响。实验结果表明，所设计的控制器能提高并联平台位姿控制精度。平台做升降运动、三自由度复合平移运动和六自由度位姿混合运动时，位置的平均跟踪误差不超过0.84 mm，姿态的平均跟踪误差不超过0.03°，且对干扰具有较强的性能鲁棒性。

真空原子氧辐照下MoS₂/Zn薄膜的摩擦磨损性能

朱千业, 冯上郁, 史彦斌, 蒲吉斌

2026, 37(1): 83-91. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.010

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采用磁控溅射技术制备了MoS₂/Zn润滑薄膜，研究了原子氧MoS₂薄膜摩擦磨损性能的影响规律。结果显示，Zn的掺入促使MoS₂沿平行于（002）晶面的方向择优生长，薄膜结构致密有序，可有效抑制原子氧向薄膜内部侵蚀。转速2 r/min、MoS₂靶电流1.6 A、Zn靶电流0.3 A的MoS₂/Zn多层薄膜的摩擦因数为0.02、磨损率为1.9×10 $- 7$ mm³/（N·m）。原子氧环境中，MoS₂/Zn多层薄膜展示出更好的摩擦学性能，在6.12×10²⁰ atoms/cm²的辐照剂量下，MoS₂/Zn多层薄膜的平均摩擦因数降至0.01，其性能提升主要源于辐照产生的MeO _x 和MoS₂的协同作用。

未知环境下机器人打磨自适应变阻抗恒力控制

郭万金, 田玉祥, 利乾辉, 曹雏清, 赵立军, 徐明坤, 刘孝恒, 侯旭栋

2026, 37(1): 92-104. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.011

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为解决未知环境下环境参数的不确定导致的机器人恒力打磨自适应调节能力不足的问题，提出一种未知环境参数实时估计的机器人自适应变阻抗恒力控制方法。该方法将自适应滑模控制作为内环控制，将环境参数估计与自适应变阻抗控制作为外环控制。机器人平台实验结果表明，所提方法能较好地实现期望打磨力跟踪，对未知环境工况机器人打磨作业具有较高的自适应性。

环境随机性与载荷时序性耦合作用下齿轮疲劳损伤的预测

王荣, 李俊杰, 郑文革, 王嘉, 贺明荣

2026, 37(1): 105-113. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.012

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为准确评估风电齿轮在服役工况下的疲劳损伤，提出一种融合环境随机性与载荷时序性的预测框架，利用非线性损伤修正模型计算并分析了不同风速对齿轮疲劳损伤的影响规律。结果表明，低风速段的齿轮弯曲疲劳损伤由高频低幅循环应力主导，极端载荷累积显著加剧高风速段的齿轮接触疲劳，额定风速区间是造成齿轮疲劳损伤的主要风险区间。基于损伤分析结果提出了定量转速控制策略以延长齿轮箱服役寿命，为齿轮箱可靠性设计及风机轮毂转速控制提供了依据。

可轮换用动平台三自由度并联机构的拓扑设计及其性能分析

朱潇, 沈惠平, 李菊, 李涛, 叶鹏达, 朱伟

2026, 37(1): 114-125. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.013

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根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法，设计了一种通过轮换使用动平台产生两种输出运动的三自由度并联机构。分析计算了该机构在两种模式下的以下特性：包括方位特征、自由度和耦合度的拓扑特征；符号式位置正反解、工作空间和奇异性的运动学性能；驱动力变化的动力学性能。然后，以可达工作空间为目标对机构尺寸进行了优化设计。最后对该机构在自动包装物件生产的应用场景进行了概念设计。

转子倾斜状态下的指尖密封动态性能

石岩松, 路菲, 周志刚, 贲小康

2026, 37(1): 126-134. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.014

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针对转子倾斜对指尖密封性能的影响，建立了考虑转子倾斜的指尖密封三维有限元模型，提出了相应的泄漏率计算方法。研究了转子倾斜基准位置和倾斜角度对密封位移、接触压力、泄漏间隙及流道的影响规律。研究结果表明：转子倾斜显著增大系统泄漏率，2°倾斜的泄漏率超过0°泄漏率的3倍；转子倾斜时，下部指尖靴接触压力降低；指尖与转子分离阶段的泄漏流道在轴向呈阶梯状、周向呈非对称楔形，且翘曲程度随倾斜角增大而加剧。

