机械工程学报

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王国彪;赖一楠;宋建丽;黎明

. 2013, 49(19): 2-10.

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《机械工程学报》(Journal of Mechanical Engineering, JME)和《Chinese Journal of Mechanical Engineering》(CJME)统称为《学报》，作为机械工程领域基础研究成果的有效载体，报道战略性、前瞻性和创新性基金项目研究成果，在引领机械工程领域前沿发展方向、鼓励基础理论创新、促进学科建设、发现和培养人才等方面发挥了重要的导向作用。据不完全统计，1987-2012年，《学报》共刊登国家自然科学基金委员会(National Natural Science Foundation of China, NSFC)机械工程学科(简称E05)资助项目论文3 446篇，占发表论文总数的33.63%，充分展示了NSFC资助下机械工程领域基础研究所取得的创新成果，加强了国内外学术交流。值此《学报》创刊60周年之际，对E05资助项目在《学报》发表论文情况进行统计，分析资助项目成果对人才培养、团队建设及学科发展的引领作用，并对资助项目较多的4个学科代码下的代表性成果进行介绍。谨以此文表示祝贺。

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国内齿轮研究现状及问题研究

赵韩;吴其林;黄康;邱明明;刘鹏

. 2013, 49(19): 11-20.

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简要回顾齿轮传动的历史和齿轮行业的发展。较系统地介绍了近年来齿轮技术新的发展和应用现状。着重阐述齿轮的齿形与结构、新理论在齿轮研究中的应用和计算机软件开发与应用三个方面的研究情况。齿轮的齿形与结构重点涉及齿轮的齿形齿廓、齿轮的性能指标、齿形修正和齿轮传动结构等四个方面；齿轮研究的新理论应用主要介绍了分形理论、弹流理论等目前结合应用较多的方向；计算机开发和应用方面则从计算机辅助设计、分析、检测与制造工艺等角度梳理了国内应用和发展的情况。提出了齿轮研究的发展需解决标准及检测问题、新理论应用研究的成果需要解决推广和知识固化问题、计算机软件的应用需要解决通用化和知识挖掘问题等解决思路。

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基于再生能源的极地漫游机器人研究及现场试验

王田苗;张韬懿;梁建宏;陈蛟

. 2013, 49(19): 21-30.

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研制应用于南极地区进行科考，基于再生能源的极地漫游者机器人系统。根据南极地区特有的地形、地面条件、温度、风速等自然条件对机器人系统结构、驱动、控制和能源系统进行分析与设计。为满足在南极冰盖地区持续漫游的需要选择时间分布更为均衡的风能作为机器人能源方案，选择更适合该机器人结构的垂直轴风力发电机系统。为提高机器人能源使用效率而选择轮式驱动结构和轮内电动机方案。设计差动式连杆与可调式摆腿结构，提高其通过能力和平稳性。并赴南极中山科考站进行现场测试，结果表明该机器人对中山站站区附近不同地面条件的适应力较好，对障碍的通过能力满足要求，再生能源系统可为机器人提供稳定的能源供给。但现场试验也暴露出机器人转向模式、能源捕获效率和控制模式上与环境特点不匹配的问题，需要通过进一步研究和试验进行改进。

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一种新型并联动力头动力学参数辨识方法研究

黄田;陈闯;王辉

. 2013, 49(19): 31-39.

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以一种一平动两转动自由度的新型三坐标并联动力头为对象，研究这类系统的动力学参数辨识方法。在运动学和刚体动力学分析的基础上，提出一种通过在运动构件上设置特征点构造适合参数辨识的动力学模型。根据不同工况下负载力矩的特点，提出一种具有分层递阶格式的动力学参数辨识策略。该策略可通过选择适当轨迹，有效消除或抵消库仑摩擦力矩的影响，进而可有效提高运动构件的动力学参数。通过不同工况下的试验验证了所提出辨识策略的正确性和有效性。

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新型变结构球形机器人运动分析

孙汉旭;赵伟;张延恒

. 2013, 49(19): 40-47.

