2019年, 第55卷, 第15期　
刊出日期：2019-08-05

  

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特邀专栏：增材制造技术
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  选区激光熔化成形碳纳米管增强铝基复合材料成形机制及力学性能研究

  饶项炜, 顾冬冬, 席丽霞

  机械工程学报. 2019, 55(15): 1-9. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.001

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  铸造铝合金具有优良的铸造焊接性能等优点，但是低硬度和较差的耐磨性能限制了其应用的范围，成形铝基复合材料构件是一种有效途径。采用选区激光熔化（Selective laser melting，SLM）增材制造技术成形碳纳米管增强铝基纳米复合材料（CNT/Al）构件，通过设置不同的激光参数，研究不同激光能量密度（η）下试样的致密化行为、物相和显微组织及其力学性能。研究表明：随着η从150 J/m增加至187.5 J/m，致密度从94.49%上升至99.83%。高能量密度增大了熔池的尺寸和温度，导致液相的黏度下降和润湿性能提高，使得液相均匀铺展，熔池间搭接程度上升以及孔洞等冶金缺陷减少，致密化程度上升。成形试样的主要物相为Al9Si和Si，碳纳米管（CNTs）外壁与基体发生原位反应生成了Al₄C₃，提高了界面稳定性。成形试样的硬度和耐磨性能与致密度变化表现为正相关。当η =187.5 J/m时，成形试样的平均显微硬度为164.3 HV_0.2，摩擦因数下降至0.21，强度和延伸率分别为452 MPa和9.0%，表现出优良的力学性能。
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  激光增材制造WNbMoTa高性能高熵合金

  李青宇, 张航, 李涤尘, 王兴理想, 陈子豪, 黄胜

  机械工程学报. 2019, 55(15): 10-16. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.010

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  随着工业实践中高端装备耐温部件整体制造要求的提高，现有合金材料体系、制造工艺难以满足需求。研究将高熵合金材料与激光增材制造技术耦合，为我国大尺寸、复杂高端装备零部件的整体制造提供了新的解决方案。一方面，通过激光熔覆沉积技术成形了WNbMoTa、NbMoTa等多种高性能高熵合金，成形的高熵合金晶粒尺寸细小且无微观成分偏析。其中NbMoTa高熵合金1 000℃下屈服强度达到530 MPa，高于国内应用于航空发动机涡轮叶片的GH4169、DZ125高温合金和应用于航空航天工业的T111、C103、Nb-1Zr难熔合金。另一方面，通过基于有限差分-有限元数值模拟的方法对高熵合金材料成形过程中的热应力与应变进行数值模拟，解决了选区激光熔化成形高熵合金过程中样件易翘曲的问题。
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  交叉件GTA填丝增材制造弧压检测与成形控制

  朱贝贝, 熊俊

  机械工程学报. 2019, 55(15): 17-23. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.017

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  基于电弧电压与弧长的关系特征，提出GTA填丝增材制造弧压检测与成形质量控制方法，以解决交叉结构件成形稳定性差和堆积路径交叉处产生严重凸起的难题。考虑到弧压干扰的影响，采用基于小波包的防脉冲干扰滑动平均滤波方法，有效滤除原始弧压波形中的杂波信号，并保证波形的平滑性。针对复杂且时变的GTA填丝增材制造系统，设计积分分离PID控制器并整定其参数，对比研究恒规范和闭环控制试验下的交叉件成形质量。结果表明，弧压实时检测与送丝速度闭环调控策略，可有效增强交叉件GTA填丝增材制造稳定性并解决交叉点凸起难题，弧压信号检测准确，成形控制精度高。
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  激光选区熔化成形CuZnAl形状记忆合金工艺研究

  卓林蓉, 宋波, 章媛洁, 王敏, 魏青松, 史玉升

  机械工程学报. 2019, 55(15): 24-30. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.024

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  利用激光选区熔化技术制备了铜基形状记忆合金块体，并初步探索了不同激光体能量密度对于合金致密度、相组成、微观组织形貌及力学性能的影响。发现随着激光体能量密度的增加，致密度先增加后减少。试样中β相的含量随着激光体能量密度的增加而减少，当激光体能量密度达到194.4 J/mm³时，β相完全消失，只剩下单一的α相。显微组织观察显示，采用激光选区熔化技术制备的块体中存在的α相呈现规则的层片状，不同于铸造组织中形成的长条状α相。受到孔隙率的影响，拉伸强度随着激光体能量密度的增加而增加，最高拉伸强度可达328.3 MPa；而由于相组成的改变，显微硬度随着激光体能量密度的增加而降低。
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  316L不锈钢等离子增材制造工艺与尺寸预测模型研究