高参数CO₂混合气体干气密封湍流润滑双向耦合热力变形特性

陈维, 刘美红, 邓强国, 毛文元, 孙雪剑, 许恒杰

2026, 37(1): 135-146. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.015

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针对高速、高压工况下CO₂混合气体干气密封实际气体效应、湍流效应及端面热力变形显著的问题，建立了考虑实际气体与湍流效应的CO₂混合气体干气密封双向耦合热力变形模型，采用有限差分法与有限单元法联立求解，分析了CO₂混合气体干气密封热力变形行为，探讨了不同运行工况下的湍流效应对密封端面倾斜度的影响规律。结果表明：湍流效应会减小平衡膜厚，升高气膜与密封环温度，且对密封端面力变形的影响较小；低转速下的湍流效应会减小密封端面的热力总变形，高转速工况则相反；高进口压力时，湍流效应可有效增大密封端面间的收敛形间隙；低进口温度时，湍流效应可有效抑制密封端面发散形间隙的形成。

带测量误差的设备非线性退化建模与剩余寿命在线预测

彭才华, 李建华, 任丽娜, 贾世琳

2026, 37(1): 147-161. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.016

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现有的剩余寿命在线预测方法通常基于贝叶斯理论更新随机退化模型的漂移参数，但未更新扩散参数，为此，提出一种同时更新漂移与扩散参数的新方法。建立了考虑多种退化模式的随机退化模型，并依据首达时间原理推导出寿命及剩余寿命概率密度函数。先采用极大似然法离线估计模型的初始参数，再结合贝叶斯原理与期望最大化算法在线更新漂移参数与扩散参数。电容退化数据、陀螺仪漂移数据、铝合金构件裂纹增长数据验证了所提方法的有效性。

行星滚柱丝杠副热特性研究现状

乔冠, 陈佳琪, 唐术锋, 刘国强, 刘更

2026, 37(1): 162-173. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.017

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行星滚柱丝杠副在长时间高速重载的工况下会堆积大量热量，使系统内部温度升高，产生热变形，导致其润滑性能变差甚至机构失效。通过行星滚柱丝杠副的结构特点揭示其热特性机理，从热源分析、热特性分析方法、温升与热力耦合、热变形、热误差及其优化等方面分析总结其热特性研究进展。在此基础上，探讨并展望了行星滚柱丝杠副热特性的研究趋势。

基于端到端深度学习模型TOPO-U型网的结构拓扑优化方法

王浩, 罗浩东, 施亚中, 王立文, 张威, 王忠

2026, 37(1): 174-183. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.018

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针对结构拓扑优化中的“灰度单元”问题和“计算成本”挑战，提出一种基于端到端深度学习模型TOPO-U-Net的结构拓扑优化方法，该模型包括高低阶特征提取模块、深度可分卷积、组归一化，并设计了一种基于中间密度单元偏移函数的评价方法。实验结果表明，所提模型的中间密度偏移率达到85.42%，平均优化计算时间仅为固体各向同性材料惩罚模型方法的1%，显著减少了“灰度单元”数量，提高了设计的可制造性和结构拓扑优化的效率。

基于多源传感信息融合的智能刀柄及系统的设计

高远, 吴琦炜, 宋阳, 渠达

2026, 37(1): 184-191. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.019

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为有效监测加工过程中的物理特征，准确判断异常工况，优化加工工艺，设计了基于多源传感信息融合的智能刀柄及系统。基于力敏感元件、刀柄结构模态与刀柄振动等有限元分析，构建了多源传感智能刀柄系统；结合温度传递的时间序列神经网络建模等方法，实现了对切削力、振动和刀尖切削温度的在线监测。测试结果表明，系统对力的分辨力约为21.1mN，刀尖瞬态温度预测相对误差小于2.5%，对不同物理量具有良好的监测能力。同时，基于对加速度与力的分析，提出的刀具异常碰撞预警概率判断方法可提高刀具切入工件瞬间正常碰撞的判断准确率。