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针对已有的变结构球型机器人在连杆爬坡机构展开状态下无法进行转弯的缺点，改进了原有机构，使其成为一种在两种运动模式下都可以进行原地零半径转弯的新型球形移动机器人。由于新型机器人的后轮也能提供驱动力，因此其爬坡能力也大大增强。建立新型变结构球型机器人爬坡和转弯的力学模型，并用仿真软件分别对新旧几款球形机器人的爬坡运动进行仿真对比分析，通过仿真分析验证了力学模型的正确性和新型机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。在此基础上，对影响新型机器人爬坡能力的参数进行分析，为进一步提高机器人越障能力提供了理论依据。最后，通过样机试验进一步验证了力学模型的正确性、机器人的转弯灵活性和新机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。

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一种新型3自由度大行程微定位平台设计与分析

李杨民;肖霄;汤晖

. 2013, 49(19): 48-54.

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为解决微定位平台大行程与高精度之间的矛盾，提出一种新型的3自由度柔性并联机构。该机构三条支链采用特殊方式与动平台相连，使整体机构结构紧凑且具有良好的力学传递性能。同时，机构采用行程大，分辨率高，便于控制的电磁驱动器作为驱动部件，保证机构在不需要引入放大机构的前提下便可获得较大的行程和较高的分辨率。使用大行程柔性铰链代替普通的球铰，降低了加工制造难度和机构刚度模型的求解难度。采用螺旋理论分析了3-P(4S)并联机构末端运动特征，结合单元刚度矩阵法和矩阵位移法推导了3-P(4S)柔性并联机构的静刚度模型，并采用ANSYS进行了分析验证。

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机械系统光纤光栅分布动态监测与诊断的现状与发展

周祖德;谭跃刚;刘明尧;杨文玉;李正颖

. 2013, 49(19): 55-69.

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全面论述机械系统的光纤光栅分布动态监测与诊断的概念、主要研究内容、实现方法及国内外最新研究进展。介绍机械系统动态监测与诊断的概念和任务，在此基础上，重点分别介绍面向机械系统的高性能光纤光栅分布式传感器、光纤光栅反射波长高速解调原理与方法、机械系统分布传感与动态监测的原理与方法、基于分布测试数据的机械损伤的识别原理与方法、动态监测与诊断的集成原理与系统设计等。总结课题组近10年来应用光纤传感技术，在重大机械装备监测与诊断方面的研究成果以及国内外相关研究领域的最新进展。

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太阳翼驱动机构的模糊动态故障树分析

黄洪钟;李彦锋;孙健;杨圆鉴;肖宁聪

. 2013, 49(19): 70-76.

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作为航天器重要的组成部分之一的太阳翼驱动机构，故障频发，它的可靠性研究凸显出重要的价值。根据太阳翼驱动机构的组成和工作原理，建立了相应的动态故障树。考虑到现实中太阳翼驱动机构的故障现象、故障状态与故障原因等存在着大量的不确定性，将模糊集理论引入动态故障树分析中，采用三角模糊数表示太阳翼驱动机构故障树的各个底事件的失效参数，将 截集理论与区间运算相结合，对太阳翼驱动机构进行模糊动态故障树分析，从而得到系统的顶事件模糊发生概率与各个底事件的模糊概率重要度，并对模糊概率重要度进行分析，得出太阳翼驱动机构中的关键部件为系统中的轴承及谐波减速器，找到了系统的薄弱环节。

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科学发展观指导下的产品系统化设计的理论与方法

闻邦椿;李小彭

. 2013, 49(19): 77-86.