  杨永强, 翁昌威, 周权, 宋长辉, 陈杰

  机械工程学报. 2019, 55(15): 31-38. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.031

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  以316L不锈钢粉末为成形材料，通过单因素法研究工艺参数对单层单道焊道尺寸的影响，结果表明送粉速度为5~12 g/min，堆覆速度为300~600 mm/min，堆覆电流在30~50 A为成型质量较好的工艺窗口。通过设计二次通用旋转组合试验，建立一个基于二次回归方程的直臂体尺寸预测模型，输入层为成型工艺中的堆覆电流、堆覆速度、送粉速度，输出层为的宽度和层高。模型得到各参数影响尺寸显著度较高的回归方程，并表明对宽度的影响程度顺序为：堆覆电流 > 送粉速度 > 堆覆速度，对层高的影响顺序为：送粉速度 > 堆覆电流 > 堆覆速度。采用两组直臂体试验验证模型的准确性并进行力学性能测试，试验结果与预测值的误差均在5%以内，表明模型预测效果较好。并进行力学性能分析，样件拉伸强度达到了560 MPa以上较铸造件的480 MPa有明显提高。
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  基于熔池动态特征的金属激光熔化沉积形状精度演化行为研究

  唐梓珏, 刘伟嵬, 颜昭睿, 王灏, 张洪潮

  机械工程学报. 2019, 55(15): 39-47. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.039

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  针对金属激光熔化沉积成形质量影响机制与过程特征不明确所导致的质量可靠性与效果重复性较低、自适应控制困难等问题，采用同轴实时监测的方法，对不同金属激光熔化沉积工艺条件下的熔池动态特征进行监测，揭示不同熔池动态特征对形状精度演化行为的影响机制。以典型沉积工艺为研究对象，单道单层沉积中熔池几何轮廓和边缘熔融过渡区域面积与沉积层表面质量和宽度稳定性直接相关；单道多层堆积中的熔池几何轮廓与尾部特征对薄壁件壁厚变化有重要影响；多道单层搭接中熔池宽度的累加与粉末利用率的变化导致了传统搭接模型最优搭接率下表面搭接质量的下降；单道多层偏移堆积中的熔池塌陷与沉积层两端熔池面积可直接反应极限偏移与两端倾斜的演化过程。结果表明，通过熔池动态特征可以揭示金属激光熔化沉积中关键形状精度的演化行为，并建立新的形状精度模型，为后续激光熔化沉积工艺路径设计及实时反馈优化提供重要支持。
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  基于机器学习的电子束选区熔化成形件密度预测

  亓欣波, 李长鹏, 李阳, 林峰, 李勇, 程宣, 陈国锋

  机械工程学报. 2019, 55(15): 48-55. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.048

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  电子束选区熔化技术，以其快速加工复杂几何形状、真空熔炼、成形件残余应力小、粉末可回收等优点，是近年来快速发展的一种增材制造技术。但该技术加工参数众多，目前很难建立起直接且准确的加工参数与成形件性能的关系。通过调节电子束选区熔化技术的扫描速度、束流、基板温度、粉层厚度等四种参数，制备了一系列Inconel718立方体样品，并测试获得其密度性能。利用线性回归、支持矢量回归和神经网络等三种机器学习算法建立了四种加工参数与密度的关系。算法结果表明：线性回归因其模型容量小，预测精度最差；神经网络模型容量大，但易出现过拟合，预测精度较好；支持矢量回归的模型容量适当，且解释性良好，预测精度最高。
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  基于电场驱动喷射沉积微尺度3D打印制造金属网栅透明电磁屏蔽玻璃的研究

  周贺飞, 兰红波, 李红珂, 许权, 赵佳伟, 张广明

  机械工程学报. 2019, 55(15): 56-63. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.056