密度梯度的IWP点阵结构力-能协同响应

王广阳, 纪小刚, 牛国法, 梅剑驰

2026, 37(1): 192-200. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.020

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三周期极小曲面点阵结构是一种基于数学曲面的轻量化结构，广泛应用于增材制造领域，其中IWP（I-wrapped package）因轻质高强度适用于航天轻量化设计，且因力学性能可调控具有医用潜力。设计了一系列相对密度相同的IWP点阵结构，其中密度梯度包含线性、正弦函数和余弦函数梯度。为揭示梯度设计的优化潜力，对均匀点阵结构和梯度结构进行对比分析，利用数字光处理技术制备点阵结构，通过压缩试验对各结构的力学响应、吸能响应以及应力分布展开研究，优选出最佳的力-能协同响应结构，并通过有限元仿真验证压缩试验的可靠性。结果表明，对于各梯度结构的投影关系曲线，其峰值变化规律与构造的梯度函数的单调性高度一致；正弦点阵（SIN）结构具有优异的力-能协同响应特性，承载高应力的同时可协同进行稳定吸能，当达到致密化应变时，SIN结构每单位体积吸收的能量相较于均匀结构提高了17.65%。

基于轻量化高分辨率网络的双目视觉定位与测量

任加琪, 许四祥, 董宾卉, 汤澳, 宋昱宸

2026, 37(1): 201-208. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.021

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针对基于特征点检测的双目视觉测量效率低、神经网络计算复杂度高等问题，提出了基于轻量化高分辨率网络（HRNet）的双目视觉定位与测量方法。轻量化HRNet以HRNet为基准，先替换卷积模块、缩减参数量，再引入Transformer提取全局图像特征，最后使用多级上采样融合策略捕获多尺度特征信息。与原HRNet模型相比，轻量化HRNet模型参数减少95.40%，计算量、归一化平均误差分别减小94.27%和6.25%；三维测量上，轻量化HRNet与双目视觉结合方法的相对误差达到0.256%，能在低算力硬件上实现高精度检测。

高端旋转机械剩余使用寿命预测及其不确定性量化评估方法

崔硕, 刘秀丽, 李相杰, 吴国新

2026, 37(1): 209-222. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.022

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针对高端旋转机械剩余使用寿命预测中的准确性和不确定性量化问题，提出了基于变分深度高斯过程（VDGP）的预测方法。通过构建深度高斯过程更新模型实现不确定性的递推量化，并采用诱导点和变分推断提高大数据的处理能力。C-MAPSS和风机行星齿轮数据集的实验表明，VDGP比高斯过程方法具有更高的预测准确度和更窄的置信区间，在C-MAPSS的 FD002数据集上，均方根误差、评分函数分别比现有最佳的对比方法减小0.21%和45.3%。

边缘场景下计及驾驶员认知处理过程的驾驶风险场模型构建

周彬, 杨志峰, 张峻宁, 董元发, 彭巍

2026, 37(1): 223-232. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.023

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人-车共驾过程中，驾驶员的情绪变化会导致认知变化，进而改变车辆风险场，为此构建了一种考虑驾驶员认知-情绪状态的人因风险场模型。首先通过驾驶模拟器实验收集并分析车辆行驶数据和驾驶员生理信号；随后标定人因风险场中的驾驶员因子；最后通过六自由度驾驶模拟器采集实验数据并对人因风险场风险指标与多传统风险指标进行对比。人因风险场模型在边缘场景下能更有效和稳定评估不同情绪驾驶员的行车风险。

复杂地形环境下无人步履式挖掘机的车身姿态规划方法

赵丁选, 郭瑞, 王硕, 闫长长, 王子鹤, 张天赐

2026, 37(1): 233-242. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.024

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非结构化地形作业中，无人步履式挖掘机的姿态规划对底盘稳定性与作业安全起着至关重要的作用。针对车身姿态控制问题，提出一种基于多目标优化的姿态规划方法。建立底盘的七自由度运动学模型，并利用NURBS曲线生成步行腿轨迹。以姿态偏差和能耗为优化目标，构建融合地形约束的非线性多目标规划模型。数学-物理联合仿真及实车实验表明，所提方法可保证无人步履式挖掘机以良好的姿态穿越复杂地形。

煤矿掘进工作面锚网自动绑扎装置研究

田立勇, 李鸣昊, 于宁, 杨秀宇

2026, 37(1): 243-253. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.025

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为提高锚网绑扎效率及质量，设计了一种锚网自动绑扎装置。基于发明问题解决理论对手持执行器、动力驱动装置、软轴传动机构进行了结构设计，并建立了锚网自动绑扎装置的三维模型。建立了无刷直流电机可换向调速控制系统模型，电机响应速度、输出扭矩均满足绑扎需求。分析了软轴扭转角，发现最大扭转角为49.560°，电机运行滞后时间为0.017s。依据设计参数制作了样机，10组锚网绑扎测试的平均绑扎时间为1.8 s，装置各机构动作与仿真结果相符。

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2026, 37(1): 254.

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