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产品的研发和设计在企业的发展中起着十分重要的作用，在产品研发和设计过程中，采用先进的或理想的设计方法有助于提高产品的“先天性”优良品质。近百年来，国内外科技工作者已提出70多种产品设计方法。10多年来，在吸取这些设计理论和方法优点的基础上，提出一种在科学发展观指导下的产品系统化设计方法。该方法概括以下8方面的要点：① 原来的产品设计的原5项要素质量(Quality, Q)、成本(Cost, C)、生产周期(Time, T)、环境(Environment, E)和服务(Serve, S)应该用6项设计要素思想(Idea, I)、Q、C、T、E和S来代替，增加产品设计的正确指导思想I；② 用4个更具体的设计步骤，即3I(Investigation)调研、7D(Design)规划、1+3+X实施和3A(Assessment)检验来代替传统的产品设计步骤；③ 将产品的性能分为结构性能、使用性能和制造性能等三种主要性能；④ 提出绿色设计宜用和谐设计来取代，按线性系统的常规设计方法在一些特殊的情况下应该用深层次的设计方法来取代；⑤ 进一步说明顶层设计和系统化设计的概念和内涵；⑥ 对完整性与非完整性技术系统进行讨论；⑦ 写出产品设计目标、设计内容和设计方法的关联方程；⑧ 写出产品设计质量的理论表达式。上述设计方法已应用于多种产品的设计，均取得良好的效果。

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机械加工系统能量效率研究的内容体系及发展趋势

刘飞;王秋莲;刘高君

. 2013, 49(19): 87-94.

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机械加工系统量大面广，能量效率低，节能潜力和环境减排潜力巨大，并且涉及的科学问题多，因此，近年来对其能量效率问题的研究正在国际上迅速兴起。总结机械加工系统能量效率的广义内涵；对机械加工系统能量效率的研究现状进行总体概述和分类总结及分析；在此基础上，总结和提出由三类对象(机床、工件和系统)、五类基础技术问题(能耗环节和能耗组件能效问题、能量消耗与能量效率建模问题、机床与工件能量效率特性问题、能量效率评价问题和能量效率监控与管理问题)、两类功能技术(机械加工系统高能效优化运行技术和高能效机床优化设计技术)和两大目标(提升加工系统能量效率和开发高能效机床)组成的机械加工系统能量效率研究内容体系框架；最后提出和论述机械加工系统能量效率研究的5点发展趋势，即能量效率建模集成化、能量效率评价平台化、工件任务能耗定额化、系统运行能效最优化和机床设计能效综合化等。

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试论海洋摩擦学的内涵、研究范畴及其研究进展

严新平;白秀琴;袁成清

. 2013, 49(19): 95-103.

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世界正在进入海洋大发展时代，各种海洋装备蓬勃发展，这些海洋装备在苛刻海洋环境中的摩擦学问题对摩擦学科技工作者提出新的挑战。分析海洋环境及其介质特性，认为复杂的海洋环境使得海洋开发和营运于海洋环境的装备面临各种因素的耦合作用；阐述海洋摩擦学的内涵及其研究范畴，认为海洋摩擦学的主要研究对象是各种海洋开发和营运于海洋环境的装备，研究重点是腐蚀与摩擦等多学科交互作用机理、海洋环境动态变化下的长效可靠性、海洋生物与海洋装备的运动与密封件的侵蚀机理以及深海工程的摩擦学问题等。对船舰、海洋结构物、水下航行器/水下空间站、海洋可再生能源开发利用中的各种摩擦学问题及其研究进展进行综述分析，提出将海洋摩擦学作为一个独立的具有自身体系的新兴摩擦学研究领域。

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用于地外星体探测的一种新结构取心钻头研究

邓宗全;田野;唐德威;姜生元;全齐全;肖洪

. 2013, 49(19): 104-110.

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根据地外星体探测取心钻具的功能要求，研制出一种具有阻隔环的新型结构钻头，以解决取心钻头取心率低的问题。对主、副切削具在取心过程中使星壤产生的失效形式进行分析，并建立切削模型和星壤侧向失效模型。根据郎肯被动土压力原理，建立阻隔环对星壤样心的阻隔模型。以月球土壤为例，分析副切削具的结构参数对取心率的影响。试验结果表明有阻隔环结构的钻头能有效地提高星壤取心率。研究结论可为我国探月工程月面采样钻头的设计提供理论依据。

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矿山机械装备云仿真CAE服务系统研究与应用

杨兆建;王学文

. 2013, 49(19): 111-118.