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  为了解决大尺寸金属网栅透明电磁屏蔽玻璃高效和低成本制造的难题，提出一种基于电场驱动喷射沉积微尺度3D打印制造金属网栅透明电磁屏蔽玻璃的新方法。通过试验揭示了打印速度对金属网栅（线宽和形貌）的影响及其规律，打印金属网栅的线宽和周期对于透过率和电磁屏蔽效能的影响和规律。利用提出的方法，并结合优化的工艺参数，完成了三个典型工程案例的制造，使用高银含量（质量分数为80%）的纳米银浆（黏度高达20 000 mPa·s），制作金属网栅的面积为100 mm×100 mm，线宽是20 μm，烧结后金属网栅与玻璃基底的附着力为4 B。其中，金属网栅周期为500 μm时，可见光透过率为88%，对常用中高频电磁波屏蔽效能大于26 dB；金属网栅周期为300 μm时，可见光透过率为83%，对常用中高频电磁波屏蔽效能大于30 dB；金属网栅周期为150 μm时，可见光透过率为67%，对常用中高频电磁波屏蔽效能大于37 dB。结果表明，结合电场驱动喷射沉积微尺度3D打印和高银含量高黏度纳米银浆，为大尺寸高性能透明电磁屏蔽玻璃的批量化制造提供了一种具有工业化应用前景的全新解决方案。
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  可拉伸柔性电路的原位封装3D打印工艺

  朱伟军, 陈言坤, 张志坤, 田小永, 李涤尘

  机械工程学报. 2019, 55(15): 64-70. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.064

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  可拉伸柔性电路是可拉伸柔性电子关键组成部分。金属铜导线具有良好的电学性能、力学性能、导热性等，在电子行业中应用广泛。但是，常规印刷成形的铜基电路不可拉伸，无法直接用于柔性电子。为此，基于电路结构的柔性化设计和3D打印加工技术，提出一种可拉伸柔性金属导线电路的原位封装3D打印技术，实现可拉伸金属导线及其封装层的同轴打印成形，将其嵌入到打印的柔性封装膜内，最终完成可拉伸柔性电路的一体化加工。设计了可拉伸变形的金属导线原位封装结构，开发了可用于原位封装打印的喷头结构，研究了原位封装3D打印工艺，在此基础上对柔性电路的拉伸性能进行了研究。发展了一种多材料多功能结构的一体化3D打印技术，探索了该技术在可拉伸柔性电路加工中的应用，为柔性电子的设计与加工提供了新思路。
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  骨组织工程多孔生物支架设计研究进展

  屈华伟, 韩振宇, 卓越, 富宏亚

  机械工程学报. 2019, 55(15): 71-80. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.071

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  由人口老龄化、严重不愈合骨折等引起的骨缺损，使人们对人工骨替代物的需求急剧增加。支架作为骨缺损的人工骨替代物，在骨组织工程新骨再生中起到至关重要的作用。人体不同组织（硬骨和软骨），甚至是相同组织的不同部位（骨骼的中部和外部）对支架的力学性能、内部微观结构和孔隙率等参数的要求都不尽相同。如何在理想生物材料的基础上，模拟天然骨的性能和结构，设计出具有可控力学性能、结构和渗透率等性能的支架，一直困扰着组织工程研究者。综述了多孔骨支架在设计成型方面近年来国内外代表性的研究工作，重点探究了多孔支架设计方法，阐述了多孔支架在骨组织工程应用中面临的挑战，为深入开展可控多孔支架的研究和应用提供一定的参考。
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  多孔β-TCP生物陶瓷DLP打印工艺研究

  张航, 许宋锋, 熊胤泽, 高芮宁, 李祥

  机械工程学报. 2019, 55(15): 81-87. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.081

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  β-磷酸三钙（β-TCP）具有良好的生物相容性和成骨性，是理想的骨修复材料。以β-TCP陶瓷粉末和树脂为原料制备陶瓷浆料，利用面曝光技术制造陶瓷素坯。根据热重和差热测试结果，建立陶瓷素坯脱脂和烧结工艺参数，制备出多孔β-TCP陶瓷样件。试验结果表明，成型过程中，光线散射会导致实际成型的素坯尺寸大于设计尺寸；烧结后，在成型的水平方向烧结收缩率为1%~5%，垂直方向烧结收缩率为6%~9%，并提出了烧结收缩的补偿模型。多孔陶瓷样件内部孔道结构贯通，具有大孔和微孔相结合的多孔结构，大孔孔径为400~600 μm，微孔孔径为500~1 500 nm。力学测试表明多孔结构的压缩强度随孔隙率的增大而减小，G单元多孔β-TCP生物陶瓷的压缩强度最高可达16.53 MPa。DLP光固化生物陶瓷打印技术可以实现复杂多孔生物陶瓷的快速高精度成型，在人体骨组织损伤修复方面有巨大的应用前景。
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  一种复杂曲面类增材制造零件分层截面生成算法