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为矿山机械装备企业提供软件调用、租用、共享和技术支持是建立“矿山机械装备云仿真CAE服务系统”的重要驱动。在描述系统集成环境、物理结构、体系结构、功能结构基础上，研究系统的关键技术，详细论述系统的功能结构，指出可从工具协同、任务协同与异地协同等三个层次支持系统提供云仿真CAE服务。以此为基础，开发具有实用价值的“矿山机械CAE技术公共服务平台”，以“平台”中的“基于Web的采煤机关键零部件CAE分析系统”为例进行应用实例分析，该实例基于“矿山机械装备云仿真CAE服务系统”理论框架，通过网络扩展传统的可交互的软件，对ANSYS进行异地调用，实现为该产品制造企业提供远程CAD/CAE快速参数化设计与有限元分析服务。

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滚刀几何误差与齿轮几何精度的映射规律研究

王时龙;孙守利;周杰;康玲;程成

. 2013, 49(19): 119-125.

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高精度齿轮是高端装备满足高速、重载、冲击、低噪声(静音)等极端环境要求的必要支撑，为提高滚齿加工精度，实现部分“以滚带磨”，降低加工成本，针对滚刀几何误差与齿轮几何精度之间的定量映射规律研究不足，分别开展考虑机床运动精度的滚刀齿廓误差、滚刀螺旋线误差、滚刀安装角径向圆跳动误差与齿轮齿廓误差、基节误差之间的定量映射规律研究。通过产形齿条法，由渐开线滚刀齿廓方程包络生成齿轮齿廓方程。依据微分几何、包络原理，建立滚刀齿廓误差与齿轮齿廓误差之间的定量映射关系模型；建立滚刀螺旋线误差、滚刀安装角径向圆跳动误差与齿轮齿廓误差之间的定量映射规律模型。并根据齿轮齿廓误差与齿轮基节误差间的几何关系，计算得到上述因素对基节误差的映射规律。依据高斯分布规律，建立在考虑机床运动误差影响下，上述三种主要的滚刀误差对齿轮齿廓误差、齿轮基节误差的综合影响规律模型。最终通过仿真，并与实际加工经验进行对比，验证上述模型方法的正确性。从而揭示出滚齿加工过程中考虑机床运动误差的滚刀误差与影响齿轮主要几何精度的齿廓误差、基节误差的本质规律。为滚切更高精度的齿轮副打下理论基础。

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高性能复杂曲面零件测量-再设计-数字加工一体化加工方法

贾振元;王永青;王福吉;马建伟;郭东明

. 2013, 49(19): 126-132.

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高性能要求复杂曲面零件的精密加工，不但要保证一定的几何精度，更要满足其性能指标。此类零件性能与几何、物理等参量密切相关，因此最终精确尺寸和形状受几何、物理、性能等多源约束的影响，加工难度大，迫切需要按零件性能要求进行加工的新方法。从分析零件特征入手，将该类高性能要求复杂曲面零件称为多源约束面形再设计类复杂曲面零件。研究零件性能与多源约束的耦合关联模型，针对零件性能与多源约束的显式关联关系或隐式关联关系，建立几何量修正补偿性能偏差的补调机制，综合应用活动标架和曲面相伴理论，建立测量面、加工基准面、加工目标曲面的关联模型，最终提出保证零件性能要求的面形再设计原理与方法。在此基础上，提出多源约束面形再设计类复杂曲面零件“测量-再设计-数字加工”一体化加工策略，构建相应的技术体系，为实现该类零件的精密加工提供了一种新的理论与方法。

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复杂曲面零件加工精度的原位检测误差补偿方法

高健;陈岳坪;邓海祥;杨泽鹏;陈新

. 2013, 49(19): 133-143.