  韩兴国, 宋小辉, 殷鸣, 殷国富

  机械工程学报. 2019, 55(15): 88-98. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.088

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  针对传统增材制造分层方法对复杂曲面类零件STL模型分层易造成部分层面轮廓线失真的问题，提出一种基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面轮廓生成算法。针对STL模型数据量大和分层速度慢的特点，采用了分组排序的求交算法进行分层，生成截面轮廓点云数据。以切平面与STL模型三角面片的交点作为NURBS曲线的型值点，设定型值点的权值，利用矩阵形式和切失边界条件确定了NURBS曲线的权因子，求解NURBS曲线的控制顶点，采用矩阵形式建立了各切片层的截面轮廓所对应的NURBS曲线方程，绘制了基于NURBS曲线的各层层面轮廓。采用基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法对燃气轮机中压缸动叶片和Ganesha模型进行了分层试验仿真和误差分析。进行了燃气轮机中压缸动叶片的打印试验，通过测量表明：采用本算法打印叶片的轮廓度偏差值符合要求，相比传统算法打印的叶片精度更高，从而验证了所提出的基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法的可行性和准确性。
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  复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点求解

  陈龙, 韩文瑜, 何文彬, 徐岗

  机械工程学报. 2019, 55(15): 99-108. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.099

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  针对复杂非均质NURBS体参数化模型（以下简称HNURBS体）的三维打印，给出切片及支撑点求解算法。首先构建复杂HNURBS体，实现材料信息连续可视化表达。对HNURBS体进行六面体单元采样，并和一系列切平面进行求交运算，通过截面边界轮廓的提取，得到单连通和多连通截面区域轮廓及内部材料信息的参数化表达。对相邻的两切片轮廓进行布尔运算，得到三维打印模型的支撑点添加位置。实例结果表明，算法能准确高效地生成复杂HNURBS体的切片数据及支撑点位置，从而为多材料实体三维打印提供技术支持。
机构学及机器人
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  微小型跳跃机器人研究现状综述

  莫小娟, 葛文杰, 赵东来, 魏敦文

  机械工程学报. 2019, 55(15): 109-123. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.109

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  自然界的动物借助跳跃运动能够跨越数倍身体尺寸的障碍物，从而增强其越障能力和环境适应能力。动物跳跃运动模式主要包含以大型动物如袋鼠等采取的连续型跳跃，和各种小型动物如昆虫和青蛙等采取的间歇式跳跃。结合国内外微小型跳跃机器人的研究现状，将跳跃机器人分为非仿生跳跃机器人和仿生跳跃机器人，并对比现有机器人的跳跃性能，分析其在实现可控起跳、空中姿态调节和落地缓冲复位等方面采取的策略，最后展望了微小型跳跃机器人的发展趋势。
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  基于阻抗控制的机器人旋拧阀门轴向位置自适应跟踪

  邢宏军, 丁亮, 高海波, 夏科睿, 刘振, 陶建国, 邓宗全

  机械工程学报. 2019, 55(15): 124-134. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.124

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  针对核电救灾环境机器人作业需求，面向旋拧阀门末端接触力的鲁棒性问题，开展了基于阻抗控制的阀门轴向位置自适应跟踪研究，实现了自适应阻抗控制对阀门轴向位置的有效跟踪。阻抗控制可以较好地实现对接触力/位置动态响应的调节却无法做到精确的位置跟踪，且对末端接触不稳定的鲁棒性较差。为在旋拧阀门中解决该问题，设计了一种鲁棒性更好的新型阻抗模型，并结合自适应控制设计了基于新型阻抗模型的位置跟踪策略，较好地解决了对阀门手轮轴向位置的跟踪。在SolidWorks、ADAMS和Matlab/Simulink联合仿真平台上进行了机器人旋拧阀门仿真，并在搭建的机器人旋拧阀门作业平台进行了试验验证。结果表明，该自适应方法可以精确地实现对阀门手轮轴向位置的跟踪，同时提高了作业系统对末端接触不稳定问题的鲁棒性。
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  小角度相交轴渐开线圆柱与变厚齿轮传动修形啮合特性分析

  周尧, 宋朝省, 朱才朝, 刘思远, 倪高翔, 杜雪松

  机械工程学报. 2019, 55(15): 135-144. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.135

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  推导了考虑齿向修形与齿廓修形条件下的渐开线变厚齿轮齿面数学方程，采用有限元法建立了相交轴渐开线圆柱与变厚齿轮副有限元啮合模型，研究了单独齿向修形，单独齿廓修形与组合修形等不同的修形方式和修形量对接触印痕、齿根应力与传动误差的影响规律。结果表明：与修形前相比，变厚齿轮和圆柱齿轮单独齿向鼓形修形使得齿面接触区域减小，齿面接触应力与齿根弯曲应力增大，传动误差峰峰值增加；圆柱齿轮齿向边坡修形可以使得接触印痕从小端移动至轮齿中部，解决偏载现象；齿廓鼓形修形使得接触印痕呈现增大趋势，可以消除边缘接触现象；接触印痕对齿廓边坡修形最为敏感；变厚齿轮齿廓鼓形修形和圆柱齿轮齿向边坡修形的组合修形方式明显增加接触印痕面积，降低接触应力和传动误差。
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  新型轮腿复合机器人的运动分析及步态研究

  张程煜, 郭盛, 赵福群

  机械工程学报. 2019, 55(15): 145-153. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.145

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  为提高机器人在复杂环境下执行多种任务的能力，提出了一种通过轮式与足式相互切换实现多种操作模式的新型轮腿复合机器人，给出了机器人初始运动模式以及通过支链变换可实现的其他移动和操作模式。求解了机器人六足和四足行走模式下的运动学与步态问题，根据稳定性几何约束条件，给出了机器人支链末端的可达工作空间与移动过程中的运动轨迹。利用机器人轮式行走状态下全向模式和低重心模式的支链几何关系，给出了两种模式相对应的支链位姿与机器人行走参数。最后，考虑机器人所处不同地形和任务环境，对机器人不同模式间的切换过程进行了运动规划与稳定裕度计算，并在V-REP机器人仿真平台进行虚拟样机仿真。结果证明机器人在运动与模式切换过程中具有良好的稳定性，以及实现多种类型任务的移动和操作能力。
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  基于广义杆组对多环路三移一转位移输出机构的型综合

  张兴, 牟德君, 张一同, 李维奇, 王洪瑞

  机械工程学报. 2019, 55(15): 154-162. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.154

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  基于广义杆组提出了一种对多环路三移一转位移输出机构型综合的新方法。该方法把运动链当成广义杆组逐个添加在输出构件上，进一步扩展了Assar杆组法在空间的应用。分析了单环路到多环路杆组自由度与输出构件自由度和位移参数的关系，得到了添加自由度为0的广义杆组对输出构件自由度和位移参数的变化关系。综合了三移一转位移参数的杆组，建立了交集运算规则。通过组合两个广义杆组综合输出构件自由度为2、3、4单环路机构，再添加自由度为0广义杆组，得到了双环路机构。通过自由度为0广义杆组综合出多环路机构的例证，展现了该方法在空间机构综合方面的全面性和有效性。
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  并联机构的运动学多目标轨迹规划方法

  陈栋, 李世其, 王峻峰, 何旺, 丰意

  机械工程学报. 2019, 55(15): 163-173. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.163

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  提出了一种能够满足装配任务对多种性能需求的并联机构无奇异轨迹规划方法。以运动学分析为基础，证明了一定位姿条件下实现并联机构无奇异轨迹规划的充要条件。然后利用五次B样条曲线对并联机构末端轨迹进行了参数化表达。选取了与装配任务相关的三个运动学性能指标，即总调姿时间，各支链急动度和调姿难易度，并定义为目标函数以评价轨迹的优劣。在仿真实例中，利用人工免疫算法求解了多目标轨迹优化模型并得到了末端轨迹中的36个B样条参数。最后利用平均最优解的评价方法得到了满足装配任务需求的并联机构末端最优轨迹及各支链轨迹。
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  行星传动多体齿轮承载接触特性分析