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为提高复杂曲面零件的数控机床原位检测精度，分析影响接触式检测系统精度的各项因素及其误差补偿方法。对检测系统的主要误差来源如机床几何误差、测头预行程误差和测头半径误差进行分析研究。在对数控机床的几何误差进行分析和建模的基础上，采用激光干涉仪进行三轴数控机床的单项误差测量和补偿；针对测头检测过程中存在的预行程误差，提出基于径向基函数(Radial basis function, RBF)的预行程误差预测方法，获得测头预行程误差分布图，并对检测系统进行实时预行程误差的补偿；提出改进的三角网格模型顶点法矢计算方法，有效进行三维测头的半径补偿。通过实例零件的加工精度原位检测试验及其与三坐标测量机CMM检验结果的比较，验证了原位检测方法的有效性。

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微结构自由曲面的超精密单点金刚石切削技术概述

李荣彬;孔令豹;张志辉;杜雪;陈新;刘强

. 2013, 49(19): 144-155.

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回顾了超精密加工技术的发展，主要包括超精密加工设备的开发历程，以及超精密单点金刚石切削技术基础，并对微工程技术作一简要介绍；重点论述微结构自由曲面的微纳切削技术，包括单点金刚石车削(Single point diamond turning, SPDT)，快刀伺服加工(Fast tool servo, FTS)，金刚石微凿切(Diamond micro chiseling, DMC)，光栅铣削等技术。指出微结构自由曲面测量领域面临的挑战和存在的问题，包括接触式测量和非接触式测量。通过几个典型微结构自由曲面的加工及测量的应用进行举例说明；最后介绍我国在超精密加工机床领域内的研制情况，展望了超精密切削技术未来发展趋势。

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凝胶结合剂磨粒工具制备及其磨抛性能研究

徐西鹏;刘娟;于怡青;陆静

. 2013, 49(19): 156-162.

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提出基于溶胶凝胶原理制备大面积细粒度磨削与抛光工具的方法。比较了凝胶结合剂工具与烧结式金属结合剂工具在分散细粒度磨粒方面的效果，并将所制备的凝胶工具用于单晶硅片和天然石材的磨抛加工。结果表明，凝胶工具中磨粒分散的均匀性较烧结式工具有明显改善。与游离磨料加工相比，采用凝胶工具的磨抛加工能够更加高效率地获得更低粗糙度的单晶硅片表面。凝胶工具在加工硬质花岗石材时的材料去除能力不足。但是，在加工大理石材料时能够获得满意的表面光泽度。在初期磨抛阶段，凝胶工具磨损以磨粒磨损方式为主，随着加工过程的进行，会出现一定程度的磨料脱落。

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薄型非球面弹性变形面形复制加工技术研究

袁巨龙;吴喆;吕冰海;邓乾发;赵萍;林旺票

. 2013, 49(19): 163-170.

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提出一种新型非球面加工技术——弹性变形面形复制加工技术，该技术综合利用光学玻璃材料的线弹性特性以及面形复制加工机理，将复杂的非球面加工转变为简易的平面加工，适合加工薄型大曲率半径非球面。阐述弹性变形面形复制加工技术的基本机理，随后以直径为40 mm、顶点曲率半径为2 500 mm的抛物面作为目标面形，通过有限元仿真确定使工件与靠模紧密贴合所需的工件最小去除厚度，建立加工过程的材料去除模型，并由此确定加工时间。在所搭建的弹性变形面形复制加工系统上进行加工试验，试验结果证明所建立材料去除模型有效。最终工件加工面形精度为PV 0.62 μm。对加工面形精度影响因素进行分析，并提出改进工件加工面形精度的措施。

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大口径光学元件超精密加工技术与应用

郭隐彪;杨炜;王振忠;彭云峰;毕果;杨平

. 2013, 49(19): 171-178.