  蒋进科, 方宗德, 刘红梅

  机械工程学报. 2019, 55(15): 174-182. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.174

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  根据行星齿轮功率分流传动的特点，提出多个齿轮接触的齿面加载接触分析方法。考虑了安装误差条件下的齿面准确几何形态，提出行星齿轮齿面几何接触分析（TCA）方法并获得外（内）各齿轮副的相对齿面间隙；通过一次有限元柔度系数计算获得各齿轮的柔度系数，各外（内）齿轮辐接触点的法向柔度系数通过分别插值太阳轮和行星轮（行星轮和齿圈）齿面网格节点的柔度系数并叠加获得；结合齿轮的几何分析与力学分析，将多个齿轮副受力接触转化为求解齿面有限个离散接触点的力学平衡问题，通过数学规划的方法求解非线性方程组得到加载后各齿轮副的齿面变形、啮合刚度、载荷分布、行星轮均载系数。多载荷传动误差和载荷分配进一步反映了行星传动啮合性能，为高性能行星传动齿面的修形设计、动力学分析奠定了理论基础。
机械动力学
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  基于多维振动响应GSC-TARMA模型的时变结构模态参数辨识

  余磊, 刘莉, 马志赛, 康杰

  机械工程学报. 2019, 55(15): 183-192. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.183

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  针对多维振动响应测量信号下的仅输出时变结构模态参数辨识问题，基于广义随机约束时变自回归滑动平均模型（Generalized stochastic constraints time-dependent auto-regressive moving average，GSC-TARMA），拓展出广义随机约束向量时变自回归滑动平均模型（Generalized stochastic constraints vector time-dependent auto-regressive moving average，GSC-VTARMA）。为降低计算复杂度，进一步提出改进的GSC-VTARMA模型（GSC-VTARMA^*），并利用时变刚度数值系统与移动质量简支梁时变结构实验系统的非平稳振动响应信号对所提模型进行了验证。通过与单维GSC-TARMA模型和传统的泛函序列向量时变自回归滑动平均（Functional series vector time-dependent auto-regressive moving average，FS-VTARMA）模型进行对比，辨识结果表明：相较于GSC-VTARMA模型，GSC-VTARMA^*模型在保持辨识精度相同的前提下降低了计算复杂度；相较于单维GSC-TARMA模型，GSC-VTARMA^*模型具有更高的数据利用率与辨识鲁棒性；GSC-VTARMA^*模型具有与传统的FS-VTARMA模型相近的辨识精度，但由于采用了递推算法，该模型计算效率更高，在线辨识能力更强。
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  钢板弹簧迟滞特性建模及重载货车的动态响应分析

  谭博欢, 谢庆喜, 张农, 张邦基, 邓亢

  机械工程学报. 2019, 55(15): 193-201. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.193

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  结合一种提出的钢板弹簧迟滞模型，建立了精确的重载货车整车模型，并讨论钢板弹簧线性化对整车动态响应的影响。基于钢板弹簧动态试验和改进的Maxwell-slip模型建立精确的动态迟滞模型，并采用1/4车辆模型分析其动态特性。运用集中参数法建立重载货车整车模型，结合实车偏频试验验证整车模型的准确性。与钢板弹簧线性化的整车模型对比，讨论模型线性化所引入的误差。结果表明，钢板弹簧的幅频特性依赖于加载幅值，随着加载幅值增大，动刚度逐渐减小；钢板弹簧的线性化忽略了刚度渐变特性及阻尼效应，致使重载货车的频率加权加速度均方根值略有偏大、悬架动扰度显著增大，而钢板弹簧输出力偏小，从而为载重货车的动态行为预测及系统设计带来了较大的误差。
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  机械振动无线传感器网络跨层同步采集累积误差控制方法

  肖鑫, 汤宝平, 邓蕾, 黄艺

  机械工程学报. 2019, 55(15): 202-207. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.202

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  针对机械振动无线传感器网络同步采集过程中同步采集误差随时间累积的问题，在分析机械振动无线传感器网络跨层同步采集误差累积机理基础上，提出了一种基于同步信息跨层实时跟踪的机械振动无线传感器网络同步采集累积误差控制方法。以节点物理层跨层实时捕获同步信息，避免任务抢占所导致同步信息捕获迟滞；研究基于卡尔曼滤波的晶振频率偏移计算方法，提升晶振频率偏移计算精度；构建反馈控制系统动态反馈和补偿同步采集累积误差，避免同步采集误差累积效应；设计嵌入式多任务优先级管理固件系统，在采样率极高的机械振动信号采集过程中确保采样任务和同步任务实时性。实际测试表明，在高达51.2 kHz的采样率下连续采集30 s，节点间同步采集误差始终保持在0.6 us以内，同步采集误差最大值仅为采样周期的3%，满足机械振动信号同步采集需求。
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  计及非完美运动副的移动并联机械手动力学分析

  杨玉维, 李彬, 周海波, 赵新华, 宋阳, 刘凉, 赵磊

  机械工程学报. 2019, 55(15): 208-216. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.208

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  由于配合公差、设计及制造偏差等因素影响，导致机械手运动副间隙客观存在。而运动副间隙又可诱发系统冲击、振动，导致系统动力学性能下降（机械手动力学性能直接影响系统末端执行器轨迹跟踪精度）。针对具有间隙、摩擦运动副的移动并联机械手动力学性能进行相关研究。基于弹性Hertz理论、LuGre摩擦模型与关节支反力，系统构建运动副间隙约束与力学模型。为了便于采用多体动力学分析系统力学性能，首次提出、采用碰撞冲击方向矩阵，将间隙运动副力学模型转化为外力，进而依次系统构建移动并联、双串联机械手动力学模型。针对不同运动副间隙量、跟踪轨迹、负载等参数，进行动力学性能数值仿真，并对结果进行比较与分析，探讨了计及计及非完美运动副的移动并联机械手动力学分析的工程意义。
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  基于最优控制迭代学习的直线伺服系统振动抑制研究

  杨亮亮, 王杰, 王飞, 史伟民

  机械工程学报. 2019, 55(15): 217-225. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.217

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  直线伺服系统在高速运动的过程中，会因自身存在的固有振动模态而产生显著的振荡，并影响其轨迹跟踪的性能。本文基于前馈与反馈二自由度控制策略，在稳定的反馈控制器基础上加入迭代学习控制算法，对该类控制算法的稳定性和收敛性进行了分析；同时基于最优控制理论，在驱动力迭代步长受约束的条件下引入拉格朗日算子，不仅增强了算法的鲁棒性，还提高了算法对收敛速度调节的灵活性；最后设计了一种基于最优控制迭代学习的控制器。仿真与实验结果表明，在前馈及反馈二自由度控制的基础上加入最优控制迭代学习的算法，可以有效抑制直线伺服系统在高速运行过程中产生的振动现象，在匀速段的抑制效果尤为显著，从而提高了整体轨迹的跟踪性能。
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  路径宽度对FDM薄板固有特性的影响机理研究

  姜世杰, 史银芳, SIYAJEU Yannick, 赵春雨

  机械工程学报. 2019, 55(15): 226-232. https://doi.org/10.3901/JME.2019.15.226

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  熔融沉积成型（Fused deposition modeling，FDM）是当今迅速发展起来的一种快速成型技术（也称3D打印技术），其在一定时间内能够直接打印出具有复杂几何形状的模型或零件。然而，FDM产品在振动性能方面很难与传统加工方式生产的零件相媲美，成为制约该技术发展的重要因素之一。随着FDM产品的应用越来越广泛，需要对其进行更为实际的振动特性分析。文中研究了不同路径宽度对FDM薄板固有特性的影响规律及其相应机理，以悬臂边界条件下FDM薄板为研究对象，基于经典层合板理论，采用双向梁函数组合法表示振型函数，并通过Ritz法求解获得了FDM薄板的固有特性，进而提出了理论计算FDM薄板固有特性的具体流程；与此同时，搭建了FDM薄板的固有特性测试系统，获得了薄板样件的固有频率和模态振型；最后，将理论计算结果与实验结果相对比，以验证理论分析方法的正确性和可靠性。此外，论文还将为提高FDM产品动力学性能方面的研究提供一定的理论基础和技术支持。