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大口径光学元件超精密加工技术是多种学科新技术成果的综合应用，促进了民用和国防等尖端技术领域的发展，在国家大光学工程的推动下，我国的超精密加工技术取得显著的成果。围绕大口径光学元件“高精度磨削＋确定性抛光”超精密加工体系，介绍该领域研究进展及厦门大学微纳米加工与检测联合实验室取得的相关研究成果，主要针对光学元件磨削和抛光两个加工流程，详细分析磨削装备技术、磨削工艺技术、精密检测技术、可控气囊抛光技术、加工环境监控技术和中频误差评价技术等关键技术的研究应用情况。这些技术研究从超精密加工的需求出发，借鉴国内外的研究经验和成果，通过对装备、工艺、检测等各方面整合，形成具有自主知识产权的大口径光学元件磨抛超精密加工体系，从而实现大口径光学元件高精度、低缺陷加工。

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基于热塑性热熔胶的主动拆卸结构设计方法研究

刘志峰;成焕波;李新宇;詹一飞

. 2013, 49(19): 179-184.

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为改善电子产品拆卸性能，进一步丰富和完善主动拆卸理论，提高废弃电子电器产品回收率，有效回收电子废弃物中的各种金属、塑料等材料，实现电子电器产品在全生命周期末端的高效拆解以及材料的高值回收，提出热塑性热熔胶主动拆卸原理。通过遥控器的热熔胶主动拆卸试验，分析其电热激发、空气浴激发以及水浴激发的主动拆卸时间及影响因素，进而提出基于热塑性热熔胶的主动拆卸结构设计准则，最终提出基于热塑性热熔胶的主动拆卸结构设计方法。为实现电子电器产品在生命周期终端的一次性完全自动拆解，提出热塑性热熔胶产品分级主动拆卸方法，通过案例分析验证该设计方法的正确性。

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基于压力流场的高分子在微纳通道内的横向迁移行为

许少锋;汪久根

. 2013, 49(19): 185-191.

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了解高分子在微纳通道内的流动行为对于相应的微流控器械的设计和制造至关重要。采用有限伸展非线性弹性(Finitely extendable nonlinear elastic, FENE)珠-簧链模型表示高分子链，用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)方法研究高分子在微纳通道压力流场中的横向迁移特性。研究结果表明，当微通道宽度较大，弱受限时，高分子链会远离壁面，向通道中心迁移，但高分子链浓度在通道中心处又会出现局部最小值，在通道中心和壁面之间出现峰值，高分链浓度分布呈双峰状，并且随着流场增强，向通道中心迁移越明显，排空层厚度越大，与试验结果吻合，同时随着通道宽度变大，高分子链远离壁面的趋势越强。当微通道宽度减小，强受限时，高分子链会远离通道中心，并随着流场增强，远离通道中心的趋势越强。

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纳米切削过程中刀-屑接触区应力分布研究

吉春辉;刘战强

. 2013, 49(19): 192-198.

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高速切削时刀屑接触区的应力分布直接影响切削过程、切削温度及刀具磨损。利用分子动力学技术对纳米切削过程中刀屑接触区的应力分布特征进行研究，分别采用EAM势、Tersoff 势及Morse势计算单晶铜原子间、单晶硅原子间、工件原子与刀具原子间的相互作用力。分析纳米尺度下刀屑接触长度随切削距离变化的规律，探讨刀具前角对刀屑接触区应力分布的影响，通过描述刀屑接触区切屑原子的运动情况，为阐释刀屑接触区的应力分布特征提供依据。研究结果表明在刀-铜屑接触区，正应力在切削刃处最大，随着到切削刃距离的增大而减小，在刀-硅屑接触区，正应力以规则的波动形式逐渐减小。而切应力在切削刃处为负值，随着到切削刃距离的增大，切应力在刀屑接触长度的三分之二处增大到最大值后逐渐减小至零。

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2013年, 第49卷, 第19期　
刊出日期：2013-10-05

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